Взрыв и взрывчатые вещества

Андреев Константин Константинович

Этому нетрудно помочь, применив вместо газообразного воздуха жидкий кислород, плотность которого близка к плотности воды, то есть в тысячу раз больше, чем плотность воздуха. Кроме того, жидкий кислород целиком участвует в горении, в то время как воздух содержит только ¹/₅ кислорода, а ⁴/₅ его составляет химически инертный азот. Это обстоятельство также уменьшает силу взрыва, происходящего с участием воздуха.

Таким образом, простейшим способом получения взрывчатого вещества является механическое смешение тонко измельченных горючих веществ с кислородом.

Смеси

жидкого кислорода с сажей, торфяной мукой, мохом и другими горючими веществами, способными хорошо впитывать жидкий кислород, начали применять в качестве взрывчатых веществ еще в конце прошлого столетия. В ограниченной степени они используются для взрывных работ и сейчас.

Положительной стороной этих взрывчатых веществ — они называются оксиликвитами — является обилие и доступность сырья: залежи торфа и моха широко распространены, а жидкий кислород получают из воздуха.

Изготовление оксиликвитов очень простое и производится на месте выполнения взрывных работ. Бумажная гильза, наполненная горючим порошком, погружается на некоторое время для пропитки в жидкий кислород. Поэтому в районах, отдаленных от заводов взрывчатых веществ, применение оксиликвитов экономически выгодно: отпадают расходы на перевозку и хранение взрывчатых веществ.

Однако оксиликвиты имеют существенный недостаток. Жидкий кислород очень летуч, он кипит, быстро превращаясь в газ уже при температуре 183 градуса ниже нуля. Поэтому срок «жизни» оксиликвитных патронов малого диаметра измеряется минутами. Если производство взрыва почему-либо задержалось, то кислород может настолько улетучиться, что патроны потеряют способность к взрыву. Это препятствует широкому применению оксиликвитов, а для некоторых целей, например для снаряжения большинства видов боеприпасов, делает их применение просто невозможным. Этот недостаток устранен в тех взрывчатых веществах, в которых горючие вещества смешиваются не с самим кислородом, а со специальными нелетучими «поставщиками» кислорода. Известен целый ряд химических соединений, которые в своем составе содержат много непрочно связанного кислорода. В смеси с горючими веществами такие богатые кислородом вещества при разогреве от поджигания или от удара вступают в реакцию, окисляя своим кислородом горючие вещества. Это свойство дает возможность использовать их в качестве «поставщиков» кислорода. Здесь уже нет опасности улетучивания кислорода.

В качестве примера таких взрывчатых веществ может служить старейшее из них — дымный порох. Он состоит, как мы видели, из горючего (уголь + сера) и окислителя — калиевой селитры. Формула калиевой селитры — KNO₃ — показывает, что в ней на три атома кислорода приходится один атом азота и один атом калия. При взрыве селитра разлагается, азот выделяется в виде газа, калий дает окись калия К₂O (образующую затем углекислую и сернокислую соли калия), а остальной кислород окисляет уголь и серу, образуя углекислоту и другие газы.

Однако применение в качестве окислителя калиевой селитры невыгодно; непрочно связанного кислорода в ней содержится только 40 процентов, и, кроме того, на разложение калиевой селитры требуется значительное количество энергии — 324 большие калории на килограмм. По этой причине теплота взрыва дымного пороха сравнительно небольшая — около 700 больших калорий на килограмм, в то время как при взрыве смеси угля с жидким кислородом выделяется 2200 больших калорий.

Помимо этого, дымный порох при взрыве только наполовину превращается в газы, остальные продукты взрыва являются твердыми веществами.

По этим причинам действие взрыва дымного пороха мало, и в настоящее время он почти полностью вытеснен во взрывных работах взрывчатыми смесями, главной составной частью которых является аммиачная селитра (NH₄NO₃). Такие смеси имеют большую теплоту взрыва и при взрыве полностью превращаются в газы.

Если механическая смесь состоит из твердых окислителя и горючего, то их необходимо сильно измельчать и тщательно смешивать. Химическая реакция вначале протекает только на поверхности частиц, и чем больше эта поверхность, тем быстрее идет реакция, а только при большой скорости реакция, как мы видели, имеет характер взрыва.

Однако как бы сильно мы ни измельчали твердые составные части смеси, все же нельзя добиться такой равномерности состава, чтобы рядом с каждой молекулой горючего находилась молекула окислителя. Поэтому скорость реакции в механических смесях при взрыве не достигает своего возможного наибольшего значения.

Широко применяется при получении взрывчатых веществ другой способ сочетания горючих элементов и кислорода, обеспечивающий идеальную равномерность состава. Этот способ заключается в получении таких химических соединений, в молекулу которых входят и горючие элементы (углерод и водород) и кислород. Сгорание таких взрывчатых веществ происходит за счет собственных внутренних запасов кислорода, входящего в молекулы соединения.

Например, клетчатка (С₆Н₁₀О₅), являющаяся главной составной частью древесины, содержит много углерода и водорода, а азотная кислота (HNO₃) — много кислорода. При химическом взаимодействии клетчатки и азотной кислоты в определенных условиях и образуется нитроклетчатка, о которой говорилось выше. Это химическое соединение содержит в своей молекуле как углерод и водород, так и кислород. При этом кислород в большей своей части связан с углеродом не непосредственно, а через атом азота. Такое соединение относительно непрочно, и при сильном воздействии, например, при ударе, слабая связь между кислородом и азотом разрывается. Это приводит к вступлению кислорода взрывчатого вещества в реакцию с образованием более прочных соединений — углекислоты и воды — и с большим выделением тепла. Происходит взрыв.

Зависимость способности к взрыву от строения химического соединения хорошо видна на следующем примере. Известны два соединения одинакового состава: изоциановая кислота и гремучая кислота. Молекулы каждой из этих кислот содержат по одному атому водорода, углерода, кислорода и азота. Соли этих кислот также одинаковы по составу; например, в соли серебра атом водорода заменен на атом серебра. В то же время свойства этих солей существенно различны. Соль гремучей кислоты — сильно взрывчатое вещество, а соль изоциановой кислоты не взрывается. Объясняется это тем, что в молекуле изоциановой кислоты атом углерода соединен с атомом кислорода, то есть он частично уже «сгорел» при образовании кислоты. В гремучей же кислоте углерод соединен с азотом; при перегруппировке атомов под соответствующим воздействием он может соединяться с кислородом, что сопровождается выделением значительного количества тепла и дает поэтому взрыв.

Химические соединения, содержащие в своих молекулах атомы горючих элементов и кислорода, разъединенные азотом, или другие атомы, способные перегруппировываться с выделением тепла и образованием газов, могут быть получены не только из клетчатки.

Исследованиями химиков открыто много сотен различных химических соединений, которые являются взрывчатыми веществами. Еще больше взрывчатых веществ было получено путем смешения различных горючих веществ с кислородом или с веществами, богатыми кислородом.