Взрывные материалы

ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА, индивидуальные в-ва или смеси, способные под влиянием к.-л. внеш. воздействия (нагревание, удар, трение,взрыв другого взрывчатого вещества и т.п.) к быстрой самораспространяющейся хим. р-ции с выделением большого кол-ва энергии и образованием газов (см. Взрыв). Р-ция, возникшая в ограниченном объеме в-ва, распространяется по взрывчатому веществу благодаря передаче энергии по массе в-ва. Расстояние, на к-рое перемещается фронт р-ции в единицу времени, наз. скоростью взрывчатого превращения.

Для взрывчатых веществ характерны два режима хим. превращения -детонация и горение. При детонации р-ция распространяется очень быстро (1-10 км/с в зависимости от природы взрывчатого вещества, св-в и размеров заряда) в результате передачи энергии посредствомударной волны. Материалы, находящиеся в контакте с зарядом детонирующего взрывчатого вещества, сильно деформируются и дробятся (местное, или бризантное, действие взрыва), а образующиеся газообразные продукты при расширении перемещают их на значит.расстояние (фугасное действие). Бризантное действие зависит от плотности заряда и скорости детонации, фугасное действие определяется теплотойвзрыва, объемом и составом выделившихся газообразных продуктов.

При горении распространение р-ции обеспечивается передачей энергии к непрореагировавшему в-ву в результате теплопроводности. Скоростьгорения (от десятых долей мм/с до десятков см/с) в значительно большей степени зависит от природы взрывчатого вещества, чем скоростьдетонации. Небольшие добавки катализаторов, повышение начальных т-ры и давления увеличивают скорость горения.

Горение при определенных условиях может переходить в детонацию. По условиям этого перехода взрывчатые вещества делят наинициирующие взрывчатые вещества (первичные взрывчатые вещества), бри-зантные взрывчатые вещества (вторичные взрывчатые вещества) и пороха (метательные взрывчатые вещества). Инициирующие взрывчатые вещества воспламеняются от слабого импульса и горят в десятки и даже сотни раз быстрее других, их горение легко переходит в детонацию при атмосферном давлении. Горение порохов не переходит вдетонацию даже при давлениях в сотни МПа. Бризантные взрывчатые вещества занимают промежут. положение между порохами иинициирующими взрывчатыми веществами. В соответствии с этим пороха применяют в режиме горения в ствольном оружии, в кач-ве твердого ракетного топлива; бризантные взрывчатые вещества - в режиме детонации для пром. взрывных работ, снаряжения боеприпасов и др.; инициирующие - для возбуждения взрывчатого превращения других взрывчатых веществ.

Взрывчатые вещества способны к самопроизвольному термич. разложению, к-рое со временем приводит к потере необходимых св-в. Способность сохранять эксплуатационные св-за при переработке и хранении (хим. стойкость) - важная характеристика взрывчатых веществ. Разложение взрывчатых веществ при затрудненном теплоотводе может привести к саморазогреву и тепловому взрыву. Взрывчатые веществаопасны в обращении. Их взрывчатые превращения вызываются простыми воздействиями, чувствительность к к-рым всегда учитывается при работе с взрывчатыми веществами.

Важнейшие представители индивидуальных взрывчатых веществ: из ароматич. нитросоединений - тринитротолуол (тротил, тол),тринитрофенол, тринитроксилол и др.; из нитраминов - гексоген, октоген, тетрил; из нитроэфиров - нитроглицерин, целлюлозы нитраты,пентаэритриттетранитрат (ТЭН); из солей неорг. к-т - аммония нитрат, аммония перхлорат, свинца азид. Большинство применяемых взрывчатых веществ представляют собой смеси (смесевые взрывчатые вещества), в кач-ве компонентов к-рых используют как взрывчатые, так и невзрывчатые соединения. В последнем случае смеси содержат в-ва, способные окисляться, или горючее (напр., порошкообразный металл, древесная мука), и окислитель (напр., NH4C1O4, NH4NO3, HNO3, N2O4). Примеры бризантных смесевых взрывчатых веществ: октоген илигексоген и тротил; динамиты-нитроглицерин, нитрогликоль или диэтиленгликолъдиншпрат и древесная мука; аммониты - NH4NO3 и нитросвединения; динамоны -NH4NO3 и древесная мука или др. орг. горючее; аммоналы - NH4NO3 с порошкообразным А1; игданиты - NH4NO3 и дизельное топливо; жидкие смеси конц. HNO3 или N2O4 c горючим. Используются также смеси мощных индивидуальных взрывчатых веществ с флегматизаторами (парафин и др. легкоплавкие в-ва), позволяющими улучшить технол. св-ва взрывчатых веществ, снизить их чувствительность к внеш. воздействиям. В целях повышения безопасности применения бризантных взрывчатых веществ в шахтах, опасных по пыли и газу, в их состав вводят пламегасители, или ингибиторы горения, обычно соли щелочных металлов (NaCl и др.). Такие смеси наз. предохранительными взрывчатыми веществами (антигризутными). Их разновидности-селективно-детонирующие взрывчатыевещества, представляющие собой смеси NH4C1, NaNO3 и нитроглицерина. Для эксплуатации зарядов при повышенных т-рах (напр., при разработке глубоких нефтяных скважин) применяют термостойкие взрывчатые вещества, напр. тринитробензол, октоген, диаминотринитробензол, гексанитростильбен.

Главное требование, предъявляемое к порохам, метательным взрывчатым веществам, - надежная устойчивость горения в жестких условиях применения (быстро растущее давление до десятков и сотен МПа, большие динамич. перегрузки, перепады т-ры). Оно удовлетворяется введением в смеси связующего (полимера), благодаря к-рому получают монолитный высокопрочный нехрупкий заряд. В кач-ве метательных взрывчатых веществ в ствольных системах используют пороха на основе нитрата целлюлозы: пироксилиновые и баллиститы. В ракетных системах в осн. применяют композиции, содержащие небольшое кол-во полимерного связующего, окислитель (гл. обр. NH4C1O4), горючее (А1), а иногда и мощные индивидуальные взрывчатые вещества; используют также баллиститы.

Инициирующие взрывчатые вещества - гремучая ртуть и азид свинца. В случае малочувствительных взрывчатых веществ инициирующиеустройства содержат также небольшой промежут. заряд бризантного взрывчатого вещества. Для возбуждения горения порохов используют смеси гремучей ртути, свинца тринитрорезорцината или тетразена с добавками, повышающими чувствительность к мех. воздействию.

Ряд взрывчатых смесей на основе таких окислителей, как хроматы, дихроматы, хлораты, пероксиды, оксиды, нитраты металлов, в сочетании с горючими добавками применяют в пиротехнике (см. Пиротехнические составы). Мировое произ-во взрывчатых веществ неск. млн. т/год.

Первым взрывчатым веществом, примененным человеком, был дымный порох, изобретенный в Китае в 7 в. В Европе он известен с 13 В. Б. С. Светлов. 

ТРИНИТРОТОЛУОЛ ТРИНИТРОТОЛУОЛ (2,4,6-тринитротолуол, a-тринитротолуол, тротил, тол, ТНТ), мол.м. 227,13; бесцв. или светло-желтые кристаллы; т.пл. 80,85°С; негигроскопичен; плотн. 1,663 г/см3, плотн. литого 1,54- 1.59 г/см3; -186,7кДж/кг; рКа 14,5. Хорошо раств. в бензоле, толуоле, ацетоне, СНСl3, ССl4, HNO3 и H2SO4, хуже-в диэтиловом эфире, CS2, практически не раств. в воде. Бризантное ВВ; теплота взрыва 4190 кДж/кг, скорость детонации 7 км/с (при плотн. 1,6 г/см3); объем газообразных продуктов взрыва 730 г/кг; работоспособность 285 см3, бризантность 16 мм. Менее чувствителен к удару и трению, чем большинство др. ВВ: чувствительность к удару 4-8% (груз 10 кг, высота падения 25 см), чувствительность к трению 300 мПа (с кварцевым песком 190 мПа). Термостойкость 215°С. При атм. давлении горит спокойно, взрывает при сжигании больших кол-в. Тринитротолуол обладает св-вами нитротолуолов. С металлами не реагирует; с водными и спиртовыми р-рами щелочей и NH3 взаимод. с образованием окрашенных комплексов хиноид-ной структуры-т.наз. тротилатов, к-рые способны самовоспламеняться при т-ре 50 °С. Конц. HNO3 при т-ре выше 110°С окисляется до тринитробензойной к-ты, смесью HNO3 и Н2SО4-до тетранитрометана. Водород в группе СH3 молекулы способен легко замещаться на разл. функц. группы, напр. при взаимод. с формальдегидом тринитротолуол превращ. в тринитробензиловый спирт. Тринитротолуол образует аддукты с нитро-соединениями (напр., a-нитронафталшюм, тетранитропента-эритритом), полициклич. углеводородами, ароматич. аминами. Пром. способ получения тринитротолуола-непрерывное противоточное нитрование толуола смесью HNO3 и H2SO4 при низких т-рах (50-120 °С). Побочные продукты - несимметричные изомеры тринитротолуола и динитротолуолы, образующие с тринитротолуолом многокомпонентные эвтектич. смеси с т-рой плавления ниже т-ры плавления тринитротолуола (т. наз. тротиловое масло). Очищают тринитротолуол обработкой продуктов нитрования водным р-ром Na2SO3 или перекристаллизацией из толуола, этанола. Очищенный продукт сушат и получают в виде чешуек, иногда гранулируют. Тринитротолуол получен И. Вильбрандом в 1863. Осн. ВВ для снаряжения боеприпасов, снарядов, мин, торпед, боевых частей ракет; применяется как в чистом виде, так и в виде смесей и сплавов с др. ВВ-гексогеном (т. наз. смеси ТГ), тетра-нитропентаэритритом (пентолит), аммиачной селитрой (ам-мотолы), динитронафталином и невзрывчатыми в-вами, напр. Аl. При взрывных работах в пром-сти используется для изготовления литых и прессованных шашек-промежут. детонаторов, кумулятивных зарядов, зарядов для сейсморазведки. При изготовлении взрывчатой смеси непосредственно перед употреблением используют также и неочищенный (техн.) тринитротолуол.

ТРИНИТРОФЕНОЛ (2,4,6-тринитрофенол, пикриновая к-та), мол. м. 229,09; желтые кристаллы; т. пл. 122,5 °С, т. кип. 195°С/2 мм рт.ст.; плотн. 1,763 г/см3 (плотн. жидкого при 124°С 1,58 г/см3); - 237,9 кДж/моль, - 2593 кДж/моль; рКа 0,38. Хорошо раств. в орг. р-рителях, H2SO4 (7,53 г в 100 г конц. к-ты при 18°С), хуже-в CS2, CCl4; р-римость в воде 1,1% (20 °С), 6,75% (100°С). Водные р-ры имеют желтый цвет, р-ры в H2SO4 бесцветны, что связано с существованием бесцв. бензоид-ной и окрашенной хиноидной форм. Бризантное ВВ; теплота взрыва 4397 к Дж/моль, скорость детонации 7350 м/с (при плотн. 1,6 г/см3) и 7480 м/с (при 1,77 г/см3); объем газообразных продуктов взрыва 730 л/кг; работоспособность 350 см3, бризантность 16 мм. К удару и трению более чувствителен, чем тринитротолуол. Тринитрофенол обладает св-вами нитрофенолов. Образует пикраты с NH3, металлами, аминами и ароматич. соединениями. Взаимодействие тринитрофенола с KCN приводит к образованию окрашенного в красный цвет соед., что используют для качеств. определения малых кол-в тринитрофенола. При восстановлении (напр., действием NaHS) превращ. в 2-амино-4,6-динитрофенол (пикраминовую к-ту, т. пл. 169-171°С), при более глубоком восстановлении-в триаминофенол. Гипохлоритами в при-сут. воды окисляется до хлорпикрина, действием (NH4)2S2O8-до СО2, HCN и HNO3. По гидроксильной группе тринитрофенол образует простые и сложные эфиры, под действием РСl5 или РОСl3 в присут. третичных аминов или ДМФА превращ. в 1,3,5-тринитро-2-хлорбензол (пикрилхлорид) - бесцв. кристаллы, желтеющие на свету, т. пл. 85 °С, плотн. 1,76 г/см3. Пикрилхлорид плохо раств. в холодной воде; в горячей воде и спиртах гидролизуется до тринитрофенола; при действии алкоголятов щелочных и щел.-зем. металлов, гидроксиламина или восстановлении металлами в среде СН3СООН происходит замена атома Сl соотв. на алкоксигруппу, аминогруппу или атом водорода. Пром. методы синтеза тринитрофенола: сульфирование фенола с послед. нитрованием образующейся n-фенолсульфокислоты; омыление 2,4-динитрохлорбензола в 2,4-динитрофенол с послед. нитрованием; окислит. нитрование бензола в присут. ртутных катализаторов: Тринитрофенол получен П. Вульфом в 1771. Длит. время использовался в качестве желтого красителя для шерсти, шелка, кожи, волос. С кон. 19 в.-ВВ для снаряжения гранат, детонаторов, в сплавах с др. ВВ (гл. обр. динитронафталинами) -для снаряжения мин, авиабомб, разрывных дымообразующих снарядов. Применялся под назв. мелинит (Россия, Франция), лиддит (Великобритания), шимоза (Япония), с/88 (Германия). Вследствие склонности к образованию пикратов вытеснен др. ВВ-гл. обр. тринитротолуолом. Тринитрофенол-исходное в-во для синтеза хлорпикрина и пикраминовой к-ты-промежут. в-в при синтезе нек-рых красителей, цветного индикатора для колориметрич. определения белков и аминокислот.

ОКТОГЕН (1,3,5,7-тетранитро-!,3,5,7-тетраазациклооктан, циклотетраметилентетрамин, НМХ), :соед. ф-лы I, термостойкое бризантное ВВ, мол. м. 296,1; бесцв. кристаллы; т. пл. 278,5-280 °С (с разл.); — 74,9 кДж/моль. Существует в 4 кристаллич. модификациях. -Октоген -кристаллич. решетка моноклинная (а = 0,650нм, b=1,093нм, с = = 0,732 нм, = 103,3°), стабилен при комнатной т-ре, существует до 115°С, плотн. 1,92 г/см3; a-октоген-кристаллич. решетка орторомбиче- ская (а = 1,540 нм, b = 2,389 нм, с = 0,593 нм), метастабилен при комнатной т-ре, существует от 115 до 156°С, плотн. 1,87 г/см3; -октоген-кристаллич. решетка моноклинная (а = 0,1095 нм, b = 0,793 нм, с = 1,461 нм, = 119,4°), метастабилен при комнатной т-ре, существует при ~ 156°С, плотн. 1,82 г/см3; -октоген-кристаллич. решетка гексагональная (а = 0,766 нм, с = 0,3249 нм), нестабилен при комнатной т-ре, существует от 156°С до т-ры плавления, плотн. 1,76 г/см3. Для наиб. стабильной b-модификации (по зарубежным данным) взрыва — 5526 кДж/моль, скорость детонации 9124 м/с (при плотн. 1,9 г/см3); объем газообразных продуктов взрыва 782 л/кг; обладает высокой чувствительностью к удару; т. всп. 337 °С. Октоген практически не раств. в метаноле, этаноле, бензоле, диэтиловом эфире, воде; р-римость (% по массе) в ацетоне при 22 °С 2,1, при 50 °С 4,0. С ДМФА, диме-тилацетамидом, диметиланилином октоген образует мол. комплексы. Октоген химически относительно инертен. При обработке р-ром щелочи в водном ацетоне или конц. р-рами минер, к-т подвергается гидролизу. Устойчив на свету. Получают октоген гл. обр. действием на гексаметилентетрамин (уротропин) конц. HNO3 в среде СН3СООН, (СН3СО)2О и NH4NO3 (выход 40-50%). От примесей гексогена октоген очищают, напр., переводом его в комплексы обработкой ДМФА, к-рые после фильтрования разрушают водой. При перекристаллизации продукта -модификацию выделяют при медленном охлаждении горячего насыщ. р-ра октогена в ацетоне, ацетонитриле или нитрометане; a-модификацию-при кристаллизации из тех же р-рителей при быстром охлаждении. Октоген в индивидуальном виде и в виде разл. смесей используют при взрывных работах в высокотемпературной среде-в глубоких и сверхглубоких скважинах, при разгрузке и ремонте доменных печей. Смесь октогена с тротилом -октол-компонент твердых ракетных топлив. Октоген, флегматизированный нек-рыми полимерами, парафином, церезином и др., применяют для снаряжения боеприпасов.

Тетрил — C6H2(NO2)3N(CH3)NO2 - мощное взрывчатое вещество, по взрывчатым характеристикам относится к вторичным (бризантным). Кислотные и основные свойства не проявляет, на металлы не действует, реагирует со щелочами и карбонатами натрия и калия. При нагревании в слабых растворах щелочей образует пикраты. Вследствие наличия нитрогрупп может образовывать производные с металлами карминно-красного цвета, которые являются высокочувствительными взрывчатыми веществами с температурой вспышки 95-105 С.

Ядовит, требует принятия специальных мер защиты при обращении. Химическая стойкость ниже, чем у тротила и других нитросоединений, но достаточна для длительного хранения при нормальных условиях.ТЕТРИЛ [N-метилтетранитроанилин, N-(2,4,6-тринитрофе-нил)метилнитрамин], мол. м. 287,09; бесцв. кристаллы, желтеющие на свету; т. пл. 129,45 °С (с разл.), т. затв. 128,5°С; плотн. 1,73 г/см3; 19,65 кДж/моль, 86,1 кДж/кг; 0,911 кДж/(кг·К). Плохо раств. в воде (0,008% по массе при 20 °С), CS2 (0,017%), лучше-в ССl4 (0,16%), диэти-ловом эфире (0,58%), этаноле (0,70%), дихлорэтане (2,9%), бензоле (10,2%), ацетоне (36,7%). Бризантное ВВ, более мощное и более чувствительное, термически менее стабильное, чем тринитротолуол. Для тетрила-4598 кДж/кг; скорость детонации 7500 м/с (при плотн. 1,63 г/см3); т. всп. 190°С; объем газообразных продуктов взрыва 765 л/кг; расширение в свинцовой бомбе 340 см3; бризантность 19 мм. Тетрил обладает св-вами ароматич. нитросоединений и нитра-минов. Разлагается H2SO4, щелочами, р-ром NH3; с металлами не взаимодействует. Получают тетрил нитрованием р-ров N-метил-, N, N-диметил-или N-метил-2,4-динитроанилина в конц. H2SO4 смесью HNO3 и H2SO4. Применяют для снаряжения капсюлей-детонаторов (вторичный заряд) и промежут. детонаторов.

ГРЕМУЧАЯ РТУТЬ (фульминат ртути) Hg(CNO)2, мол. м. 284,74; бесцв. или серые кристаллы; плотн. монокристаллов 4,42 г/см3; плохо раств. в воде (0,01% по массе при 15,5°С), лучше-в этаноле, пиридине, моноэтаноламине и водных р-рах KCN и NH3. Легко взрывается при ударе, трении, действии пламени, конц. H2SO4. Энтальпия взрыва - 1,79 кДж/кг; т. всп. 179-180°С. Горение спрессованной под небольшим давлением гремучей ртути легко переходит в детонацию; скорость 5,4 км/с (при плотн. 4,17 г/см3). Гремучая ртуть, спрессованная под высоким давлением, теряет св-ва инициирующего ВВ. При увлажнении чувствительность гремучей ртути к тепловому и мех. воздействию снижается, поэтому ее хранят под слоем воды. В присут. влаги гремучая ртуть энергично реагирует с А1, медленнее-с Си, поэтому в изделиях не допускают ее контакта с А1. Получают гремучую ртуть взаимод. этанола с р-ром Hg(NO3)2 в HNO3. Применяют ее как инициирующее ВВ для снаряжения капсюлей-воспламенителей, капсюлей-детонаторов. Транспортируют только в изделиях.

Гексоге́н (циклотриметилентринитрамин[1], RDX, T4) — (CH2)3N3(NO2)3, мощное вторичное (бризантное) взрывчатое вещество. Чувствительность к удару занимает среднее положение между тетрилом и ТЭНом. Гексоген — белый кристаллический порошок. Без запаха, вкуса, сильный яд. Удельный вес — 1,816 г/см³, молярная масса — 222,12 г/моль. Нерастворим в воде, плохо растворим в спирте, эфире, бензоле, толуоле, хлороформе, лучше — вацетоне, ДМФА, концентрированной азотной и уксусной кислотах. Разлагается серной кислотой, едкими щелочами, а также при нагревании.