Бризантные взрывчатые вещества
Бризантные ВВ могут быть однородными и неоднородными (взрывчатые смеси).
I. Однородные бризантные ВВ
По химическому строению однородные бризантные ВВ разделяются на 2 группы: нитросоединения и нитроэфиры.
НИТРОЭФИРЫ – азотнокислые нитраты спиртов или углеводов.
1. Азотнокислые эфиры углеводов: главным представителем этих ВВ являются нитраты целлюлозы (нитроклетчатки). В зависимости от содержания азота делят на две разновидности: пироксилины (содержание азота 12 – 13,5 %) и коллоксилины (содержание азота 11,5 – 12 %).
Нитроцеллюлоза ипироксилин были открыты в 1832 г. Браконо. В 1846 – 1848 г.г. Г.И. Гесс и А.А. Фадеев исследовали свойства пироксилина и показали, что он по мощности в несколько раз превосходит дымный порох.
Взрывное разложение пироксилина может быть представлено уравнением: 2C6H7O2(ONO2)33N2 9СО 3СО2 7Н2О.
При взрыве 1 кг пироксилина совершается работа, равная подъему 470 тонн на высоту 1 метр.
Пироксилин применяется для изготовления пироксилиновых порохов. По чувствительности пироксилин близок к гексогену. Сухой пироксилин при плотности 1,3 г/см3 имеет скорость детонации около 6500 м/с.
Коллоксилин менее чувствителен, чем пироксилин, и опасен главным образом в пожарном отношении. Хранят нитроклетчатку во влажном состоянии (с содержанием влаги до 30 %). Коллоксилин используют для получения лаков, целлулоида.
2. Азотнокислые эфиры спиртов.
Глицеринтринитрат (нитроглицерин) [C3H5(ONO2)3– маслянистая жидкость плотностью 1,6 г/мл, с температурой вспышки 1800С. Впервые был получен итальянским химиком Собреро в 1846 г. Чистый, не содержащий кислотных примесей нитроглицерин менее взрывчат, и более прочен.
Нитроглицерин очень чувствителен к механическим воздействиям (толчкам, ударам, зажиганию гремучей ртутью). От пламени загорается с трудом и сгорает без взрыва. При взрыве 1 г нитроглицерина образует 467 см3 газов, а 1 л – 750 л газов (порох только 280 л).
В 1854 г. знаменитый русский химик Н.Н. Зинин впервые поставил вопрос о применении нитроглицерина в качестве взрывчатого вещества. В 1867 г. нитроглицерин был применен сотрудниками артиллерийского офицера В.Ф. Петрушевского для взрывных работ на золотых приисках в Восточной Сибири.
В 1865 г. Сотрудник Зинина капитан Д.И. Андриевский предложил гремучертутный капсюль-детонатор, применение которого резко увеличило бризантное действие ВВ и привело к открытию явления детонации.
В период работы Зинина и Петрушевского в России жил шведский инженер А. Нобель. Ему принадлежит заслуга дальнейшего развития и практического использования работ русских ученых. Нобель изобрел ряд динамитов и нитроглицериновый порох (баллистит), усовершенствовал конструкцию капсюля-детонатора).
Чтобы сделать нитроглицерин менее опасным при хранении, транспорте и применении, а также для лучшего использования его взрывной силы, его смешивают с кизельгуром (панцири инфузорий, инфузорная земля) и получают твердый динамит. 100 г кизельгура впитывает 75 г нитроглицерина.
Готовый динамит без взрыва переносит толчки, падение, трение. Однако внезапное нагревание, взрыв гремучей ртути может привести к взрыву. Так же как и нитроглицерин, динамит не следует доводить до замерзания, которое происходит при – 40С. Оттаивание можно проводить только очень медленно с помощью влажного, умеренно теплого песка. Замерзший динамит нельзя подвергать резкому нагреванию (пламенем, искрами и даже комнатной температурой).
Гремучий студень (взрывчатая желатина) состоит из 90 % нитроглицерина и 10 % пироксилина. Она менее опасна, чем ее составные части, потому, что содержит немного камфары. Сгорает как динамит, в замерзшем состоянии становится несколько чувствительнее к толчкам, но не так опасна как динамит или нитроглицерин. Под водой сильно взрывает.
Нитрогликоль (гликольдинитрат) [CH2ONO2 — CH2ONO2] используется для производства незамерзающих динамитов. Обладает повышенной летучестью.
Нитродигликоль (дигликольдинитрат) [CH2ONO2–СН2– О – СН2– СH2ONO2] вследствие малой летучести и ряда свойств, близких по свойствам к нитроглицерину, его применяют для приготовления порохов.
Тэн – азотнокислый эфир пентаэритрита – пентаэритрит-тетранитрат [C(CH2ONO2)4 или
CH2ONO2O2NOH2C – C – CH2ONO2CH2ONO2
— белое кристаллическое вещество, плотностью 1,77 г/см3, негигроскопичен. Температура плавления 1410С, температура вспышки 2150С. По сравнению с другими азотнокислыми эфирами тэн стоек. Более чувствителен к удару, чем тротил, тетрил и гексоген.
Скорость детонации 7900 м/с. Тэн большей частью флегматизируют добавкой небольших количеств парафина (до 5 %), воска. Чистый тэн применяют в качестве вторичных зарядов для снаряжения капсюлей-детонаторов, а флегматизированный – для снаряжения детонирующего шнура, детонаторов, некоторых снарядов.
НИТРОСОЕДИНЕНИЯ представляют собойважнейший класс бризантных ВВ. Они характеризуются значительным фугасным и бризантным действием при малой чувствительности к механическим воздействиям. Эти вещества особенно пригодны для снаряжения артиллерийских снарядов и других боеприпасов. Достоинством этих соединений является их химическая стойкость.
Тротил или тринитротолуол [C6H2CH3(NO2)3 – желтый кристаллический порошок или чешуйки. Плотность 1,66 г/см3, температура вспышки 3000С. Температура затвердевания чистого ТНТ 80,850С, поэтому часто его используют в плавленом виде.
Горение тротила обычно не переходит в детонацию, однако если оно протекает в замкнутом сосуде с прочными стенками или в больших массах тротила, то возможна детонация.
Тротил не реагирует с металлами, но может реагировать со щелочами, образуя тротилаты. Тротилаты менее опасны, чем пикраты, но при их образовании выделяется значительное количество тепла, что может привести к возгоранию. Зарегистрирован случай воспламенения тротила в результате контакта с мыльной эмульсией.
Хотя горение тротила, как и других ВВ, происходит за счет кислорода, находящегося в самом тротиле, горящий тротил можно и нужно тушить водой. Вода, попадая на него, испаряется, на испарение требуется много тепла, поэтому температура продуктов горения уменьшается. Из-за недостатка тепла следующие слои не нагреваются до температуры вспышки, и горение прекращается.
Тротил является основным бризантным взрывчатым веществом для снаряжения боеприпасов. Его применяют в значительных количествах в сплавах с другими нитросоединениями: с гексогеном для снаряжения кумулятивных снарядов малого калибра; с 20 % динитронафталина под названием К-2;
Пикриновая кислота – тринитрофенол [C6H2OH(NO2)3]– желтый кристаллический порошок, растворимый в горячей воде. Плотность 1,6 – 1,8 г/см3, температура вспышки 3000С, скорость детонации около 7200 м/с. К удару и трению мало чувствительна.
Получена П. Вульфом в 1771 г. Длительное время пикриновая кислота использовалась как желтая краска для шерсти, шелка, кожи и волос. И только случайно, в конце 19 века было обнаружено, что она является взрывчатым веществом.
В открытом пространстве чистая пикриновая кислота спокойно сгорает сильно коптящим пламенем. При горении больших масс (например, складов), а также при горении в закрытых металлических сосудах горение может перейти в детонацию.
Большим недостатком пикриновой кислоты является ее способность образовывать соли при соприкосновении с металлами (кроме олова) в присутствии хотя бы небольшого количества воды. При этом образуются соли – пикраты, по своим свойствам близкие инициирующим ВВ. Наиболее опасны пикраты щелочных металлов.
Хранить пикриновую кислоту следует только в пластмассовой или деревянной таре. В настоящее время пикриновая кислота в качестве ВВ практически не используется.
В первой половине 20 века применялась как ВВ в различных странах под названиями мелинит (Россия, Франция), лиддит (Великобритания), шимоза (Япония), с/88 (Германия).
Пикрат аммония – аммонийную соль пикриновой кислоты применяли в США для снаряжения авиабомб.
Тетрилили тринитрофенилметилнитрамин — NO2 желто-коричневый кристаллический порошок С6Н(NO2)3Nплотностью 1,71 г/см3, температура вспышки CH3 около 1900С. Тетрил значительно чувствительнее к удару, чем тротил или пикриновая кислота.
Гексоген или циклотриметилентринитрамин [C3H6O6N6]- белое кристаллическое вещество с температурой вспышки 2300С, температурой плавления 202,50С. Чрезвычайно чувствительно к удару, скорость детонации NO2-NCH2 8500 м/с.
Из-за свой высокой чувствиельности в чистом виде не употребляется для изготовления зарядов, а используется флегматизированный гексоген. Чтобы различить флегматизированный гексоген, в флегматизатор добавляют оранжевый краситель. Нефлегматизированный гексоген используется для снаряжения боеприпасов в сплавах с тротилом.
Октоген или циклотетраметилентетранитрамин [C4H8O8N8] — O2N–NCH2N–NO2 / H2C CH2 / O2N – N CH2 N – NO2 Вещество плотностью 1,95 г/см3, температура плавления около 2800С.
Термостойкость выше, чем у гексогена, скорость детонации 9100 м/с. Октоген применяют как термостойкое ВВ при бурении глубинных скважин и дроблении взрывным методом горячих слитков при разгрузке и ремонте доменных печей. Бризантное действие октогена больше гексогена.
Эдна – этилендинитрамин, химическая формула СН2–NH–NO2 СН2–NH–NO2 По силе и чувствительности равен тетрилу. По сравнению с последним менее токсичен и не обладает красящими свойствами.
Дина – диэтанолнитратнитрамин [O2N – N(CH2CH2ONO2)2]. Чувствительность к удару такая же как у тэна. По силе взрыва близок к тэну и гексогену. Хорошо пластифицирует нитроцеллюлозу.
Ксилил – тринитроксилол [C6 H(CH3)2(NO2)3]. Ксилил представляет собой нейтральное вещество, не образующее солей с металлами. Температура вспышки 3300С. Чувствительность к удару больше, а чувствительность к детонации меньше, чем у тротила. Применяют для снаряжения боеприпасов в виде смесей с аммиачной селитрой и в виде сплава с тротилом (сплав Л).
Динитронафталин [C10H8(NO2)2].Чувствительность нафталина к детонации очень мала, поэтому его применяют только в смеси с аммиачной селитрой (динафталит).
Динитробензол [C6H4(NO2)2]– вещество плотностью 1,57 г/см3, скорость детонации 6100 м/с. Обладает низкой чувствительностью к детонации. Ядовит.
II. Неоднородные бризантные ВВ.
К неоднородным бризантным ВВ относятся смеси окислителя с взрывчатым веществом или горючим.
1. Аммиачно-селитренные ВВ, содержащие в качестве окислителя аммиачную селитру NH4NO3–аммониты. Аммониты, состоящие из смеси тротила с селитрой, содержащие более 20% тротила, называются аммотолами. По чувствительности и опасности при изготовлении эти вещества опаснее тротила.
Аммоналы – аммониты, содержащие алюминиевую пудру. Эти смеси могут загораться при соприкосновении с водой. Тушить водой при загорании категорически запрещается. Динамоны — смеси аммиачной селитры с горючими невзрывчатыми добавками (сухим торфом, древесной корой и т.д.).
2. Хлоратные и перхлоратные ВВ содержат в своем составе соли хлорноватой и хлорной кислот.
Преимущественно применяют соли хлорат калия KСlО3 («бертолетова соль»), перхлорат калия KСlО4 и перхлорат аммония NH4ClO4. При нагревании KСlО3 плавится, а около 4000С начинает разлагаться, причем распад может идти по двум направлениям: 4KСlО3 4KСl 6О2 или 4KСlО3 3KСlО4 KСl
Бертолетова соль KСlО3 и хлорноватокислый Рb(СlО3)2 свинец при стирании, толчке или нагревании с сахаром, мукой, древесиной (т.е. с органическими веществами), а также с углем, серой, фосфором, металлическими порошками взрываются очень сильно.
Еще более сильные взрывы имеют место при взаимодействии хлоратов этих металлов с цианистым калием КСN, роданистым калием КСNS, сернистым железом Fe2S3, сернистой сурьмой. При работе с хлоратами поблизости не должно быть выделения сероводорода.
Чрезвычайно чувствительны хлораты к жирам и маслам, поэтому не допускается контакт этих веществ с промасленной ветошью. Крепкие кислоты при взаимодействии с хлоратами выделяют из него взрывчатую двуокись хлора, которая кипит при 90С, а взрывается при 600С.
Наибольшую опасность представляют высушивание хлоратов и размалывание сухого продукта. Взрывчатое начало в хлоратах представляет входящая в состав его хлорноватая кислота НСlО3, которая известна только в растворе. Ее концентрированные растворы воспламеняют простым соприкосновением такие органические вещества как бумага, ткани, дерево и т.п.
3. Оксиликвиты – смеси жидкого кислорода с пористыми горючими веществами. Пропитывание оксиликвитных патронов, например, с торфом, производится непосредственно перед применением. Жидкий кислород энергично испаряется, и в зависимости от размеров патрона за время от нескольких минут до 1,5 часов такого рода боеприпасы теряют свои взрывные свойства.
Аналогичным образом может быть использован и жидкий воздух (переходит в жидкое состояние при давлении 39 атмосфер и охлаждении до – 1400С). При испарении жидкого воздуха он теряет больше легколетучего азота, чем кислорода, и поэтому остающаяся жидкость все время обогащается кислородом. В этот момент жидкий воздух похож на динамит.
4. Взрывчатые соединения азота с хлором, бромом, иодом и серой. Нитрохлорид – хлористый азот NCl3 (масло Дюлонга) получается пропусканием хлора через раствор хлорида аммония: NH4Cl 3Сl24HСl NCl3.
Хлористый азот представляет собой маслянистую желтую жидкость с резким запахом. При нагревании выше 900С ( или ударе) он взрывается с чрезвычайной силой, при этом распадается на элементы (азот и хлор). Даже влажный, он взрывается от соприкосновения с фосфором, аммиаком, мышьяком, селеном, калием, натрием, жирными и эфирными маслами, жирами, скипидаром, каучуком.
В сухом виде он взрывается от освещения лучами солнца или искусственного света. При взрыве хлористого азота пламени не образуется, но если он соприкасается с горючими веществами, они загораются от взрыва, и пожар возможен. Бромистый азот NBr3 и иодистый азот NI3 представляют собой соответственно маслообразную жидкость и черный порошок, по своим свойствам подобны хлористому азоту.
Известны случаи, когда небольшое количество сухого иодистого азота, находящееся на одном конце скамейки, взрывалось, если на другой конец скамейки осторожно садился человек. Небольшие количества этих веществ взрывались даже от звуков музыкальных инструментов.