Springen naar inhoud

Wil iemand dit nakijken svp?



  • Log in om te kunnen reageren

#1

tarry

    tarry


  • 0 - 25 berichten
  • 22 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 22 oktober 2014 - 20:02

Wil iemand svp nakijken of ik fouten heb gemaakt?

 

Theoretisch perfecte R-candy

Op het internet staan een hele hoop recepten voor r-candy, ik geloof alleen niet dat de verhoudingen allemaal mooi afgerond kunnen zijn. Daarom wil ik behalve de recepten die ik heb gevonden, ook een zelfbedachte r-candy  testen. Natuurlijk ga ik dan niet zomaar een combinatie proberen, ik wil weten wat  theoretisch gezien de perfecte r-candy is.

De suiker
Ik begon bij sacharose, beter bekend als tafelsuiker, dit koolhydraat staat in ongeveer 90% van de recepten die je kan vinden op het internet, maar zou het ook het beste zijn? Sacharose is een disacharide bestaande uit de monosachariden glucose en fructose (minus een zuurstof atoom). Als je sacharose opwarmt tot ongeveer 160 graden breekt het af tot fructose en glucose. Tijd om eens te kijken naar het verschil tussen glucose en fructose.

Glucose vs fructose
Glucose en fructose hebben allebei de molecuulformule C6H12O6, toch is er een groot verschil tussen de twee, namelijk de bouw van het molecuul. Allebei de suikers bevatten een dubbel gebonden zuurstof atoom (aldehyde groep), de plaats waar deze zich bevind in de molecuulformule bepaald of het een aldose of een ketose suiker is. Bij een aldose suiker de adehyde groep aan het begin of einde van de koolstofketen, bij een ketose zit hij ergens anders. Zoals in het plaatje hieronder te zien is is glucose dus een aldose en fructose een ketose.


Er zijn nog meer aldose en ketose suikers, in deze tabel staan de meest voorkomende (de n-ose zegt wat over de hoeveelheid koolstofatomen in het molecuul). Deze monosachariden zijn echter allemaal te duur.

Reducerende suikers
De plaatsing van de aldehyde groep in het molecuul heeft erg veel effect op de brandbaarheid. Suikers met een aldose groep zijn namelijk veel betere reductors dan suikers met een ketose groep. Je noemt aldose suikers dan ook wel reducerende suikers. Wat opvalt is dat sacharose geen reducerend suiker is, dit komt doordat het geen aldose groep heeft en er ook geen vrijkomt als het oplost.

De  beste suiker voor mijn brandstof is dus glucose.

 

 

De verhouding
Weten welke soort suiker het beste is is niet genoeg, de brandstof moet ook de juiste verhouding brandstof/oxidator(/catalysator) hebben. Eerst moet ik weten hoe de reactie verloopt.

De reactie
Glucose, de reductor,  heeft molecuulformule C6H12O6 en kaliumnitraat, de oxidator, heeft molecuulformule KNO3. We beginnen met de mogelijke reactieproducten, er zijn namelijk meerdere manieren waarop de reactie kan verlopen.

Als Glucose met kaliumnitraat reageert kunnen de volgende dingen gebeuren:

KNO3 + C6H12O6 -> CO2 + H2O + KNO2
KNO3 + C6H12O6 -> CO2 + H2O + KOH + N2O
KNO3 + C6H12O6 -> CO2 + H2O + K2CO3 + N2
KNO3 + C6H12O6 -> CO2 + H2O + K2O + N2

Na het kloppend maken van de reactievergelijking zien ze er als volgt uit:

12 KNO3 + C6H12O6 -> 6 CO2 + 6 H2O + 12 KNO2
6 KNO3 + C6H12O6 -> 6 CO2 + 3 H2O + 6 KOH + 3 N2O
24 KNO3 + 5 C6H12O6 -> 18 CO2 + 30 H2O + 12 K2CO3 + 12 N2
24 KNO3 + 5 C6H12O6 -> 30 CO2 + 30 H2O + 12 K2O + 12 N2

Hoe de reactie verloopt hangt af van de hoeveelheden aanwezige KNO3 en glucose, je kan als het ware kiezen welke reactie je wilt. Ik wil natuurlijk de reactie waar het meeste gas bij vrij komt. Om dat te berekenen reken ik eerst uit hoeveel gram een mol KNO3 en een mol glucose wegen. Daarna bereken ik hoeveel mol gas er vrijkomt per gram brandstof bij elke mogelijkheid.

1 KNO3 molecuul weegt 101.11 u, 1 mol KNO3 weegt dus 101.11 gram.
1 C6H12O6 molecuul weegt 180.156 u, 1 mol C6H12O6 weegt dus 180.156 gram.

Gassen hebben allemaal hetzelfde volume per mol, het maakt dus niet uit welke gassen er bij de reactie vrijkomen, ze tellen allenmaal evenveel mee.

1213.32 gram KNO3 + 180.156 gram C6H12O6  -> 6 mol CO2 gas + 6 mol H2O gas + 12 KNO2 (vaste stof)
(KNO2 ontleed boven de 530 graden Celsius en is een oxidator.)

606.66 gram KNO3 + 180.156 gram C6H12O6  -> 6 mol CO2 gas + 3 mol H2O gas + 6 mol KOH (vaste stof) + 3 mol N2O gas
(KOH is een vaste stof die kan reageren met CO2 en dan K2CO3 en H2O vormt.)

2426.64 gram KNO3 + 900.78 gram C6H12O6 -> 18 mol CO2 gas + 30 mol H2O gas + 12 K2CO3 (vaste stof) + 12 mol N2 gas
(K2CO3 is een vaste stof en heeft geen kookpunt maar ontleed boven 1200 graden Celsius in CO2 en K2O)

2426.64 gram KNO3 + 900.78 gram C6H12O6 -> 30 mol CO2 gas + 30 mol H2O gas + 12 K2O (vaste stof) + 12 mol N2 gas
(K2O kan reageren met water en vormt dan KOH)

Dat betekent dat per x gram brandstof er y mol gas ontstaat.

Bij de eerste reactie: 1393.476 gram brandstof  geeft 12 mol gas.
Bij de tweede reactie: 786.816 gram brandstof  geeft 12 mol gas.
Bij de derde reactie: 3327.42 gram brandstof  geeft 60 mol gas.
Bij de vierde reactie: 3327.42 gram brandstof  geeft 72 mol gas.

Omgerekend geeft dat x mol gas per 1000 gram brandstof
Bij de eerste reactie: 8.612 mol gas per 1000 gram brandstof.
Bij de tweede reactie: 15.251 mol gas per 1000 gram brandstof.
Bij de derde reactie: 18.032 mol gas per 1000 gram brandstof.
Bij de vierde reactie: 21.638 mol gas per 1000 gram brandstof.

De vierde reactie levert het meeste gas op per gram brandstof, dit is dus de reactie die we willen hebben.

Katalysator
Bij de raketbrandstof sacharose + KNO3 word vaak als katalysator rode ijzerroest (Fe2O3) toegevoegd. Aangezien de sacharose tijdens de bereiding al splitst in glucose en fructose is het effect van de Fe2O3 niet dat de sacharose makkelijker splitst in glucose en fructose. Fe2O3 werkt ook in zwartkruit (KNO3/S/C) als katalysator, alleen wordt het bijna nooit gebruikt omdat in buskruit al erg veel van de katalysator zwavel aanwezig is. Wel leid ik hieruit af dat de Fe2O3 iets te maken heeft met de KNO3 en niet met de glucose of fructose, het zou dus ook moeten werken in mijn brandstof. Op vele fora en sites lees ik dat de beste hoeveelheid Fe2O3 0.8 gram per 100 gram brandstof (60/40 KNO3/sacharose) is. Aangezien de Fe2O3 effect heeft op de KNO3 en niet op de suiker ga ik uit van 0.8 gram per 60 gram KNO3, oftewel 1.33 gram per 100 gram KNO3.

Massaverhouding
Nu ga ik berekenen wat de massaverhouding tussen KNO3 en glucose is.

2426.64 gram KNO3 + 900.78 gram C6H12O6 -> 30 mol CO2 gas + 30 mol H2O gas + 12 K2O (vaste stof) + 12 mol N2 gas

2426.64 gram KNO3 + 900.78 gram C6H12O6 = 3327.42 gram brandstof.

Als 3327.42 gram 100% is, dan is 2426.64 gram:
2426.64/3327.42 * 100% = 72.93%

900.78 gram is dan 100 - 72.93 = 27.07%

De massaverhouding voor 100 gram brandstof is dan 72.93/27.07 KNO3/glucose, maar daar komt nog 72.93/100 * 1.33 = 0.97 gram Fe2O3 bij.
Als 100.97 gram 100% is dan is 72.93/100.97 * 100 = 72.23% KNO3, 27.07/100.97 * 100 = 26.81% glucose en 0.97/100.97 * 100 = 0.96% Fe2O3.
De massaverhouding voor 100 gram brandstof is dus 72.23/26.81/0.96 KNO3/glucose/Fe2O3.
Aangezien er van de wet maximaal 125 gram brandstof in een modelraket mag zitten wil ik ook weten wat de verhouding is voor 125 gram brandstof.

72.23 * 1.25 = 90.29 gram KNO3
26.81 * 1.25 = 33.51 gram glucose
0.96 * 1.15 = 1.2 gram Fe2O3

Dus voor een 125 gram batch brandstof heb je 90.29 gram KNO3, 33.51 gram glucose en 1.2 gram Fe2O3 nodig.

Bereiding

Mengen
Er zijn drie manieren waarop mensen raket brandstof mengen, de droge manier, de gesmolten manier en de herkristalisatie manier. Welke is het beste?

Droge manier
De droge manier is de meeste simpele manier om je brandstof te mengen, je roert de drie stoffen in vaste vorm door elkaar et voila, raketbrandstof. Het nadeel van deze manier is dat de brandstof niet erg homogeen is. De verbranding zal hierom slomer verlopen.
Verder is het erg moeilijk om een goede core te maken met deze brandstof.

Gesmolten manier
De gesmolten manier is de meest gebruikte manier om brandstof te mengen, je smelt de suiker in een pan en roert daarna de KNO3 en Fe2O3 er doorheen. Als de brandstof gestold is kun je zien dat de suiker als laagje om de KNO3 korreltjes heen zit. Op deze manier is de brandstof beter gemengd dan als je het droog mengt, maar het kan nog beter.
Verder moet je erg snel en voorzichtig werken, de brandstof stolt snel en is erg heet.

Herkristalisatie manier
De herkristalisatie manier kost het meeste tijd, maar wel mengt de brandstof op deze manier het beste. De KNO3 en suiker worden opgelost in water, de Fe2O3 voeg je ook toe, de oplossing wordt gemengd en dan wordt het water eruit gekookt waardoor de KNO3 en glucose weer kristaliseren. De brandstof die je dan hebt is extreem goed gemengd op moleculair niveau. Het nadeel is dat deze manier van brandstof bereiden veel tijd kost, wel blijft de brandstof redelijk lang kneedbaar.

De herkristalisatie manier is de manier die ik ga gebruiken, omdat daar de best gemengde brandstof uit komt.


Oplossingen maken

Om tijd te besparen wil ik weten hoeveel gram KNO3 en glucose ik op kan lossen per liter water. Aangezien je meer gram per liter op kan lossen in kokend water zal ik kokend water gebruiken. Ook zal ik 50% te veel water gebruiken ivm verdampen. De Fe2O3 lost niet op in water.

 
Van de oplosbaarheids grafieken lees ik af dat je 250 gram KNO3 kan oplossen in 100 ml kokend water, voor glucose geldt 700 gram per 100 ml water.

Om 125 gram raketbrandstof te bereiden heb je dus:
90.29 / 250 * 100 = 36.12 ml water
33.51 / 700 * 100 = 4.79 ml water

36.12 + 4.79 * 1.5 = 61.36  ml water nodig.

 

Conclusie
Glucose is de beste suiker om te gebruiken voor r-candy, de optimale massa verhouding is 72.23/26.81/0.96 KNO3/glucose/Fe2O3, om 125 gram r-candy te maken heb je dus 90.29 gram KNO3, 33.51 gram glucose en 1.2 gram Fe2O3 nodig. Dit los je op in 61.36  ml water, hierbij is rekening gehouden met verdamping.

 

 

Bronnen
http://nl.wikipedia....iki/Koolhydraat
http://hyperphysics....anic/sugar.html
http://www.ausetute....u/redsugar.html
http://www.chem.ucal...5/ch25-2-5.html
http://nl.wikipedia....wiki/Distikstof
http://en.wikipedia....Potassium_oxide
http://nl.webqc.org/...NO3 + H2O + CO2
http://nl.wikipedia.org/wiki/Aldehyde
http://en.wikipedia.org/wiki/Glucose
http://wetten.overhe...atum_09-11-2009
http://www.mpcfacult...rsaturated.html
http://rec.pyrotechn...-catalyst-in-bp
http://socratic.org/...olutions-differ
http://en.wikipedia..../Reducing_sugar
http://www.webchem.n..._combustion.htm
http://www.ausetute....u/redsugar.html


oh, de plaatjes en opmaak zijn dus weg... ik hoop dat het te doen is :S


Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Kravitz

    Kravitz


  • >1k berichten
  • 4042 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 24 oktober 2014 - 09:38

ik hoop dat het te doen is :S

Dat is het niet. Zo'n lap tekst :shock: .

 

De bedoeling van dit huiswerkforum is om mensen met specifieke problemen te helpen, niet om elkaars project, PWS, GIP, thesis of wat dan ook na te lezen. Ik vrees dat daar niet veel mensen zin in hebben.

"Success is the ability to go from one failure to another with no loss of enthusiasm" - Winston Churchill






Also tagged with one or more of these keywords: scheikunde

0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures