TETRIL
| C 7 H 5 N 5 O 8
Note:
1) Se presupune că CO, CO 2 și H 2 O sunt sub formă gazoasă.
2) D E f pentru N 2, H 2, O 2 și toate celelalte elemente sunt toate zero.
Exemplu: găsiți căldura de explozie pentru TNT.
Înainte: D E f = -54,4 kJ/mol
După: D E f = 6 (-111,8) + 5/2 (0) + 3/2 (0) + 1 (0) = -670,8 kJ/mol
D E = (-54,4) + 670,8 - = 616,4 kJ/mol,
Deoarece D E> 0, reacția este exotermă, iar căldura exploziei este de +616,4 kJ/mol.
Exprimat pe bază de masă, TNT lansează
kJ/mol) (1000 J/1 kJ) (1 mol/227 g) = 2175 J/g.
1 kg de TNT eliberează 2.175 x 106 J de energie.
Deoarece cea mai mare parte a eliberării de energie provine din reacții de oxidare, cantitatea de oxigen disponibilă este un factor critic. Dacă oxigenul este insuficient pentru a reacționa cu carbonul și hidrogenul disponibil, explozivul este considerat a fi lipsit de oxigen. Conversa este considerată bogată în oxigen. O măsură cantitativă a acestui lucru se numește echilibrul oxigenului, definit ca:
OB = - (100%) MW (O)/MW (exploziv) [2C + H/2 + M - O]
C, H, M & O sunt numărul de moli de carbon, hidrogen, metal și oxigen din reacția echilibrată, iar MW este greutatea moleculară a oxigenului (= 16 g/mol) sau a explozivului.
Exemplu - găsiți echilibrul de oxigen pentru TNT.
OB = - (100%) (16/227) [2 (7) + 5/2 - 6] = -72%
Ca regulă generală, echilibrul oxigenului ar trebui să fie aproape de zero pentru a obține cantitatea maximă de eliberare de energie. Alte preocupări, cum ar fi stabilitatea sau volatilitatea, deseori limitează echilibrul oxigenului pentru compușii chimici. TNT este un exemplu de exploziv relativ puternic, cu deficit de oxigen.
Unii explozivi sunt amestecuri de substanțe chimice care nu reacționează și sunt cunoscute sub numele de compozite. Un exemplu comun este compozitul B-3 care este alcătuit dintr-un amestec 64/36 de RDX (C 3 H 6 N 6 O 6) și TNT. Dacă este scris în aceeași notație, ar fi C 6.851 H 8.750 N 7.650 O 9.300 și ar avea un echilibru de oxigen, OB = -40,5%. ANFO, care este un amestec 94/6 de azotat de amoniu și păcură are un echilibru de oxigen de -0,6%. Explozibilii compuși au, în general, balanțe de oxigen care sunt mai aproape de cazul ideal de zero. Iată amestecurile folosite pentru unii explozivi compuși obișnuiți:
Tabelul 3. Explozivi compoziti.
Nume
| Compoziţie
| Formulă
| AMATOL
| 80/20 Azotat de amoniu/TNT
| C 0,62 H 4,44 N 2,26 O 3,53
| ANFO
| 94/6 Azotat de amoniu/# 2 Motorină
| C 0,365 H 4,713 N 2,000 O 3,000
| COMP A-3
| 91/9 RDX/WAX
| C 1,87 H 3,74 N 2,46 O 2,46
| COMP B-3
| 64/36 RDX/TNT
| C 6.851 H 8.750 N 7.650 O 9.300
| COMP C-4
| 91/5.3/2.1/1.6 RDX/Di (2-ethexil) sebacat/poliizobutilenă/ulei de motor
| C 1,82 H 3,54 N 2,46 O 2,51
| DINAMITĂ
| 75/15/10 RDX/TNT/Plastifianți
Puterea explozivilor
Factorul determinant în conversia căldurii de explozie în lucru mecanic este cantitatea de gaze produse disponibile pentru expansiune. În cazul TNT, se produc 10 moli de gaz pentru fiecare mol de exploziv. Putem exploata acest fapt pentru a face predicții despre rezistența efectivă la explozie a altor substanțe chimice. Aceasta este cunoscută sub numele de aproximare Berthelot, care afirmă că rezistența explozivă relativă a unui material (în comparație cu TNT pe bază de masă) poate fi calculată pe baza a doi factori:
schimbarea energiei interne (D E) și
cantitatea de gaz produsă. Dacă combinăm acești factori și punem valori pentru referința noastră, TNT, obținem:
Rezistența relativă (%) = 840 D n D E/MW 2
Unde:
D n = numărul de moli de gaz per mol de exploziv
D E = căldura exploziei în kJ/mol
MW = greutatea moleculară a explozivului în g/mol
Factorul 840 contabilizează unitățile și valorile lui D E și D n pentru TNT.
Exemplu - calculați puterea relativă Berthelot pentru RDX
RDX: C 3 H 6 N 6 O 6 3CO + 3H2 O + 3N 2
MW = 222 g/mol
D n = 9 mol
D E f (înainte) = 83,82 kJ/mol
D E f (după) = 3 (-111,8) + 3 (-240,6) = -1057,2 kJ/mol
Prin urmare:
RS = 840 (9) (83,82 + 1057,2)/222 2
RS = 175%
Puterea explozivă relativă calculată în acest mod este de utilizare limitată. Ceea ce este cu adevărat important este puterea reală care poate fi măsurată doar prin experiment. Există o varietate de teste standard, dintre care majoritatea implică o măsurare directă a muncii efectuate. Iată câteva exemple de măsurători pentru RDX:
Test mortar balistic: 140%
Test bloc Trauzl: 186%
Test de zdrobire a nisipului: 136%
toate acestea se compară favorabil cu aproximarea noastră Berthelot.
Categorii de explozivi
Nu numai că materialele explozive trebuie să fie extrem de energice, caracterizate prin rezistența relativă, dar trebuie să reacționeze și violent. Viteza reacției este vitală pentru acumularea unei cantități mari de energie într-un volum mic. Reacțiile care se desfășoară încet permit disiparea energiei eliberate (aceasta este o considerație care implică interacțiunea undei de șoc cu țintele). O explozie va crea fie o undă de șoc, va arunca fragmente către amândouă. Dacă eliberarea de energie este lentă, unda de șoc va fi gradată și extinsă și viteza fragmentului scăzută. Pe de altă parte, o reacție violentă va fi caracterizată de o undă de șoc foarte ascuțită (durată scurtă, presiune ridicată) și viteze mari ale fragmentelor. Această rapiditate a reacției se numește brisance sau potențial spulberator al exploziei. Este o proprietate a materialului și a gradului de închidere. Dacă o explozie este limitată inițial, poate crește o presiune mare și poate obține același efect. Rapiditatea reacției este utilizată ca metodă de clasificare a materialelor explozive.
Materialele explozive care reacționează foarte violent (sunt brisant) sunt cunoscute sub numele de explozivi mari. Ele sunt folosite exclusiv pentru puterea lor distructivă. În contrast, există unele materiale care reacționează mai lent. Acestea sunt cunoscute sub numele de explozivi reduși. Ele eliberează o cantitate mare de energie, dar datorită ritmului relativ redus de reacție, energia este mai utilă ca propulsor în cazul în care expansiunea gazelor este utilizată pentru a muta proiectilele. Un exemplu ar fi praful de pușcă, care, deși destul de energic, este clasificat ca un exploziv redus și este utilizat în principal ca propulsor. Este adevărat că închiderea va crește brisura prafului de pușcă, dar există o mare varietate de materiale care reacționează mult mai rapid și violent decât praful de pușcă.
Inițierea reacției explozive
Deși reacțiile de oxidare care eliberează energie în reacțiile explozive sunt energetic posibile, ele nu apar spontan. Există, de obicei, o mică barieră care trebuie depășită de aportul de energie care va începe reacția, care apoi va continua de la sine până la finalizare. Intrarea de energie pentru a depăși bariera este cunoscută sub numele de inițiere (sau detonare). Uneori este necesară doar forța mecanică ca în cazul nitroglicerinei. În alte situații, necesită căldură ca de la un chibrit sau electricitate. Ușurința în care poate fi detonat un exploziv este sensibilitatea sa. Din motive de siguranță, materialele explozive sunt separate în trei categorii: cele care vor detona cu ușurință, numite explozivi sensibili sau primari; cele care necesită ceva mai multă energie pentru a detona, numite explozivi intermediari; și cele care necesită relativ mai multă energie pentru a detona, numite explozivi insensibili sau secundari. Termenii se referă la modul în care diferitele materiale vor fi configurate fizic într-un dispozitiv exploziv funcțional.
Tabelul 4. Explozivi comuni și utilizările acestora.
E.E primar.
(detonatoare)
| Fulminat de mercur
| Tetrytol
| RDX
| Plumb azid
| PETN
| Comp-A, B, C
| Stifnat de plumb
| Tetryl
| Ciclotol
| Tetracen
| TNT
| HBX-1.3
| DDNP
| H-6
| | MINOL 2
| | Picrat de amoniu
Materialele explozive primare sunt folosite pentru detonarea întregului dispozitiv exploziv. Adică sunt de obicei conectate la un dispozitiv extern care pornește detonarea. În această calitate, explozivul primar se numește siguranță. Energia din detonarea explozivă a materialului primar este utilizată pentru a declanșa amplificatorul care, la rândul său, declanșează sarcina principală care este alcătuită din material secundar (material insensibil). Această combinație dintr-o cantitate mică de material sensibil utilizată pentru a declanșa o cantitate mare de material secundar este cunoscută sub numele de trenul exploziv. Se numește tren, deoarece evenimentele au loc în ordine. Încărcarea principală trebuie să fie alcătuită din material insensibil pentru siguranța celor care manipulează dispozitivul. În practică, siguranța este stocată rar cu dispozitivul până când nu este necesară pentru utilizare. În acest mod, dispozitivul rămâne relativ sigur, deoarece este format doar din material secundar (insensibil) și nu poate fi detonat.
Figura 1. Exploziv puternic
tren.
Odată ce siguranța este instalată, întregul dispozitiv necesită o atenție deosebită în manipulare pentru a preveni detonarea accidentală. Adesea, dispozitivul este configurat astfel încât trenul exploziv să treacă printr-un mic port fizic care conectează siguranța la încărcarea principală. Acest port poate fi blocat până când dispozitivul va fi utilizat. De exemplu, orificiul poate consta din două plăci rotative cu găuri descentrate. Când plăcile sunt aliniate, cele două găuri se vor alinia și vor permite funcționarea. Aceasta se numește armarea dispozitivului. În caz contrar, găurile nu vor fi aliniate și dispozitivul va fi în siguranță. Mecanismul cu plăci se numește dispozitiv de siguranță și armare. Există alte configurații, dar toate îndeplinesc aceeași funcție: prevenirea detonării accidentale și permiterea detonării atunci când sunt autorizate.
|
|
|
