ТЕТРИЛ
| C 7 H 5 N 5 O 8
Примітки:
1) Припускається, що CO, CO 2 і H 2 O мають газоподібну форму.
2) D E f для N 2, H 2, O 2 та всіх інших елементів дорівнює нулю.
Приклад: знайти тепло вибуху для тротилу.
До: D E f = -54,4 кДж/моль
Після: D E f = 6 (-111,8) + 5/2 (0) + 3/2 (0) + 1 (0) = -670,8 кДж/моль
D E = (-54,4) + 670,8 - = 616,4 кДж/моль,
Оскільки D E> 0, реакція екзотермічна, і теплота вибуху становить +616,4 кДж/моль.
Виражаючись масово, TNT випускає
кДж/моль) (1000 Дж/1 кДж) (1 моль/227 г) = 2175 Дж/г.
1 кг тротилу виділяє 2,175 х 10 6 Дж енергії.
Оскільки більша частина виділення енергії відбувається внаслідок реакцій окислення, кількість доступного кисню є критичним фактором. Якщо для реагування з наявним вуглецем та воднем недостатньо кисню, вибухівка вважається дефіцитною. Зворотне вважається багатим на кисень. Кількісний показник цього називається кисневим балансом, який визначається як:
OB = - (100%) МВт (O)/МВт (вибухонебезпечний) [2C + H/2 + M - O]
C, H, M & O - кількість молей вуглецю, водню, металу та кисню у збалансованій реакції, а MW - молекулярна маса кисню (= 16 г/моль) або вибухової речовини.
Приклад - знайти баланс кисню для тротилу.
OB = - (100%) (16/227) [2 (7) + 5/2 - 6] = -72%
Як правило, кисневий баланс повинен бути майже нульовим, щоб отримати максимальну кількість виділення енергії. Інші проблеми, такі як стабільність або летючість, часто обмежують кисневий баланс хімічних сполук. ТНТ є прикладом відносно потужної вибухової речовини, яка відчуває дефіцит кисню.
Деякі вибухові речовини - це суміші хімічних речовин, які не реагують і відомі як композити. Поширеним прикладом є композит B-3, який складається із суміші 64/36 RDX (C 3 H 6 N 6 O 6) та тротилу. Якби це було записано в тих самих позначеннях, це було б C 6.851 H 8.750 N 7.650 O 9.300 і мало б кисневий баланс, OB = -40.5%. ANFO, який є сумішшю аміачної селітри та мазуту 94/6, має баланс кисню -0,6%. Композитні вибухові речовини, як правило, мають залишки кисню, які ближчі до ідеального випадку нуля. Ось суміші, що використовуються для деяких загальних композитних вибухових речовин:
Таблиця 3. Композитні вибухові речовини.
Ім'я
| Склад
| Формула
| АМАТОЛ
| 80/20 Аміачна селітра/тротил
| C 0,62 H 4,44 N 2,26 O 3,53
| АНФО
| 94/6 Аміачна селітра/# 2 Дизельне масло
| C 0,365 H 4,713 N 2 000 O 3 000
| КОМП А-3
| 91/9 RDX/WAX
| C 1,87 H 3,74 N 2,46 O 2,46
| КОМП Б-3
| 64/36 RDX/TNT
| C 6,851 H 8,750 N 7,650 O 9,300
| КОМП С-4
| 91/5,3/2,1/1,6 RDX/Di (2-этигексил) себакат/поліізобутилен/моторне масло
| C 1,82 H 3,54 N 2,46 O 2,51
| ДИНАМІТ
| 75/15/10 RDX/TNT/Пластифікатори
Міцність вибухових речовин
Визначальним фактором перетворення теплоти вибуху в механічну роботу є кількість продуктових газів, доступних для розширення. У випадку з тротилом на кожен моль вибухової речовини виробляється 10 молей газу. Ми можемо використати цей факт для прогнозування фактичної вибухової міцності інших хімічних речовин. Це відоме як наближення Бертело, яке говорить, що відносну вибухонебезпеку матеріалу (порівняно з тротилом на масовій основі) можна розрахувати на основі двох факторів:
зміна внутрішньої енергії (D E) і
кількість виробленого газу. Якщо об'єднати ці фактори та встановити значення для нашого посилання, TNT, ми отримаємо:
Відносна міцність (%) = 840 D n D E/МВт 2
де:
D n = кількість молей газу на моль вибухової речовини
D E = теплота вибуху в кДж/моль
MW = молекулярна маса вибухової речовини в г/моль
Коефіцієнт 840 становить одиниці та значення D E та D n для тротилу.
Приклад - розрахувати відносну міцність Бертело для RDX
RDX: C 3 H 6 N 6 O 6 3CO + 3H2 O + 3N 2
MW = 222 г/моль
D n = 9 моль
D E f (до) = 83,82 кДж/моль
D E f (після) = 3 (-111,8) + 3 (-240,6) = -1057,2 кДж/моль
Тому:
RS = 840 (9) (83,82 + 1057,2)/222 2
RS = 175%
Розрахована таким чином відносна вибухонебезпечність обмежена. Насправді важливою є фактична сила, яку можна виміряти лише експериментом. Існує безліч стандартних тестів, більшість з яких включають безпосереднє вимірювання виконаної роботи. Ось кілька прикладів вимірювань для RDX:
Випробування балістичного міномета: 140%
Тест блоку Trauzl: 186%
Тест на подрібнення піску: 136%
все це вигідно порівняно з нашим наближенням Бертело.
Категорії вибухових речовин
Вибухові матеріали не тільки повинні бути високоенергетичними, що характеризується відносною міцністю, але вони також повинні бурхливо реагувати. Швидкість реакції життєво необхідна для накопичення великої кількості енергії в малому обсязі. Реакції, що протікають повільно, дозволяють розсіяній енергії розсіюватися (це міркування, що включає взаємодію ударної хвилі з цілями). Вибух створить або ударну хвилю, і викине осколки назовні, нас обох. Якщо вивільнення енергії повільне, ударна хвиля буде поступовою і подовженою, а швидкість фрагмента низькою. З іншого боку, бурхлива реакція буде характеризуватися дуже різкою (короткочасною, високим тиском) ударною хвилею та великими швидкостями фрагментів. Ця швидкість реакції називається оживленням або руйнуючим потенціалом вибуху. Це властивість матеріалу та ступінь ув'язнення. Якщо вибух стримується спочатку, він може створити великий тиск і досягти того ж ефекту. Швидкість реакції використовується як метод класифікації вибухонебезпечних матеріалів.
Вибухові речовини, які реагують дуже бурхливо (жваво), відомі як вибухові речовини. Вони використовуються виключно заради їх руйнівної сили. На відміну від них, є деякі матеріали, які реагують повільніше. Вони відомі як вибухонебезпечні речовини. Вони виділяють велику кількість енергії, але завдяки відносно повільній швидкості реакції енергія є більш корисною як рушій, де розширення газів використовується для переміщення снарядів. Прикладом може бути порох, який, хоч і досить енергійний, класифікується як маловибухонебезпечний і використовується переважно як паливо. Це правда, що ув'язнення збільшить бадьорість пороху, але існує велика кількість матеріалів, які реагують набагато швидше і бурхливіше, ніж порох.
Ініціювання вибухової реакції
Хоча реакції окислення, що виділяють енергію у вибухових реакціях, є енергетично можливими, вони не відбуваються спонтанно. Зазвичай існує якийсь невеликий бар’єр, який потрібно подолати за рахунок введення енергії, яка розпочне реакцію, яка потім сама триватиме до завершення. Введення енергії для подолання бар'єру називається ініціюванням (або детонацією). Іноді потрібна лише механічна сила, як у випадку нітрогліцерину. В інших ситуаціях потрібно тепло, як від сірника або електрики. Легкість вибуху вибухової речовини полягає в її чутливості. З міркувань безпеки вибухові матеріали поділяють на три категорії: ті, що легко підірвуться, називаються чутливими або первинними вибуховими речовинами; ті, яким для детонації потрібно трохи більше енергії, які називаються проміжними вибухівками; і ті, яким для детонації потрібно відносно більше енергії, які називаються чутливими або вторинними вибуховими речовинами. Терміни стосуються того, як різні матеріали будуть фізично налаштовані в справному вибуховому пристрої.
Таблиця 4. Вибухові речовини загального користування та їх використання.
Первинний H.E.
(детонатори)
| Фульмінат ртуті
| Тетритол
| RDX
| Свинцевий азид
| ПЕТН
| Comp-A, B, C
| Свинцевий стифнат
| Тетрил
| Циклотол
| Тетрацен
| TNT
| HBX-1,3
| DDNP
| Н-6
| | МІНОЛ 2
| | Пікрат амонію
Первинні вибухові матеріали використовуються для детонації всього вибухового пристрою. Тобто вони зазвичай підключені до якогось зовнішнього пристрою, який запускає детонацію. У цій якості первинна вибухова речовина називається запобіжником. Енергія вибухової детонації первинного матеріалу використовується для спрацьовування підсилювача, який, у свою чергу, запускає основний заряд, який складається з вторинного (нечутливого матеріалу). Ця комбінація невеликої кількості чутливого матеріалу, що використовується для руху великої кількості вторинного матеріалу, відома як вибуховий потяг. Його називають поїздом, оскільки події відбуваються послідовно. Основний заряд повинен складатися з нечутливого матеріалу для безпеки тих, хто обробляє пристрій. На практиці запобіжник рідко зберігається у пристрої, поки він не буде необхідним для використання. Таким чином, пристрій залишається відносно безпечним, оскільки воно складається лише з вторинного (нечутливого) матеріалу і не може бути підірвано.
Рисунок 1. Вибухонебезпека
поїзд.
Після встановлення запобіжника весь пристрій вимагає великої обережності при поводженні, щоб запобігти ненавмисній детонації. Часто пристрій налаштовано таким чином, що вибуховий поїзд повинен проходити через невеликий фізичний порт, який з'єднує запобіжник з основним зарядом. Цей порт можна заблокувати, поки пристрій не буде використовуватися. Як приклад, порт може складатися з двох обертових пластин з нецентровими отворами. Коли пластини вирівняні, два отвори вирівняються і дозволять працювати. Це називається постановкою на охорону пристрою. В іншому випадку отвори не будуть вирівняні, і пристрій буде в безпеці. Механізм з пластинами називається захисним та охоронним пристроєм. Існують інші конфігурації, але всі вони виконують одну і ту ж функцію: запобігати випадковій детонації та дозволяти детонацію, коли це дозволено.
|
|
|
