1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 4.33 (3 голосов)

Взрывчатые вещества

 

 

 

Взрывчатыми веществами (ВВ) называются неустойчивые химические соединения или смеси, чрезвычайно быстро переходящие под воздействием определенного импульса в другие устойчивые вещества с выделением значительного количества тепла и большого объема газообразных продуктов, которые находятся под очень большим давлением и, расширяясь, выполняют ту или иную механическую работу.

Современные взрывчатые вещества представляют собой или химические соединения (гексоген, тротил и др.), или механические смеси (аммиачно-селитренные и нитроглицериновые ВВ).
Химические соединения получаются обработкой азотной кислотой (нитрованием) различных углеводородов, т. е. введением в молекулу углеводорода таких веществ, как азот и кислород.
Механические смеси изготовляются смешением веществ, богатых кислородом, с веществами, богатыми углеродом.
В обоих случаях кислород находится в связанном состоянии с азотом или хлором (исключение составляют оксиликвиты, где кислород находится в свободном несвязанном состоянии).
 
В зависимости от количественного содержания кислорода во взрывчатом веществе окисление горючих элементов в процессе взрывчатого превращения может быть полным или неполным, а иногда кислород может даже оставаться в избытке. В соответствии с этим различают взрывчатые вещества с избыточным (положительным), нулевым и недостаточным (отрицательным) кислородным балансом.
 
Наиболее выгодными являются взрывчатые вещества, имеющие нулевой кислородный баланс, так как углерод полностью окисляется до СО2, а водород до Н2О, в результате чего выделяется максимально возможное для данного взрывчатого вещества количество тепла. Примером такого взрывчатого вещества может служить динафталит, представляющий собой смесь аммиачной селитры и динитронафталина:
 
C_10H_6(NO_2)_2+19NH_4NO_3=10CO_2+41H_2O+20N_2
 
При избыточном кислородном балансе остающийся неиспользованным кислород вступает в соединение с азотом, образуя весьма ядовитые окислы азота, которые поглощают часть тепла, что уменьшает количество энергии, выделяемой при взрыве. Примером взрывчатого вещества с избыточным кислородным балансом является нитроглицерин:
 
4C_3H_5(ONO_2)_3=12CO_2+10H_2O+5.5N_2+NO_2
 
С другой стороны, при недостаточном кислородном балансе не весь углерод переходит в углекислый газ; часть его окисляется только до окиси углерода. (СО) которая также ядовита, хотя и в меньшей степени, чем окислы азота. Кроме того, часть углерода может остаться в твердом виде. Оставшийся твердым углерод и неполное его окисление только до СО ведут к уменьшению выделяемой при взрыве энергии.
Действительно, при образовании одной грамм-молекулы окиси углерода выделяется тепла только 26 ккал/моль, тогда как при образовании грамм-молекулы углекислого газа 94 ккал/моль.
Примером взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом может служить тротил:
 
C_5H_2(NO_2)_3CH_3=3.5CO+3.5C+2.5H_2O+1.5N_2
 
 
В реальных условиях, когда продукты взрыва совершают механическую работу, происходят дополнительные (вторичные) химические реакции и действительный состав продуктов взрыва несколько отличается от приведенных расчетных схем, а количество ядовитых газов в продуктах взрыва изменяется.
 

Классификация взрывчатых веществ

 

 

 

Взрывчатые вещества могут находиться в газообразном, жидком и твердом .состоянии или в виде смесей твердых или жидких веществ с твердыми или газообразными веществами.
 
В настоящее время, когда число различных взрывчатых веществ весьма велико (тысячи наименований), деление их только по физическому состоянию совершенно недостаточно. Такое деление ничего не говорит ни о работоспособности (мощности) взрывчатых веществ, по которой можно было бы судить об области применения того или иного из них, ни о свойствах взрывчатых веществ, по которым можно было бы судить о степени опасности их в обращении и при хранении. Поэтому в настоящее время приняты три другие классификации взрывчатых веществ.
 
По первой классификации все взрывчатые вещества делятся по их мощности и области применения на:.
 
1. Инициирующие взрывчатые вещества (гремучая ртуть, азид свинца, тенерес).
 
 
а) повышенной мощности (тэн, гексоген, тетрил);
 
б) нормальной мощности (тротил, пикриновая кислота, пластиты,' тетритол, скальные аммониты, аммониты, содержащие 50—60% тротила, и студенистые нитроглицериновые ВВ);
 
в) пониженной мощности (аммиачно-селитренные В В, кроме упомянутых выше, порошкообразные нитроглицериновые ВВ и хлоратиты).
 
3. Метательные взрывчатые вещества (дымные пороха и бездымные пироксилиновые и нитроглицериновые пороха).
 
В этой классификации приведены, конечно, не все наименования взрывчатых веществ, а только те из них, которые преимущественно применяются на взрывных работах. В частности, под общим наименованием аммиачно-селитренных ВВ содержатся десятки различных составов, имеющих каждый свое отдельное название.
 
Вторая классификация делит взрывчатое вещество по их химическому составу:
 
1. Нитросоединения; в веществах этого вида содержатся две — четыре нитрогруппы (NO2); к ним относятся тетрил, тротил, гексоген, тетритол, пикриновая кислота и динитронафталин, входящий в составы некоторых аммиачно-селитренных взрывчатых веществ.
 
2. Нитроэфиры; в веществах этого вида содержится несколько нитратных групп (ONO2). К ним относятся тэн, нитроглицериновые ВВ и бездымные пороха.
 
3. Соли азотной кислоты — вещества, содержащие группу NO3, основным представителем которых является аммиачная (аммонийная) селитра NH4NO3, входящая в состав всех аммиачно-селитренных взрывчатых веществ. К этой группе также относятся калиевая селитра KNO3 — основа дымных порохов, и натриевая селитра NaNO3, входящая в состав нитроглицериновых ВВ.
 
4. Соли азотистоводородной кислоты (HN3), из которых применяется только азид свинца.
 
5. Соли гремучей кислоты (HONC), из которых применяется только гремучая ртуть.
 
6. Соли хлорноватой кислоты, так называемые хлоратиты и перхлоратиты, — взрывчатые вещества, в которых основным компонентом — носителем кислорода является хлорат или перхлорат калия (КСlO3 и КСlO4); сейчас они применяются очень редко. Обособленно от этой классификации находится взрывчатое вещество, называемое оксиликвитом.
 
По химической структуре взрывчатого вещества можно судить и об основных его свойствах:
чувствительности, стойкости, составе продуктов взрыва, следовательно, о мощности вещества, взаимодействии его с другими веществами (например, с материалом оболочки) и ряде других свойств.
 
От характера связи нитрогрупп с углеродом (в нитросоединениях и нитроэфирах) зависят чувствительность взрывчатого вещества к внешним воздействиям и их стойкость (сохранение взрывчатых свойств) в условиях хранения. Например, нитросоединеиия, в которых азот группы NO2 связан непосредственно с углеродом (С—NO2), менее чувствительны и более стойки, чем нитроэфиры, у которых азот связан с углеродом через один из кислородов группы ONO2(С—О—NO2); такая связь менее прочна и делает ВВ более чувствительным и менее стойким.
 
Число нитрогрупп, содержащихся в составе ВВ, характеризует мощность последнего, а также степень его чувствительности к внешним воздействиям. Чем больше нитрогрупп в молекуле ВВ, тем оно мощнее и чувствительнее. Так, например, мононитротолуол (имеющий только одну нитрогруппу) является маслянистой жидкость, не обладающей взрывчатыми свойствами; динитротолуол, содержащий две нитрогруппы, — уже взрывчатое вещество, но со слабыми взрывчатыми характеристиками; и, наконец, тринитротолуол (тротил), имеющий три нитрогруппы, представляет собой вполне удовлетворительное по мощности взрывчатое вещество.
 
Динитросоединения применяются ограниченно; в большинстве современных взрывчатых веществ содержатся три или четыре нитрогруппы.
 
Присутствие некоторых других групп в составе ВВ также влияет на его свойства. Например, дополнительный азот (N3) в гексогене повышает чувствительность последнего. Метильная же группа (СН3) в тротиле и тетриле способствует тому, что эти ВВ не взаимодействуют с металлами, тогда как гидроксильная группа (ОН) в пикриновой кислоте является причиной легкого взаимодействия вещества с металлами (кроме олова) и появления так называемых пикратов того или иного металла, которые представляют собой взрывчатые вещества, весьма чувствительные к удару и трению.
 
Взрывчатые вещества, полученные путем замещения водорода металлом в азотистоводородной или гремучей кислоте, обусловливают крайнюю непрочность внутримолекулярных связей и, следовательно, особую чувствительность этих веществ к механическим и тепловым внешним воздействиям.
 
На взрывных работах в быту принята третья классификация взрывчатых веществ:— по допустимости их использования в тех или иных условиях.
 
По этой классификации различают следующие три основные группы:
 
1. ВВ, допущенные для открытых работ.
 
2. ВВ, допущенные для подземных работ в условиях, безопасных по возможности взрыва рудничного газа и угольной пыли.
 
3. ВВ, допущенные только для условий, опасных по возможности взрыва газа или пыли (предохранительные ВВ).
 
Критерием отнесения взрывчатого вещества к той или иной группе служат количество выделяющихся при взрыве ядовитых (вредных) газов и температура продуктов взрыва. Так, тротил из-за большого количества образующихся при его взрыве ядовитых газов может применяться только на открытых работах (строительство и карьерная добыча полезных ископаемых), тогда как аммиачно-селитренные ВВ допускаются и на открытых, и в подземных работах в условиях, неопасных по газу и пыли. Для подземных же работ, где возможно наличие взрывающихся газо- и пылевоздушных смесей, допускаются только ВВ, имеющие пониженную температуру продуктов взрыва.