Всъщност дяволът седи в експлозивите, готов във всяка секунда да започне да унищожава и разбива всичко наоколо. Поддържането на това адско създание под контрол и освобождаването му само когато е необходимо е основният проблем, който химиците и пиротехниците трябва да решат, когато създават и използват експлозиви. В историята на създаването и развитието на експлозиви (експлозиви), както в капка вода, се показва историята на възникването, развитието и унищожаването на държави и империи.
Подготвяйки очертанията на уроците, авторът многократно забелязва, че страните, чиито управници обръщат зорко внимание на развитието на науките и най -вече на естественото триединство на математиците - физиката - химията - достигат висоти в своето развитие. Ярък пример може да бъде бързото изкачване на световната сцена на Германия, която за половин век направи скок от съюз на различни държави, някои от които дори на подробна карта на Европа бяха трудно забележими без „малък обхват“, към империя, с която трябваше да се смята в продължение на век и половина. Без да намалявам достойнствата на великия Бисмарк в този процес, ще цитирам неговата фраза, която той каза след победоносния край на френско-пруската война: „Тази война беше спечелена от обикновен учител по немски“. Авторът би искал да посвети рецензията си на химическия аспект на повишаване на бойната способност на армията и държавата, както винаги, без изобщо да претендира, че е изключителен от неговото мнение.
При публикуването на статията авторът, подобно на Жул Верн, умишлено избягва да уточнява конкретни технологични детайли и фокусира вниманието си върху чисто индустриални методи за получаване на експлозиви. Това се дължи не само на съвсем разбираемото чувство за отговорност на учения за резултатите от неговите трудове (било то практически или публицистични), но и на факта, че предмет на изследването е въпросът „Защо всичко беше така и не иначе? “И не„ Кой пръв го получи? вещество “.
Освен това авторът моли читателите за прошка за принудителното използване на химически термини - атрибути на науката (както показва неговият собствен педагогически опит, а не най -обичаният от учениците). Осъзнавайки, че е невъзможно да се пише за химикали, без да се споменават химически термини, авторът ще се опита да сведе до минимум специалния речник.
И последното нещо. Цифрите, дадени от автора, в никакъв случай не трябва да се считат за крайна истина. Данните за характеристиките на експлозивите в различни източници се различават и понякога доста силно. Това е разбираемо: характеристиките на боеприпасите много значително зависят от техния „търгуем“тип, наличието / отсъствието на чужди вещества, въвеждането на стабилизатори, режимите на синтез и много други фактори. Методите за определяне на характеристиките на експлозивите също не се отличават с еднаквост (въпреки че тук ще има повече стандартизация) и те също не страдат от особена възпроизводимост.
ВВ класификация
В зависимост от вида на експлозията и чувствителността към външни влияния, всички експлозиви са разделени на три основни групи:
1. Иницииране на BB.
2. Взривни експлозиви.
3. Хвърляне на взривни вещества.
Иницииране на BB. Те са много чувствителни към външни влияния. Останалите им характеристики обикновено са ниски. Но те имат ценно свойство - експлозията им (детонация) има детонационен ефект върху взривните и задвижващите експлозиви, които обикновено изобщо не са чувствителни към други видове външни влияния или имат много ниска чувствителност. Следователно иницииращите вещества се използват само за възбуждане на експлозията на взривни или задвижващи експлозиви. За да се гарантира безопасността при използване на иницииращи експлозиви, те са опаковани в защитни устройства (капсула, капсулна втулка, капачка на детонатор, електрически детонатор, предпазител). Типични представители на иницииращи експлозиви: живачен фулминат, оловен азид, тенрези (TNPC).
Взривни експлозиви. Това, всъщност, те казват и пишат. Те оборудват снаряди, мини, бомби, ракети, наземни мини; взривяват мостове, коли, бизнесмени …
Взривните експлозиви са разделени на три групи според техните експлозивни характеристики:
- повишена мощност (представители: RDX, HMX, PETN, Tetril);
- нормална мощност (представители: TNT, мелинит, пластмаса);
- намалена мощност (представители: амониев нитрат и неговите смеси).
Експлозивите с повишена мощност са малко по -чувствителни към външни влияния и затова те се използват по -често в смес с флегматизатори (вещества, които намаляват чувствителността на експлозивите) или в смес с експлозиви с нормална мощност, за да се увеличи мощността на последните. Понякога експлозиви с висока мощност се използват като междинни детонатори.
Хвърляне на взривни вещества. Това са различни барути - черен опушен, бездимен пироксилин и нитроглицерин. Те включват и различни пиротехнически смеси за фойерверки, сигнални и светлинни ракети, осветителни снаряди, мини и въздушни бомби.
За черния прах и Черния Бертолд
В продължение на няколко века единственият вид експлозив, използван от хората, е черен прах. С негова помощ топовите топки бяха хвърлени по врага, а с него бяха пълни експлозивни снаряди. Барутът се използва в подземни мини за разрушаване на стените на крепости, за смачкване на скали.
В Европа става известен от 13 век, а още по -рано в Китай, Индия и Византия. Първото записано описание на барут за фойерверки е описано от китайския учен Сун-Симяо през 682. Максимилиан Гърк (XIII-XIV век) в трактата "Книга на светлините" описва смес на основата на калиев нитрат, използвана във Византия като известен „гръцки огън“и състоящ се от 60% нитрат, 20% сяра и 20% въглища.
Европейската история на откриването на барут започва с англичанин, францисканският монах Роджър Бейкън, който през 1242 г. в книгата си „Liber de Nullitate Magiae“дава рецепта за черен прах за ракети и фойерверки (40% селитра, 30% въглища и 30 % сяра) и полумитичният монах Бертолд Шварц (1351). Възможно е обаче това да е един човек: използването на псевдоними през Средновековието е било доста често срещано явление, както и последващото объркване с датирането на източниците.
Простотата на състава, наличието на два от трите компонента (естествената сяра все още не е необичайна в южните райони на Италия и Сицилия), лекотата на приготвяне - всичко това гарантира барута триумфален поход през страните от Европа и Азия. Единственият проблем беше да се получат големи количества калиев нитрат, но тази задача се справи успешно. Тъй като единственото известно находище на калиев нитрат по това време е в Индия (оттук и второто му име - индийско), местното производство е установено в почти всички страни. Невъзможно беше да го наречем приятен, дори и със солиден запас от оптимизъм: суровините за него бяха оборски тор, вътрешности на животните, урина и животинска коса. Най-малко неприятните съставки в тази неприятна миризма и силно замърсена смес бяха вар и поташ. Цялото това богатство в продължение на няколко месеца се изсипва в ями, където ферментира под въздействието на азотобактерии. Освободеният амоняк се окислява до нитрати, което в крайна сметка дава желания нитрат, който се изолира и пречиства чрез прекристализация - също занимание, ще кажа, не е най -приятното. Както можете да видите, няма нищо особено сложно в процеса, суровините са доста достъпни и наличността на барут също скоро стана универсална.
Черният (или опушен) барут беше универсален експлозив по това време. Нито се клати, нито се търкаля, дълги години се използваше и като снаряд, и като пълнеж за първите бомби - прототипите на съвременните боеприпаси. До края на първата трета на 19 век барутът напълно отговаря на нуждите на прогреса. Но науката и индустрията не стоят неподвижни и скоро те престават да отговарят на изискванията на времето поради малкия си капацитет. Краят на монопола на барута може да се припише на 70 -те години на 17 -ти век, когато А. Лавоазие и К. Бертолет организират производството на сол на бертолет на основата на калиев хлорат, открит от Бертолет (сол на бертолет).
Историята на солта на Бертолет може да бъде проследена до момента, в който Клод Бертолет изучава свойствата на хлора, открити наскоро от Карл Шеле. Чрез преминаване на хлор през горещ концентриран разтвор на калиев хидроксид, Бертолет получава ново вещество, наречено по -късно от химиците калиев хлорат, а не от химиците - сол на Бертолет. Това се случи през 1786 г. И въпреки че дяволската сол никога не се превърна в нов експлозив, тя изпълни своята роля: първо, тя послужи като стимул за търсене на нови заместители на овехтялия „бог на войната“, и второ, тя стана основател на нови видове експлозиви - инициатори.
Експлозивно масло
А през 1846 г. химиците предлагат две нови експлозиви - пироксилин и нитроглицерин. В Торино италианският химик Ascagno Sobrero откри, че е достатъчно глицеринът да се третира с азотна киселина (нитриране), за да се образува мазна прозрачна течност - нитроглицерин. Първият отпечатан доклад за него е публикуван в списание L'Institut (XV, 53) на 15 февруари 1847 г. и заслужава някои цитати. Първата част казва:
„Асканьо Собраро, професор по техническа химия от Торино, в писмо, предадено от проф. Пелузом, съобщава, че той отдавна е получавал експлозиви от действието на азотна киселина върху различни органични вещества, а именно тръстикова захар, примамване, декстрит, млечна захар и др. и опитът му показа, че се получава вещество, подобно на дрънкащия памук …"
Освен това има описание на експеримента за нитриране, интересен само за органичните химици (и дори тогава само от историческа гледна точка), но ще отбележим само една особеност: нитропроизводни на целулоза, както и способността им да експлодират, вече бяха доста добре познати [11].
Нитроглицеринът е един от най -мощните и чувствителни взривни вещества и изисква специални грижи и внимание при боравене.
1. Чувствителност: може да избухне от изстрел от куршум. Чувствителност към удар с 10 кг гира, паднала от височина 25 см - 100%. Изгарянето се превръща в детонация.
2. Енергия на експлозивна трансформация - 5300 J / kg.
3. Скорост на детонация: 6500 m / s.
4. Преграда: 15-18 мм.
5. Експлозивност: 360-400 куб. М. виж [6].
Възможността за използване на нитроглицерин беше показана от известния руски химик Н. Н. Зинин, който през 1853-1855 г. по време на Кримската война, заедно с военния инженер В. Ф. Петрушевски, произвежда голямо количество нитроглицерин.
Професорът на Казанския университет Н. Н. Зинин
Военен инженер В. Ф. Петрушевски
Но дяволът, живеещ в нитроглицерин, се оказа злобен и непокорен. Оказа се, че чувствителността на това вещество към външни влияния е само малко по -ниска от тази на експлозивния живак. Той може да експлодира още в момента на нитриране, не може да се разклаща, нагрява и охлажда или да се излага на слънце. Може да експлодира по време на съхранение. И ако го запалите с кибрит, той може да гори доста спокойно …
И все пак нуждата от мощни експлозиви до средата на 19 век вече беше толкова голяма, че въпреки многобройните инциденти, нитроглицеринът започна да се използва широко при взривни операции.
Опитите да се овладее злият дявол са предприети от мнозина, но славата на укротителя отива при Алфред Нобел. Възходите и паденията на този път, както и съдбата на приходите от продажбата на това вещество, са широко известни и авторът счита за излишно да навлиза в техните подробности.
„Изстискани“в порите на инертен пълнител (и няколко десетки вещества бяха изпробвани като такива, най -доброто от което беше инфузорна пръст - порест силикат, 90% от обема на който попада върху порите, които могат алчно да абсорбират нитроглицерин), нитроглицеринът стана много по -примирителен, запазвайки със себе си почти цялата си разрушителна сила. Както знаете, Нобел даде на тази смес, която прилича на торф, името "динамит" (от гръцката дума "dinos" - сила). Иронията на съдбата: година след като Нобел получи патент за производство на динамит, Петрушевски напълно независимо смесва нитроглицерин с магнезия и получава експлозиви, наречени по -късно „руски динамит“.
Нитроглицеринът (по -точно глицерин тринитрат) е пълен естер на глицерин и азотна киселина. Обикновено се получава чрез третиране на глицерин със смес от сярно -азотна киселина (на химически език - реакцията на естерификация):
Експлозията на нитроглицерин е придружена от отделянето на голямо количество газообразни продукти:
4 C3H5 (NO2) 3 = 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Естерификацията протича последователно на три етапа: на първия се получава глицерол мононитрат, на втория - глицерол динитрат, а на третия - глицерол тринитрат. За по -пълен добив на нитроглицерин се взема 20% излишък от азотна киселина над теоретично необходимото количество.
Нитрирането се извършва в порцеланови саксии или споени оловни съдове във вана с ледена вода. Около 700 g нитроглицерин бяха получени за един цикъл и за час такива операции бяха извършени за 3-4.
Но нарастващите нужди са направили свои собствени корекции в технологията за производство на нитроглицерин. С течение на времето (през 1882 г.) е разработена технология за производство на експлозиви в нитратори. В този случай процесът беше разделен на два етапа: на първия етап глицеринът беше смесен с половината количество сярна киселина и по този начин по-голямата част от отделената топлина беше оползотворена, след което се приготви готова смес от азотна и сярна киселина е въведен в същия съд. По този начин беше възможно да се избегне основната трудност: прекомерно прегряване на реакционната смес. Разбъркването се извършва със сгъстен въздух при налягане 4 atm. Производителността на процеса е 100 кг глицерин за 20 минути при 10 - 12 градуса.
Поради различното специфично тегло на нитроглицерин (1, 6) и отпадъчна киселина (1, 7), той се събира отгоре с остър интерфейс. След нитриране нитроглицеринът се промива с вода, след това се измива от киселинните остатъци със сода и отново се измива с вода. Смесването на всички етапи на процеса се извършва със сгъстен въздух. Сушенето се извършва чрез филтриране през слой от калцинирана готварска сол [9].
Както можете да видите, реакцията е доста проста (спомнете си вълната от тероризъм в края на 19 -ти век, повдигната от „бомбардировачи“, които усвоиха простата наука за приложна химия) и принадлежи към броя „прости химични процеси“(А. Щетбахер). Почти всяко количество нитроглицерин може да бъде направено при най -простите условия (правенето на черен прах не е много по -лесно).
Консумацията на реактиви е както следва: за да получите 150 ml нитроглицерин, трябва да вземете: 116 ml глицерин; 1126 ml концентрирана сярна киселина;
649 ml азотна киселина (най -малко 62% концентрация).
Динамит на война
Динамитът е използван за пръв път във френско-пруската война от 1870-1871 г.: пруските сапьори взривяват френските укрепления с динамит. Но безопасността на динамита се оказа относителна. Военните веднага установиха, че когато е изстрелян от куршум, той избухва не по -лошо от предшественика си и изгарянето в определени случаи се превръща в експлозия.
Но изкушението да се получат мощни боеприпаси беше неустоимо. Чрез доста опасни и сложни експерименти беше възможно да се установи, че динамитът няма да се взриви, ако натоварванията се увеличават не незабавно, а постепенно, като се поддържа ускорението на снаряда в безопасни граници.
Решението на проблема на техническо ниво се вижда в използването на сгъстен въздух. През юни 1886 г. лейтенант Едмънд Лудвиг Г. Зелински от 5 -ти артилерийски полк на армията на САЩ тества и усъвършенства оригиналния американски инженерен дизайн. Пневматично оръдие с калибър 380 мм и дължина 15 м с помощта на въздух, компресиран до 140 атм, може да хвърля снаряди с дължина 3,35 м от 227 кг динамит при дължина на снаряда 1800 мА 1,83 м с 51 кг динамит и всички 5 хил. м
Движещата сила се осигуряваше от два цилиндъра със сгъстен въздух, а горният беше свързан с инструмента чрез гъвкав маркуч. Вторият цилиндър беше резерв за захранване на горния, а налягането в него се поддържаше с помощта на парна помпа, заровена в земята. Снарядът, зареден с динамит, беше оформен като стрела - артилерийска стрела - и имаше 50 -килограмова бойна глава.
Херцогът на Кеймбридж нареди на армията да изпробва една такава система в Милфорд Хейвън, но пистолетът изразходва почти всичките му боеприпаси, преди най -накрая да удари целта, която обаче беше унищожена много ефективно. Американските адмирали бяха възхитени от новото оръдие: през 1888 г. бяха освободени пари за направата на 250 динамитни оръдия за крайбрежна артилерия.
През 1885 г. Зелински основава компанията за пневматични оръжия, за да въведе пневматични оръдия с динамитни снаряди в армията и флота. Неговите експерименти доведоха до говорене за въздушни оръжия като обещаващо ново оръжие. ВМС на САЩ дори построиха 944-тонния динамитен крайцер Везувий през 1888 г., въоръжен с три от тези 381 мм оръдия.
Схема на "динамитния" крайцер "Везувий"
[център]
И така изглеждаха неговите неподвижни оръжия[/център]
Но странно нещо: след няколко години ентусиазмът отстъпи място на разочарованието. „По време на испано-американската война-казаха за това американските артилеристи-тези оръдия никога не попаднаха на правилното място“. И въпреки че не ставаше дума толкова за оръжията, колкото за способността на артилеристите да стрелят точно и за твърдото закрепване на оръжията, тази система не получи по -нататъшно развитие.
През 1885 г. Холандия монтира въздушното оръдие на Зелински на подводницата му No4. Въпросът обаче не стигна до практическите си тестове, т.к. лодката претърпя сериозна катастрофа по време на изстрелването.
През 1897 г. Холандия въоръжава подводницата си № 8 с ново оръдие „Зелински“. Въоръжението се състои от 18-инчова (457 мм) носова торпедна тръба с три торпеда „Уайтхед“, както и от задната въздушна пушка „Зелински“за динамитни снаряди (7 патрона от 222 паунда. 100,7 кг) всеки). Въпреки това, поради твърде късата цев, ограничена от размера на лодката, този пистолет имаше къс обсег на стрелба. След практическа стрелба изобретателят го демонтира през 1899 г.
В бъдеще нито Холандия, нито други дизайнери са инсталирали оръдия (апарати) за изстрелване на хвърлящи мини и снаряди от динамит върху подводниците си. Така оръжията на Зелински неусетно, но бързо напуснаха сцената [12].
Братя и сестри на нитроглицерин
От химическа гледна точка глицеринът е най -простият представител на класа на триатомните алкохоли. Има негов двуатомен аналог - етилен гликол. Чудно ли е, че след като се запознаха с нитроглицерин, химиците насочиха вниманието си към етиленгликол, надявайки се, че ще бъде по -удобно за използване.
Но и тук дяволът на експлозивите показа своя капризен характер. Характеристиките на динитроетилен гликол (този експлозив никога не е получил собствено име) се оказаха малко по -различни от нитроглицерина:
1. Чувствителност: детонация, когато товар от 2 кг падне от височина 20 см; чувствителни към триене, огън.
2. Енергия на експлозивна трансформация - 6900 J / kg.
3. Скорост на детонация: 7200 m / s.
4. Пръстен: 16,8 мм.
5. Висока експлозивност: 620-650 куб. Метра. см.
За първи път е получен от Хенри през 1870 г. Получава се чрез внимателно нитриране на етиленгликол съгласно процедура, подобна на приготвянето на нитроглицерин (нитрираща смес: H2SO4 - 50%, HNO3 - 50%; съотношение - 1 към 5 по отношение на етиленов гликол).
Процесът на нитриране може да се извърши при по -ниска температура, което е предразположение към по -висок добив [7, 8].
Въпреки факта, че като цяло чувствителността на DNEG се оказа малко по -ниска от тази на NG, използването му не обещава значителни ползи. Ако добавим към това по -висока променливост от тази на NG и по -ниска наличност на суровини, тогава става ясно, че този път също не е довел доникъде.
Той обаче също не се оказа напълно безполезен. Първоначално се използва като добавка към динамит, по време на Втората световна война, поради липсата на глицерин, се използва като заместител на нитроглицерина в бездимните прахове. Такива прахове са имали кратък срок на годност поради променливостта на DNEG, но във военновременни условия това няма голямо значение: никой няма да ги съхранява дълго време.
Престилка на Christian Schönbein
Не е известно колко време военните биха прекарали в търсене на начини за успокояване на нитроглицерина, ако до края на 19 -ти век не бяха пристигнали индустриални технологии за производство на друг нитроестер. Накратко, историята на появата му е следната [16].
През 1832 г. френският химик Анри Браконо открива, че когато нишестето и дървесните влакна се третират с азотна киселина, се образува нестабилен, запалим и експлозивен материал, който той нарича ксилоидин. Вярно, въпросът беше ограничен до съобщението за това откритие. Шест години по-късно, през 1838 г., друг френски химик, Теофил-Жул Пелуз, обработва хартия и картон по подобен начин и произвежда подобен материал, който той нарича нитрамидин. Кой би си помислил тогава, но причината за невъзможността да се използва нитрамидин за технически цели беше именно ниската му стабилност.
През 1845 г. швейцарският химик Кристиан Фридрих Шьонбейн (който по това време стана известен с откриването на озон) провежда експерименти в лабораторията си. Съпругата му строго му забрани да донесе колбите си в кухнята, така че той бързаше да завърши експеримента в нейно отсъствие - и изля малко каустична смес на масата. В опит да избегне скандал, той, в най -добрите традиции на швейцарската точност, го изтри с работната си престилка, тъй като нямаше твърде много смес. След това, също в традицията на швейцарската пестеливост, той изми престилката с вода и я закачи над печката, за да изсъхне. Колко или кратко висеше там, историята мълчи, но че след изсушаване престилката изведнъж изчезна, се знае със сигурност. Нещо повече, той изчезна не тихо, на английски, а силно, може дори да се каже омагьосващ: светкавично и силно гръмване на експлозия. Но ето какво привлече вниманието на Шьонбейн: експлозията стана без най -малкия дим!
И въпреки че Шьонбейн не е първият, открил нитроцелулозата, той е предопределен да направи заключение за важността на откритието. По онова време в артилерията се използва черен прах, саждите от които замърсяват оръжията, че в интервалите между изстрелите те трябва да бъдат почистени, а след първите залпове се издига такава завеса от дим, че трябва да се бият почти сляпо. Излишно е да казвам, че вятърът на черен дим перфектно показва местоположението на батериите. Единственото, което озари живота, беше осъзнаването, че врагът е в същото положение. Затова военните реагираха с ентусиазъм на експлозива, който дава много по -малко дим, а освен това е и по -мощен от черния прах.
Нитроцелулозата, лишена от недостатъците на черния прах, направи възможно установяването на производството на бездимен прах. И в традициите на онова време те решиха да го използват както като гориво, така и като експлозив. През 1885 г., след множество експериментални работи, френският инженер Пол Виел получава и тества няколко килограма пироксилинов люспест прах, наречен барут „В“- първият бездимен прах. Тестовете са доказали ползите от новото гориво.
Въпреки това не беше лесно да се установи производството на големи количества нитроцелулоза за военни нужди. Нитроцелулозата беше твърде нетърпелива, за да чака битки и фабрики, като правило, излитаха във въздуха със завидна редовност, сякаш се конкурираха с производството на нитроглицерин. Развитието на технологията за индустриално производство на пироксилин трябваше да преодолее препятствията като никой друг експлозив. Изминаха цял четвърт век, за да се извършат редица работи на изследователи от различни страни, докато този оригинален влакнест експлозив стане подходящ за употреба и докато не бъдат намерени множество средства и методи, които по някакъв начин гарантират срещу експлозия при продължително съхранение на продукта. Изразът "по какъвто и да е начин" не е литературно средство, а отражение на трудностите, с които химиците и технологиите са се сблъсквали при определянето на критериите за стабилност. Нямаше твърда преценка за подходите за определяне на критериите за стабилност и с по -нататъшното разширяване на обхвата на използване на този експлозив постоянните експлозии разкриха все по -загадъчни черти в поведението на този своеобразен сложен етер. Едва през 1891 г. Джеймс Деуар и Фредерик Абел успяват да намерят безопасна технология.
Производството на пироксилин изисква голям брой спомагателни устройства и дълъг технологичен процес, при който всички операции трябва да се извършват еднакво внимателно и задълбочено.
Първоначалният продукт за производството на пироксилин е целулозата, най -добрият представител на която е памукът. Естествената чиста целулоза е полимер, състоящ се от глюкозни остатъци, който е близък роднина на нишестето: (C6H10O5) n. Освен това отпадъците от хартиените фабрики могат да осигурят отлични суровини.
Нитрирането на влакната е усвоено в промишлен мащаб още през 60 -те години на 19 век и се извършва в керамични съдове с по -нататъшно центрофугиране. Въпреки това, в края на века този примитивен метод е изместен от американската технология, въпреки че по време на Първата световна война е възроден поради ниската си цена и простота (по -точно примитивизма).
Рафинираният памук се зарежда в нитратор, добавя се нитрираща смес (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, вода - 7%) на базата на 15 кг влакна 900 кг от сместа, което дава добив от 25 кг пироксилин.
Нитраторите са свързани в батерии, състоящи се от четири реактора и една центрофуга. Нитраторите се зареждат с интервал от време (приблизително 40 минути), равен на времето за екстракция, което осигурява непрекъснатостта на процеса.
Пироксилинът е смес от продукти с различна степен на нитрация на целулоза. Пироксилинът, получен чрез използване на фосфорна киселина вместо сярна киселина, е много стабилен, но тази технология не се утвърди поради по -високата си цена и по -ниската производителност.
Пресованият пироксилин има свойството да се самозапалва и трябва да се навлажни. Водата, използвана за промиване и стабилизиране на пироксилин, не трябва да съдържа алкални агенти, тъй като продуктите на алкалното разрушаване са катализатори за самозапалване. Окончателното изсушаване до необходимото съдържание на влага се постига чрез промиване с абсолютен алкохол.
Но намокрената нитроцелулоза също не е без проблеми: тя е податлива на замърсяване от микроорганизми, които причиняват мухъл. Защитете го с восъчна повърхност. Крайният продукт има следните характеристики:
1. Чувствителността на пироксилин е силно зависима от влажността. Сух (3 - 5% влага) лесно се запалва от открит пламък или докосване на горещ метал, пробиване, триене. Той експлодира, когато товар от 2 кг падне от височина 10 см. Когато влажността се повиши, чувствителността намалява и при 50% вода детонационната способност изчезва.
2. Енергия на експлозивна трансформация - 4200 MJ / kg.
3. Скорост на детонация: 6300 m / s.
4. Пръстен: 18 мм.
5. Висока експлозивност: 240 кубически метра. см.
И въпреки това, въпреки недостатъците, химически по -стабилният пироксилин подхожда на военните повече от нитроглицерина и динамита, неговата чувствителност може да се регулира чрез промяна на съдържанието на влага. Следователно пресованият пироксилин започна да намира широко приложение за оборудване на бойни глави на мини и снаряди, но с течение на времето този несравним продукт отстъпи място на нитрирани производни на ароматни въглеводороди. Нитроцелулозата остана като експлозив с гориво, но като взривно вещество тя завинаги се оттегли в миналото [9].
Летливо желе и нитроглицеринов барут
„Черният прах … представлява всички възможности за по -нататъшно усъвършенстване - чрез научното изследване на невидимите явления, които се случват по време на изгарянето му. Бездимният барут е нова връзка между силата на страните и тяхното научно развитие. Поради тази причина, бидейки един от воините на руската наука, в намаляващата си сила и години не смея да анализирам задачите на бездимния барут …"
Читателят, дори малко запознат с историята на химията, вероятно вече се е досетил чии са тези думи - блестящият руски химик Д. И. Менделеев.
Менделеев посвети много усилия и внимание на поррочелия като област на химическото познание през последните години от живота си - през 1890-1897 г. Но, както винаги, активната фаза на развитие се предшества от период на размисъл, натрупване и систематизиране на знанията.
Всичко започва с факта, че през 1875 г. неуморният Алфред Нобел прави друго откритие: пластмасов и еластичен твърд разтвор на нитроцелулоза в нитроглицерин. Той доста успешно комбинира твърда форма, висока плътност, лекота на формоване, концентрирана енергия и нечувствителност към висока атмосферна влажност. Желето, изгорено напълно във въглероден диоксид, азот и вода, се състои от 8% динитроцелулоза и 92% нитроглицерин.
За разлика от техническия Нобел, D. I. Менделеев изхожда от чисто научен подход. В основата на своето изследване той поставя напълно определена и химически строго обоснована идея: необходимото вещество по време на горенето трябва да отделя максимум газообразни продукти на единица тегло. От химическа гледна точка това означава, че в това съединение трябва да има достатъчно кислород за пълно превръщане на въглерода в газообразен оксид, водород във вода и окислителната способност да осигурят енергия за целия този процес. Подробно изчисление доведе до формулата на следния състав: C30H38 (NO2) 12O25. При изгаряне трябва да получите следното:
C30H38 (NO2) 12O25 = 30 CO + 19 H2O + 6 N2
Не е лесна задача да се извърши целенасочена реакция на синтез на вещество с такъв състав, дори и в момента, поради което на практика се използва смес от 7-10% нитроцелулоза и 90-93% нитроглицерин. Процентът на съдържание на азот е около 13,7%, което малко надвишава тази цифра за пироколодия (12,4%). Операцията не е особено трудна, не изисква използването на сложно оборудване (извършва се в течна фаза) и протича при нормални условия.
През 1888 г. Нобел получава патент за барут, направен от нитроглицерин и колоксилин (влакна с ниско съдържание на азот), наречен пироксилинов бездимен барут. Този състав е практически непроменен досега под различни технически имена, най -известните от които са кордит и балистист. Основната разлика е в съотношението между нитроглицерин и пироксилин (в кордит е по -високо) [13].
Как са свързани тези експлозиви помежду си? Нека да разгледаме таблицата:
Маса 1.
BB …… Чувствителност…. Енергия… Скорост …… Brisance… Висока експлозивност
……… (кг / см /% от експлозиите)….експлозия….детонация
GN ……….2 / 4/100 ………… 5300 ……..6500 ………..15 - 18 ………. 360 - 400
DNEG …… 2/10/100 ………..6900 ……… 7200 ……….16, 8 …………… 620 - 650
NK ……… 2/25/10 ………… 4200 ……… 6300 ………..18 ……………. 240
Характеристиките на всички експлозиви са доста сходни, но разликата във физическите свойства диктува различни ниши на тяхното приложение.
Както вече видяхме, нито нитроглицеринът, нито пироксилинът зарадваха военните със своя характер. Причината за ниската стабилност на тези вещества, струва ми се, се крие на повърхността. И двете съединения (или триброен и динитроетилен гликол) са представители на етерния клас. Естерната група в никакъв случай не е един от лидерите в химическата устойчивост. По -скоро тя може да бъде намерена сред външни лица. Нитро групата, която съдържа азот в доста странно за него състояние на окисление +5, също не е модел на стабилност. Симбиозата на този силен окислител с такъв добър редуктор, като хидроксилната група на алкохолите, неизбежно води до редица негативни последици, най -неприятното от които е капризността в приложението.
Защо химиците и военните прекарват толкова много време в експерименти с тях? Както изглежда, много и много са спечелили. Военните - високата мощност и наличността на суровини, което повиши бойната ефективност на армията и я направи нечувствителна към доставката по време на война. Технолози - леки условия на синтез (няма нужда да се използват високи температури и повишено налягане) и технологично удобство (въпреки многостепенните процеси, всички реакции протичат в един реакционен обем и без да е необходимо да се изолират междинни продукти).
Практическите добиви на продуктите също бяха доста високи (Таблица 2), което не предизвика спешна нужда от търсене на източници на големи количества евтина азотна киселина (проблемът със сярната киселина беше решен много по -рано).
Таблица 2.
BB …… Консумация на реактиви на 1 kg….. Брой етапи…. Брой емитирани продукти
……… Азотна киселина.. Сярна киселина
GN …….10 ……………..23 ……………..3 …………………… 1
DNEG….16, 5 …………..16, 5 …………… 2 …………………… 1
NK ……..8, 5 …………… 25 ……………..3 …………………… 1
Ситуацията се промени драстично, когато на сцената се появиха нови превъплъщения на дявола на експлозиви: тринитрофенол и тринитротолуен.
(Следва продължение)
