Вибухові речовини
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Вибухові речовини

Вибухові речовини (ВВ), хімічні сполуки або суміші речовин, здібні до швидкої хімічної реакції, що супроводиться виділенням великої кількості тепла і утворенням газів. Ця реакція, виникнувши в якій-небудь крапці в результаті нагрівання, удару, тертя, вибуху іншого ВВ або іншої зовнішньої дії, поширюється по заряду за рахунок передачі енергії від шару до шару за допомогою процесів тепло- і масопереносу ( горіння ) або ударної хвилі ( детонація ). Швидкість горіння різних ВВ вагається від доль мм/сек до десятків і сотень м/сек , швидкість детонації може перевищувати 9 км/сек .

загрузка...

  Вибуховими можуть бути речовини, що конденсують (тверді і рідкі), гази, а також суспензії часток твердих або рідких речовин в газах. У вибуховій техніці застосовуються ті, що конденсують і водонаповнені ВВ, перевага яких полягає в значній концентрації енергії в одиниці об'єму. У поєднанні з великою швидкістю процесу це дозволяє отримувати при вибуху величезні потужності. Так, по заряду з 1 кг   гексогену, об'єм якого 0,6 л , а теплота вибуху 5,4 Мдж (1300 ккал ), детонація може пройті за 10 мксек (1·10 -5 сік ), що відповідає потужності 500 млн. квт (у десятки разів більше, ніж потужність найкрупнішої електростанції). Реакція при детонації йде так швидко, що газоподібні продукти з температурою декілька тисяч градусів виявляються стислими в об'ємі, близькому до вихідного об'єму заряду, до тиску в десятки Гн/м 2 (сотні тисяч кгс/см 2 ). Різко розширюючись, стислий газ завдає по довкіллю удару величезної сили. Відбувається вибух . Матеріали, що знаходяться поблизу від заряду, піддаються дробленню і сильній пластичній деформації (місцеве, або бризантне, дія вибуху); далеко від заряду руйнування менш інтенсивні, але зона, в якій вони відбуваються, значно більше (загальне, або фугасне, дія вибуху). Тиск р , що розвивається при детонації і визначає бризантну ВВ, залежить від щільності заряду і швидкості детонація. Фугасність, або працездатність, ВВ визначається теплотою, а також об'ємом газоподібних продуктів вибуху. Зазвичай працездатність виражають у відносних одиницях, використовуючи як стандартного ВВ тротил (див. Тротиловий еквівалент ), гримучий холодець або амоніт № 6, або в одиницях енергії.

  Окрім здатності виробляти ту або іншу роботу, області вживання ВВ визначаються їх хімічною і фізичною стійкістю (тобто здатністю зберігати свої властивості в процесі спорядження, транспортування і зберігання) і чутливістю до зовнішніх дій, що характеризується мінімальною кількістю енергії, необхідною для збудження вибуху. Важливою характеристикою ВВ є також їх детонаційна здатність, мірою якої служить критичний діаметр детонації, тобто найменший діаметр циліндрового заряду, при якому детонація ще поширюється, не дивлячись на розкид речовини із зони реакції. Детонаційна здатність ВВ тим більше, чим менше критичний діаметр. Основним джерелом енергії вибуху є окислення. Окислювачем зазвичай служить кисень, який входить до складу ВВ і забезпечує можливість їх горіння і вибуху без доступу повітря. Чим більше кисню у ВВ, тим вище їх кисневий баланс. Якщо кисню вистачає для перетворення всього вуглецю ВВ в Co 2 , а водню — в H 2 O, кисневий баланс ВВ дорівнює нулю. У ВВ з недоліком кисню він негативний, з лишком — позитивний. Здібністю до вибуху володіють і деякі речовини, що не містять кисню, — азиди, ацетилен, ацетиленід, діазосполуки, гідразин, йодистий і хлористий азот, суміші горючих речовин з галогенами, «заморожені» радикали вільні, з'єднання інертних газів і ін. Більшість з них, так само як багато кисневмісних з'єднань (перекиси, озоніди, органічні солі хлорної і хлорнувато-кислої кислот, нітрит, нітрозосоєдіненія і ін.) відносяться до вибухонебезпечних речовин, але унаслідок дуже високої чутливості, малої хімічної стійкості, токсичності, дорожнечі і тому подібне як ВВ не застосовуються. Деякі вибухові суміші горючих речовин з окислювачами (хроматами, біхроматами, перекисами, оксидами, нітратами, хлоратами і тому подібне) використовуються як піротехнічні склади (див. Піротехніка ).

  З багатьох здатних до вибуху з'єднань як ВВ і компонентів вибухових сумішей застосовують лише 2—3 десятки речовин. Основні з них — нітросполуки ( тринітротолуол, Тетрил, гексоген, октоген, нітрогліцерин, тетранітропентаерітріт — тен, нітроклетчатка, нітрометан і ін.) і солі азотної кислоти, особливо нітрат амонія. Як правило, ці речовини застосовують не в чистому вигляді, а у вигляді сумішей, наприклад суміші октогена, гексогену і тена з тротилом, нітрогліцерину з нітрогліколем, діетіленглікольдінітратом і нітроклетчаткой (див. Динаміт і Баллістіти ), тротилу з нітратом амонія (див. Амоніти ), суміші аміачної селітри з рідкими (наприклад, соляровим маслом) і порошкоподібними (наприклад, деревною мукою, порошкоподібним алюмінієм) горючими речовинами (див. Дінамони ). Для зменшення чутливості і небезпеки в обігу потужні ВВ змішують з парафіном, церезином і ін. легкоплавкими добавками (флегматизація ВВ). Для збільшення теплоти вибуху в суміші вводять порошкоподібний алюміній або магній. Велике значення мають сумішеві ВВ, що виготовляються з невибухових (або слабовзривчатих) пальних і окислювачів, — ігданіти, грануліти, димний порох, хлоратниє і перхлоратниє ВВ — суміші на основі солей хлорної і хлорнувато-кислої кислот, рідкого кисню ( оксиліквіти ) і ін. По вибухових властивостях (умовам переходу горіння в детонацію) і обумовлених ними сферах застосування ВВ підрозділяють на тих, що ініціюють (первинні), бризантні (вторинні) і метальні (пороху). ВВ, що ініціюють характеризуються надзвичайно високою швидкістю вибухового перетворення. Чутливість їх висока, горіння нестійке і швидко переходить в детонацію вже при атмосферному тиску. Вибух може бути збуджений підпалом, ударом або тертям. ВВ, що ініціюють, використовують для збудження вибухового перетворення інших речовин. Основні представники ВВ, що ініціюють, — азид свинцю, гримуча ртуть, трінітрорезорцинат свинцю, тетразен . Бризантні ВВ більш інертні. Чутливість їх до зовнішніх дій значно менше, чим що ініціюють. Горіння може перейти в детонацію лише за наявності міцної оболонки або великої кількості ВВ. Тому вони відносно безпечні в обігу. У якості бризантних ВВ застосовують головним чином нітросполуки і вибухові суміші на основі нітратів, хлоратів, перхлоратов і рідкого кисню, про яких говорилося вище. Основний режим їх вибухового перетворення — детонація, що збуджується невеликим зарядом ВВ, що ініціює. Бризантні ВВ застосовують для вибухових робіт, а також в снарядах і ін. боєприпасах. Метальні ВВ горять ще стійкіше, ніж бризантні: вони не детонують при горінні навіть в найтяжчих умовах [великі заряди, тиск порядка десятки і сотні Мн/м-коду 2 (сотень і тисяч кгс/см 2 )]. Основний режим вибухового перетворення метальних ВВ — горіння. Відмінність метальних ВВ від бризантних визначається в основному не хімічним складом, а фізичною структурою цих речовин (щільністю і міцністю заряду). Характеристики деяких ВВ приведені в таблиці.

Характеристика деяких вибухових речовин при щільність заряду 1600 кг/м-коду 3

Вибухові речовини

Кислород-
ний ба-
ланс %

Теплота вибуху, Мдж/кг ( ккал/кг )

Об'єм газоподібних продуктів вибуху, при нормальних ус-
ловіях, м-код 3 /кг ( л/кг )

Швидкість детонації, кг/сек

Тротил. . . . . . . . . . .

–74,0

4,2 (1000)

0,75 (750)

7,0

Тетрил. . . . . . . . . . .

–47,4

4,6 (1100)

0,74 (740)

7,6

Гексоген. . . . . . . . . .

–21,6

5,4 (1300)

0,89 (890)

8,1

Тен. . . . . . . . . . . . . .

–10,1

5,9 (1400)

0,79 (790)

7,8

Нітрогліцерин. . . . .

+3,5

6,3 (1500)

0,69 (690)

7,7

Амоніт № 6 3 . . . . . . .

0

4,2 (1000)

0,89 (890)

5 1

Нітрат амонія. . . .

+20,0

1,6   (380)

0,98 (980)

~1,5 1

Азид свинцю. . . . . . .

1,7   (400)

0,23 (230)

5,3 2

Баллістітний порох 4 .

–45

3,56 (860)

0,97 (970)

7,0

  1 Щільність заряду 1000 кг/м 3 . 2 Щільність заряду 4100 кг/м 3 . 3 79% нітрату амонія, 21% тротилу. 4 28% нітрогліцерину, 57% нітроцелюлози (колоксилону) 11% динітротолуолу, 3% централіта, 1% вазеліну.

 

  ВВ широко застосовують в народному господарстві при вибухових роботах, вибуховій зварці, вибуховому зміцненні металу, вибуховому штампуванні. ВВ, вживані в гірській промисловості, підрозділяють на незапобіжних — для відкритих робіт і для підземних робіт (окрім шахт, небезпечних по газу або пилу зазвичай ВВ для підземних робіт володіють більшою детонаційною здатністю, чим ВВ для відкритих робіт, і утворюють при вибуху менше отруйних газоподібних продуктів — оксидів азоту і окислу вуглецю), і на запобіжні вибухові речовини (для шахт, небезпечних по газу або пилу). Основну масу промислових ВВ складають амоніти і грануліти. У менших кількостях використовують динаміт тротил, переважно гранульований (гранулотол), інколи з добавкою алюмінію (алюмотол), водонаповнені вибухові речовини .

  У військовій техніці ВВ застосовують для спорядження боєприпасів: вторинні ВВ — для розривних зарядів мін, снарядів, авіаційних бомб, бойових частин ракет, бойових зарядних відділень торпед, ручних і рушничних гранат і др.; метальні — в якості порохових зарядів артилерійських і мінометних пострілів, патронів для стрілецької зброї, твердопаливних ракетних двигунів і др.; що ініціюють — для пристроїв, що забезпечують детонацію розривного або займання порохового зарядів (у капсулях-детонаторах, електродетонаторах, детонуючому шнурі і  т.п.). ВВ використовують також для виготовлення генераторів газу високого тиску (порохові заряди для подачі компонентів в камеру згорання рідинних ракетних двигунів, для вогнеметів і т.д.), пристрої інженерних вибухових загород (мінні поля, фугаси). Вони є важливою частиною атомних і термоядерних боєприпасів: вибух зарядів вторинного ВВ забезпечує досягнення надкритичної маси ядерного заряду.

  Широке вживання ВВ знаходять і в наукових дослідженнях як простий і зручний засіб здобуття високих температур великих швидкостей і надвисокого тиску. Одним з напрямів розвитку ВВ є широке використання придатних для механізованого заряджання сипких гранульованих ВВ, підривання зарядів без вживання ВВ (наприклад, за допомогою потужного електричного розряду), що ініціюють, розробка і впровадження нових типів ВВ [наприклад, з'єднань, що містять багату киснем трінітрометільную групу C (No 2 ) 3 ], вживання нітропарафінов, вибухових сумішей на основі рідких окислювачів (тетранітрометану, чотириокису азоту і ін.).

  Першим ВВ був чорний (димний) порох, що з'явився в Європі в 13 ст Вживання вторинних ВВ почалося лише в 19 ст Піроксилін, пікринову кислоту і тротил стали застосовувати у військовій техніці, нітрогліцерин і динаміт — в гірській промисловості. Перед 2-ою світовою війною почали застосовувати тен і гексоген, а після неї — октоген. У 80-х рр. 19 ст був винайдений бездимний порох, який став основним метальним ВВ для вогнепальної зброї, а починаючи з 30-х рр. 20 ст — і для реактивних снарядів (поряд з сумішевими порохамі). На початку 19 ст для займання чорного пороху стали застосовувати перше ВВ, що ініціювало, — гримучу ртуть. Пізніше було виявлено, що, збільшивши заряд гримучої ртуті, можна отримати детонацію ВВ. Це дозволило застосовувати у великих кількостях такі ВВ які без детонатора висадити важко (амоніти, дінамони, водонаповнені ВВ). Вживання ВВ стало і економічнішим і безпечнішим. Істотно покращали і способи вживання ВВ.

  Сучасна вибухова техніка дозволяє виробляти вибухи величезних (декілька тисяч т ) зарядів ВВ з великим корисним ефектом і забезпеченням повної безпеки людей і прилеглих споруд. Світове виробництво ВВ складає декілька млн. т в рік.

  Літ.: Андрєєв До. До., Беляєв А. Ф., Теорія вибухових речовин, М., 1960; Андрєєв До. До., Термічне розкладання і горіння вибухових речовин, 2 видавництва, М., 1966; Орлова Е. Ю., Хімія і технологія бризантних вибухових речовин, М., 1960; Баум Ф. А., Станюковіч До. П., Шехтер Би. І., Фізика вибуху, М., 1959; Светлов Би. Я., Яременко Н. Е., Теорія і властивості промислових вибухових речовин, 2 видавництва, М., 1966; Беляєв А. Ф., Горіння детонація і робота вибуху систем, що конденсують, М., 1968; Горст А. Р., Пороху і вибухові речовини, 2 видавництва, М., 1957; Вибухові речовини і пороху, М., 1955; Дубнов Л. Ст, Запобіжні вибухові речовини в гірській промисловості, М. — Л., 1953; Гольбіндер А. І. і Андрєєв До. До., Антигризутні вибухові речовини, М., 1947; Млинців І. Ф., Хлоратниє і перхлоратниє вибухові речовини, М., 1941.

  Би. Н. Кондріков.