Общая характеристика взрывных веществ, явления взрыва, классификация веществ, классификация взрывных процессов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ ФГБОУ ВО

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт недропользования

Кафедра технологии геологической разведки

Курсовая работа

По дисциплине: «Буровзрывные работы»

«Общая характеристика взрывных веществ, явления взрыва, классификация веществ, классификация взрывных процессов»

Выполнил студент группы РТз-11-1 Бакумов Е.А.

Проверил: Куткин В.А.

Иркутск 2016



Содержание

Введение

1. Параметры горения и взрывов ВВ

2. Чувствительность взрывчатых веществ

3. Химическая стойкость взрывчатых веществ

4. Условия распространения детонации и факторы, влияющие на ее скорость

5. Краткие сведения об основных взрывчатых веществах

Заключение

Список использованных источников



Введение

Цель данной работы - рассмотреть само понятие взрыва, дать общую характеристику взрывных веществ, явления взрыва, классификация веществ, классификации взрывных процессов.

Задачи курсовой работы: рассмотреть параметры горения и взрывов ВВ, изложить чувствительность взрывчатых веществ, от чего она зависит, дать понятие химической стойкости ВВ и ее характеристики, рассмотреть условия детонации ВВ и факторы на это влияющие; дать краткие сведения об основных ВВ.

Актуальность курсовой работы обусловлена широким применением взрывчатых веществ в мире как в военной, так и в гражданской сфере деятельности человека.



1. Параметры горения и взрывов ВВ

Взрывом называется чрезвычайно быстрое проявление работы, вызываемое расширением газов или паров. Вещество называют взрывчатым, если оно обладает способностью моментально по всей своей массе разлагаться с выделением значительного количества тепла и образовывать газообразные продукты. Или другими словами, вещества, способные к химическим реакциям, сопровождающимся взрывом, называют взрывчатыми веществами (ВВ).

Взрывы могут быть обусловлены физическими и химическими причинами.

Физические причины: создание большого (избыточного) давления внутри аппаратов, например парового котла, при этом давление превышает прочность материала котла, на которую он был рассчитан. В свою очередь причинами повышения давления могут быть нарушение материального баланса, повышение температуры, попадание внутрь подобного аппарата низкокипящих, а, следовательно, и легкоиспаряющихся жидкостей.

Химические причины: протекание химических реакций, в результате которых твердые и жидкие вещества превращаются в газы, и при этом выделяется большое количество тепла. Именно такие взрывы используются в технике. детонация взрывчатый химический

Например, взрыв 1 кг тротила (тринитротолуола) происходит за одну стотысячную долю секунды. При этом образуются газы, объем которых при нормальных условиях (0⁰С) составляет 700 л. Известно, что при нагревании на один градус объем газа увеличивается на 1/273 первоначального объема.

Температура взрыва достигает 3000⁰С, и при этих условиях объем этих газов составит 8400л (в 12 раз больше).

Тротил имеет плотность 1,6 кг/л, т.е. 1 кг занимает объем

V_тр= 1/1,6 = 0,66л.

Вследствие огромной скорости реакции и большой скорости ее распространения по веществу образующиеся газы не успевают заметно расшириться и занимают в момент образования тот объем, который занимало твердое вещество. В этом случае давление продуктов взрыва в этом объеме должно быть равно Р = 8400/0,66 = 13000 атм.

Поскольку такое давление возникает за очень малый промежуток времени, то оно действует как резкий удар огромной силы, который вызывает разрушение или отбрасывание предметов, окружающих заряд взрывчатого вещества.

Принято считать, что взрывчатые вещества всегда взрывоопасны и должны быть таковыми. Это неверное представление. Взрывчатые вещества (особенно те, которые используются в технике) опасны при совершенно определенных условиях.

Химические превращения ВВ могут протекать в различных формах, а именно в форме термического распада, горения и детонации.

Термический распад - это химическая реакция, происходящая во всем объеме вещества, скорость которой определяется температурой окружающей среды.

Поскольку молекулы ВВ в своем составе имеют и горючие элементы (С, Н) и кислород, реакция окисления протекает при любых условиях. При нормальной температуре скорость термического распада для практически всех применяемых веществ ничтожно мала и все тепло, которое образуется в результате реакции окисления, расходуется на нагрев окружающей среды.

Если температура окружающей среды повышается, то скорость реакции и количество выделяемого тепла увеличивается. При некоторой температуре количество тепла, выделяющегося в результате химической реакции, превысит количество тепла, отдаваемого в окружающую среду. В этом случае начнется самоускорение реакции и может произойти вспышка (воспламенение) вещества.

Горение ВВ - это самораспространяющаяся химическая реакция, при которой энергия реагирующих слоев вещества передается следующим слоям путем теплопередачи. В этом случае горение ВВ происходит подобно горению топлива.

При нагревании поверхности заряда тротила примерно до 500⁰С произойдет его воспламенение. Химическая реакция протекает достаточно быстро, тепла выделяется больше, чем его теряется в окружающую среду. В результате горения образуются газы с высокой температурой. Они нагревают следующий слой тротила, в нем начинается химическая реакция и так повторяется от слоя к слою, пока не сгорит весь тротил.

Таким образом, в случае горения ВВ, как и в случае горения топлива, происходит послойный разогрев путем теплопроводности с той разницей, что при горении ВВ не нужен подвод кислорода из воздуха, т.к. окислитель имеется в составе самого ВВ.

Большинство ВВ - органические вещества, имеющие очень низкую теплопроводность. Известно, что передача тепла теплопроводностью - довольно медленный процесс, и поэтому скорость горения ВВ небольшая (примерно несколько миллиметров в секунду). Так, при горении с торца заряд тротила высотой 10 см сгорает примерно за 15 минут при атмосферном давлении.

Скорость горения зависит от внешних условий. Скорость горения увеличивается, если вещество состоит из мелких зерен и имеет много пор. Большое влияние на скорость горения оказывает и внешнее давление. При определенных условиях, при быстром возрастании давления, горение ВВ может перейти в детонацию.

Детонация - это самораспространяющаяся химическая реакция, которая вызывается перемещающейся по взрывчатому веществу ударной волной.

При детонации, как и при горении, реакция протекает в узкой зоне, перемещающейся по веществу, но механизм ее распространения принципиально другой: он определяется распространением ударной волны.

Ударная волна представляет собой зону сжатия, перемещающуюся по среде со скоростью, большей скорости звука. За зоной сжатия перемещается зона уменьшения давления, так называемая зона разрежения.

Ударные волны отличаются от обычных звуковых тем, что давление, плотность и температура на фронте волны повышаются не непрерывно, а скачком, практически мгновенно.

Рассмотрим процесс распространения ударной волны по ВВ. Если скорость распространения ударной волны по ВВ больше некоторого предела, то она, сжимая вещество, нагревает его или отдельные участки до температуры, при которой в веществе начинается интенсивная химическая реакция. Именно за счет энергии, которая выделяется при реакции, поддерживается постоянство давления на фронте ударной волны. По этой причине детонация может распространяться на сколь угодно длинном пути в заряде взрывчатого вещества с постоянной скоростью.

Таким образом, скорость детонации - это скорость распространения во ВВ ударной волны, возбуждающей его интенсивную реакцию. Детонация всегда распространяется со скоростью большей, чем скорость звука в исходном ВВ. Скорость детонации для твердых и жидких ВВ колеблется от 1000 до 9000 м/с.

Возникновение детонационных волн может быть вызвано различными причинами: резким ударом, быстрым возрастанием давления при горении, взрывом другого взрывчатого вещества.

При детонации нагретые газообразные продукты горения в первый момент практически занимают тот же объем, который имело ВВ. Продукты взрыва сразу после детонации находятся под громадным давлением (десятков и сотен тысяч атмосфер), что обусловливает большую скорость их разлета и большое разрушительное действие, которое они оказывают на предметы, находящиеся вблизи очага взрыва.

Упрощенно явления, протекающие при детонации, можно представить следующим образом.

По заряду ВВ производится очень сильный удар. При таком ударе верхний слой заряда сожмется и сильно разогреется, при этом в сжатом слое произойдет химическая реакция. Скорость ее будет гораздо выше, чем при горении, так как в этом случае возникает не только высокая температура, но и большое давление, созданное ударом. Образовавшимся газам некуда расширяться: с одной стороны находится ударяющая поверхность, с другой , - заряд, поэтому они будут создавать большое давление, которое сожмет соседний слой ВВ. Сжатие вызовет разогрев и быструю химическую реакцию. Следовательно, при детонации, как и при горении, реакция, начавшись на поверхности заряда, будет распространяться по нему вглубь, пока не прореагирует всё ВВ.

Основное отличие детонации от горения заключается в том, что разогрев, вызывающий реакцию, передается не теплопроводностью, а ударной волной. Передача энергии волной происходит намного быстрее, чем теплопроводностью.

Таблица 1. Параметры детонационной волны некоторых ВВ

Название ВВ	Плотность, г/см3	Скорость детонации, м/с	Давление детонации, Н/м2	Скорость потока среды за фронтом детонации, м/с
	начальная	Во фронте детонац. волны
Тротил (литой)	1,45	1,93	6500	157108	1625
Тротил (прессов)	1,59	2,12	6900	193108	1725
Гексоген	1,62	2,16	8100	296108	2025

Взрывчатыми могут быть только те вещества, при химическом превращении которых выделяется теплота. Количество тепла, выделяющееся при взрывном разложении вещества, может также служить характеристикой ВВ.



Таблица 2. Теплота взрыва некоторых ВВ

Взрывчатое вещество	Теплота взрыва QV МДж/кг	QV/QТНТ
Тротил (ТНТ)	4,24	1
Гексоген	5,54	1,31
Тэн	5,88	1,39
Пикрат аммония	3,36	0,79
Аммотол 50/50	4,20	0,99
ТГ 36/64 (ТНТ/гексоген)	4,80	1,39
Порох дымный	2,79	0,66

Полная работа взрыва определяется следующими факторами:

1. Работа взрыва тем больше, чем больше соотношение объема газов после и до взрыва (конечного и начального объемов).

2. Чем выше значение теплоты взрыва Q_V, тем больше работа взрыва.

3. Чем меньше теплоемкость продуктов взрыва, тем больше работа взрыва.

4. Так как теплоемкость растет с увеличением числа атомов в молекуле, то выгоднее иметь в составе продуктов взрыва больше двухатомных газов (например, азота N₂); вместе с тем, чем больше двухатомных газов, тем больше объем продуктов взрыва, что тоже приводит к увеличению работы взрыва.

5. Твердые вещества обладают большой теплоемкостью. Чем больше в продуктах взрыва твердых веществ, тем больше общая теплоемкость продуктов взрыва и тем меньше работа взрыва.

2. Чувствительность взрывчатых веществ

Чувствительностью ВВ называется способность ВВ к возникновению в них под влиянием внешних воздействий химической реакции, завершающейся горением или детонацией.

Чувствительность ВВ - один из основных факторов, определяющих возможность их технического использования. Практически невозможно использовать ВВ, обладающие очень высокой чувствительностью. Но чувствительность ВВ не должна быть и очень низкой, т.к. требуемое возбуждение детонации будет связано с большими трудностями.

В зависимости от свойств ВВ для возбуждения его детонации может быть применена механическая энергия (например, удар, трение, накол), тепловая энергия (луч пламени, электрическая искра, нагрев проволоки), энергия детонации другого ВВ (например, при детонации детонатора или капсюля - детонатора).

Тепловая и механическая энергия применяются, как правило, для возбуждения детонации инициирующих ВВ. В бризантных взрывчатых веществах возбуждение детонации осуществляется при помощи взрыва другого ВВ (капсюля-детонатора).

Чувствительность к тепловым воздействиям

Чувствительность к тепловым воздействиям характеризуется температурой вспышки.

Температурой вспышки называется наименьшая температура, до которой должно быть нагрето ВВ, чтобы вызвать в нем распространяющуюся химическую реакцию, протекающую с такой скоростью, что она сопровождается появлением пламени, а иногда и звуковым эффектом.

При достижении температуры вспышки теплоприход превышает теплоотдачу, а это приводит к быстрому повышению температуры, увеличению скорости реакции и воспламенению вещества.

Температура вспышки зависит

а) от природы ВВ;

б) от теплопроводности материала сосуда;

в) от величины навески ВВ (чем больше навеска, тем меньше температура вспышки);

г) от длительности нагревания (чем меньше длительность нагревания, тем выше температура вспышки).

Кроме температуры вспышки, чувствительность к тепловым воздействиям может быть оценена по легкости зажжения вещества источником пламени, по поведению ВВ при бросании в раскаленную железную чашку и т.д.

Для определения воспламеняемости навеску ВВ помещают в пробирку, в которую вводят огнепроводный шнур. Шнур поджигают сверху и наблюдают за поведением ВВ при действии на него пламени. При этом инициирующие ВВ могут детонировать, тетрил воспламениться, а некоторые вещества не воспламеняются (аммониты, нитроароматические соединения).

Таблица 3. Температура вспышки ВВ

Взрывчатое вещество	Температура вспышки, 0С	Взрывчатое вещество	Температура вспышки, 0С
Гремучая ртуть	175 - 180	Тетрил	195-200
Азид свинца	340	Пикриновая кислота	290-300
Пироксилин	195	Тротил	290-295
Нитроглицерин	200	Аммониты	220-240
Тэн	215	Бездымные пороха	180-200
Гексоген	230	Дымный порох	290-310

Чувствительность к механическим воздействиям

О чувствительности ВВ к механическим воздействиям судят по чувствительности к удару, трению, прострелу пулей.

При механических воздействиях во взрывчатом веществе возникают очаги повышенной температуры (горячие точки). Инициирование взрыва осуществляется в том случае, если в процессе химической реакции, начавшейся в этих очагах, будет достигнуто превышение теплоприхода над теплоотводом.

Чувствительность к удару бризантных ВВ и порохов определяют процентом взрывов при падении на закрепленное ВВ груза массой 10 кг с высоты 25 см.

Чувствительность инициирующих взрывчатых веществ характеризуется верхним и нижним пределом чувствительности. Необходимость определения этих двух характеристик объясняется тем, что инициирующие ВВ должны, с одной стороны, безотказно возбуждать взрывы, а с другой стороны - обеспечивать безопасность работ.

Нижним пределом чувствительности называется максимальная высота падения груза, при которой из нескольких испытаний не получают ни одного взрыва.

Верхним пределом чувствительности называется минимальная высота падения груза, при которой получают 100 % взрывов.

Таблица 4. Чувствительность бризантных ВВ к удару (груз массой 10 кг, высота падения 25 см)

Взрывчатое вещество	Процент взрывов	Взрывчатое вещество	Процент взрывов
Тэн	100	Пикриновая кислота	24-32
Гексоген	70-80	Аммотолы	20-30
Бездымные пороха	70-80	Тротил	4-8
Тетрил	50-60

Таблица 5. Чувствительность инициирующих ВВ к удару

Взрывчатое вещество	Груз, Кг	Пределы чувствительности, см
		нижний	верхний
Гремучая ртуть	0,69	5,5	8,5
Тетразен	0,69	7,0	12,5
Азид свинца	0,98	7,0	23,0
ТНРС	1,43	14,0	25,0

3. Химическая стойкость взрывчатых веществ

Способность ВВ не претерпевать в нормальных условиях химических превращений, приводящих к самовозгоранию, называется химической стойкостью. Химическая стойкость ВВ определяется их химическим строением, присутствием примесей и условиями хранения. Из практически применяемых ВВ наиболее стойки нитросоединения, а наименее - эфиры азотной кислоты.

Некоторые примеси (например, следы свободных кислот) служат катализаторами разложения ВВ.

При медленном разложении эфиров азотной кислоты (например, нитроглицерина) образуются оксиды азота, которые при соединении с влагой дают азотную и азотистую кислоты. С течением времени содержание этих кислот в продукте увеличивается. Эти вещества являются катализаторами, т.е. могут ускорить разложение примесей.

Вещества, которые при введении в состав ВВ увеличивают его химическую стойкость за счет удаления примесей - катализаторов, называются стабилизаторами. А сам процесс введения веществ - стабилизаторов называется стабилизацией. Веществами - стабилизаторами являются анилин, дифениламин, централит. С окислами азота они образуют стойкие соединения.

Чем выше температура хранения ВВ, тем быстрее идет процесс разложения.

Нитроглицерин, нитроклетчатка и пороха на их основе относятся к веществам с малой химической стойкостью.

Взрывчатые вещества тем безопаснее, чем они чище. От чистоты зависит и их долговечность.

4. Условия распространения детонации и факторы, влияющие на ее скорость

Устойчивое распространение детонации по заряду ВВ возможно только в том случае, если размеры заряда не меньше некоторого минимального значения. Для цилиндрического заряда таким размером является диаметр, для плоских зарядов - толщина слоя ВВ.

Диаметр цилиндрического заряда, ниже которого ни при каком способе инициирования не удается возбудить незатухающую детонацию, называется критическим. Чем чувствительнее ВВ, тем, как правило, его критический диаметр меньше.

С увеличением диаметра заряда выше критического скорость детонации возрастает, но только до определенной величины диаметра, называемого предельным, или оптимальным.

Величины критических диаметров зависят от следующих факторов.

а) от природы взрывчатого вещества; чем чувствительнее ВВ, тем меньше его критический диаметр;

б) от плотности заряда; для однородных ВВ (кроме аммиачной селитры, хлоратов и перхлоратов) с увеличением плотности зарядов критический диаметр уменьшается; для взрывчатых смесей с большим содержанием аммиачной селитры и солей хлорной и хлорноватой кислоты критический диаметр с увеличением плотности увеличивается.

в) от величины частиц ВВ; чем меньше частицы, из которых состоит заряд, тем меньше критический диаметр;

г) от наличия оболочки; чем массивнее и прочнее оболочка, чем меньше сжимаемость ее материала, тем меньше критический диаметр.

Таблица 6. Критический диаметр некоторых ВВ

Взрывчатое вещество	Критический диаметр, мм	Взрывчатое вещество	Критический диаметр, мм
Динитротолуол	80	Пикриновая кислота	4
Гексоген	2-3	Тротил литой	20-44
Тетрил	2,5	Тротил прессованный	3-5

5. Краткие сведения об основных взрывчатых веществах

В зависимости от чувствительности к внешним воздействиям и способности к переходу от горения к детонации взрывчатые вещества разделяются на три основные группы ВВ.

Инициирующие, или первичные ВВ используются для возбуждения детонации или горения взрывчатых веществ других групп. Горение и детонация инициирующих ВВ происходит при незначительной затрате внешней энергии в результате теплового или механического воздействия (нагревание, удар, трение).

Бризантные, или вторичные ВВ используются для изготовления разрывных снарядов боеприпасов и для взрывных работ. Горение их переходит в детонацию только при определенных условиях (например, при горении большой массы вещества с большим числом пор или при горении в замкнутом прочном сосуде). При применении бризантных ВВ детонацию их вызывают с помощью взрыва вспомогательного заряда инициирующего (первичного) ВВ или с помощью взрыва заряда другого бризантного ВВ.

Пороха, или метательные ВВ используются в качестве метательных зарядов для огнестрельного оружия и в качестве топлива для реактивных двигателей. По составу они близки к бризантным ВВ, но горение их более устойчиво. Горение порохов не переходит в детонацию даже при давлении в несколько тысяч атмосфер.

При определенных условиях (например, при воздействии на них достаточно мощного начального импульса или если диаметр их больше критического) пороха могут детонировать. Некоторые из порохов имеют большой критический диаметр, и, кроме того, детонация порохов возможна только при взрыве мощного детонатора, - по этим причинам возникло мнение, что пороха не могут детонировать.

Инициирующие взрывчатые вещества

Гремучая ртуть [Hg(CNO)₂]- соль гремучей кислоты HCNO, фульминат ртути - белый или серый кристаллический порошок с плотностью 4,4 г/ см³. Температура вспышки 175 - 180⁰С. Легко взрывается от незначительного удара и трения. Разложение гремучей ртути происходит в соответствии с уравнением

[Hg(CNO)₂]Hg+ 2CO+N₂+ 494 кДж.

Может гореть, но горение легко и быстро переходит в детонацию. Известны случаи детонации в результате падения коробки с сухой гремучей ртутью, в результате падения какого-либо предмета на рассыпанную гремучую ртуть и т.д.

Чувствительность к механическим и тепловым воздействиям гремучей ртути уменьшается в присутствии воды (при содержании 30 % воды она даже не загорается, но может быть взорвана капсюлем - детонатором).

Гремучая ртуть в присутствии влаги энергично взаимодействует с алюминием, поэтому ее нельзя хранить в алюминиевой посуде, и капсюли-детонаторы из гремучей ртути не изготавливаются из алюминия. Фульминаты алюминия являются очень чувствительными соединениями.

Аналогична реакция образования фульмината меди, соединения, чувствительного к сотрясениям. Капсюли из меди предохраняются от влаги лакировкой изнутри и снаружи.

Соли гремучей кислоты - фульминаты - чрезвычайно опасны, т.к. взрываются во влажном состоянии и даже под водой ( особенно фульминаты ртути, золота и серебра).

При высыхании брызг воды, содержащей гремучую ртуть, твердый остаток взрывает уже от действия солнечных лучей.

Пыль, а также все промывные воды и водные отбросы производства фульминатов, склонны к самопроизвольному взрыву и перед удалением должны быть обезврежены нагреванием до 90 - 95⁰С, что тоже небезопасно.

Фульминаты применяют в пиротехнике в качестве запалов для других ВВ, для золочения (гремучее золото), для изготовления пистонов, запалов.

Все эти препараты взрывают от толчка, падения, трения, сотрясения, нагревания, пламени, кислот и солнечных лучей.

Гремучая ртуть применяется для снаряжения капсюлей - воспламенителей и капсюлей - детонаторов. Вследствие большой чувствительности сухой гремучей ртути к механическим воздействиям ее можно перевозить только в снаряженных изделиях. Длительное хранение гремучей ртути перед снаряжением допускается только под водой.

Азид свинца [Pb(N₃)₂]- соль азотистоводородной кислоты HN₃, белый порошок с плотностью 4,8 г/ см³ и температурой вспышки 330-340⁰С.

Обладает высокой чувствительностью. Известны случаи, когда азид свинца взрывался в результате нажима ногтем на его кристаллы. Для уменьшения чувствительности его флегматизируют парафином.

При увлажнении азид свинца не теряет своей чувствительности. При поджигании внешним источником теплоты мгновенно детонирует.

Взаимодействует с медью, не взаимодействует с алюминием.

Азид свинца применяют для снаряжения капсюлей - детонаторов.

Азотистоводородная кислота HN₃в безводном виде способна взрываться даже просто от сотрясения сосуда. В разбавленном водном растворе при хранении она практически не разлагается. Пары ее очень ядовиты, растворы вызывают воспаление кожи.

Взрывной распад азотистоводородной кислоты идет по уравнению:

HN₃Н₂+ 3N₂+ 590 кДж

Тринитрорезорцинат свинца (ТНРС) [C₆H(NO₂)₃(O₂Pb)H₂O] - желто-коричневый порошок плотностью 3,1 г/см³и температурой вспышки 275⁰С.

Чувствительность к удару ниже, чем у азида свинца, а чувствительность к воспламенению выше. Применяется для снаряжения капсюлей-воспламенителей.

Тетразен или гуанилнитрозоаминогуанилтетразен [C₂H₈ON₁₀]

NH₂ NH-NH-NO

NH=C-NH-N=N-C=NH

Мелкокристаллический порошок желтоватого цвета плотностью 1,65 г/см³и температурой вспышки около 140⁰С. Мало гигроскопичен. По чувствительности близок к гремучей ртути. Не взаимодействует с металлами.

Бризантные взрывчатые вещества

Бризантные ВВ могут быть однородными и неоднородными (взрывчатые смеси).

I. Однородные бризантные ВВ

По химическому строению однородные бризантные ВВ разделяются на 2 группы: нитросоединения и нитроэфиры.

НИТРОЭФИРЫ - азотнокислые нитраты спиртов или углеводов.

1. Азотнокислые эфиры углеводов: главным представителем этих ВВ являются нитраты целлюлозы(нитроклетчатки). В зависимости от содержания азота делят на две разновидности: пироксилины (содержание азота 12 - 13,5 %) и коллоксилины (содержание азота 11,5 - 12 %).

Нитроцеллюлоза и пироксилин были открыты в 1832 г. Браконо. В 1846 - 1848 г.г. Г.И. Гесс и А.А. Фадеев исследовали свойства пироксилина и показали, что он по мощности в несколько раз превосходит дымный порох.

Взрывное разложение пироксилина может быть представлено уравнением:

2C₆H₇O₂(ONO₂)₃3N₂+ 9СО + 3СО₂+ 7Н₂О.

При взрыве 1 кг пироксилина совершается работа, равная подъему 470 тонн на высоту 1 метр.

Пироксилин применяется для изготовления пироксилиновых порохов. По чувствительности пироксилин близок к гексогену. Сухой пироксилин при плотности 1,3 г/см³имеет скорость детонации около 6500 м/с.

Коллоксилин менее чувствителен, чем пироксилин, и опасен главным образом в пожарном отношении. Хранят нитроклетчатку во влажном состоянии (с содержанием влаги до 30 %).

Коллоксилин используют для получения лаков, целлулоида.

2. Азотнокислые эфиры спиртов.

Глицеринтринитрат (нитроглицерин)[C₃H₅(ONO₂)₃- маслянистая жидкость плотностью 1,6 г/мл, с температурой вспышки 180⁰С. Впервые был получен итальянским химиком Собреро в 1846 г.

Чистый, не содержащий кислотных примесей нитроглицерин менее взрывчат, и более прочен.

Нитроглицерин очень чувствителен к механическим воздействиям (толчкам, ударам, зажиганию гремучей ртутью). От пламени загорается с трудом и сгорает без взрыва.

При взрыве 1 г нитроглицерина образует 467 см³газов, а 1 л - 750 л газов (порох только 280 л).

Нитроглицерин замерзает при +8⁰С и становится значительно опаснее, потому, что его кристаллы при трении или разломе сильно разогреваются. При превращении в жидкое состояние его нельзя нагревать выше 11-12⁰С, иначе он взрывает.

В 1854 г. знаменитый русский химик Н.Н. Зинин впервые поставил вопрос о применении нитроглицерина в качестве взрывчатого вещества. В 1867 г. нитроглицерин был применен сотрудниками артиллерийского офицера В.Ф. Петрушевского для взрывных работ на золотых приисках в Восточной Сибири.

В 1865 г. Сотрудник Зинина капитан Д.И. Андриевский предложил гремучертутный капсюль-детонатор, применение которого резко увеличило бризантное действие ВВ и привело к открытию явления детонации.

В период работы Зинина и Петрушевского в России жил шведский инженер А. Нобель. Ему принадлежит заслуга дальнейшего развития и практического использования работ русских ученых. Нобель изобрел ряд динамитов и нитроглицериновый порох (баллистит), усовершенствовал конструкцию капсюля-детонатора).

Чтобы сделать нитроглицерин менее опасным при хранении, транспорте и применении, а также для лучшего использования его взрывной силы, его смешивают с кизельгуром (панцири инфузорий, инфузорная земля) и получают твердый динамит. 100 г кизельгура впитывает 75 г нитроглицерина.

Готовый динамит без взрыва переносит толчки, падение, трение. Однако внезапное нагревание, взрыв гремучей ртути может привести к взрыву.

Так же как и нитроглицерин, динамит не следует доводить до замерзания, которое происходит при - 4⁰С. Оттаивание можно проводить только очень медленно с помощью влажного, умеренно теплого песка. Замерзший динамит нельзя подвергать резкому нагреванию (пламенем, искрами и даже комнатной температурой).

Гремучий студень (взрывчатая желатина) состоит из 90 % нитроглицерина и 10 % пироксилина. Она менее опасна, чем ее составные части, потому, что содержит немного камфары. Сгорает как динамит, в замерзшем состоянии становится несколько чувствительнее к толчкам, но не так опасна как динамит или нитроглицерин. Под водой сильно взрывает.

Нитрогликоль (гликольдинитрат) [CH₂ONO₂ - CH₂ONO₂] используется для производства незамерзающих динамитов. Обладает повышенной летучестью.

Нитродигликоль (дигликольдинитрат)

[CH₂ONO₂-СН₂- О - СН₂- СH₂ONO₂]

вследствие малой летучести и ряда свойств, близких по свойствам к нитроглицерину, его применяют для приготовления порохов.

Тэн - азотнокислый эфир пентаэритрита - пентаэритрит-тетранитрат [C(CH₂ONO₂)₄ или

CH₂ONO₂

O₂NOH₂C - C - CH₂ONO₂

CH₂ONO₂

Белое кристаллическое вещество, плотностью 1,77 г/см³, негигроскопичен. Температура плавления 141⁰С, температура вспышки 215⁰С.

По сравнению с другими азотнокислыми эфирами тэн стоек. Более чувствителен к удару, чем тротил, тетрил и гексоген. Скорость детонации 7900 м/с.

Тэн большей частью флегматизируют добавкой небольших количеств парафина (до 5 %), воска.

Чистый тэн применяют в качестве вторичных зарядов для снаряжения капсюлей-детонаторов, а флегматизированный - для снаряжения детонирующего шнура, детонаторов, некоторых снарядов.

НИТРОСОЕДИНЕНИЯ представляют собой важнейший класс бризантных ВВ. Они характеризуются значительным фугасным и бризантным действием при малой чувствительности к механическим воздействиям. Эти вещества особенно пригодны для снаряжения артиллерийских снарядов и других боеприпасов. Достоинством этих соединений является их химическая стойкость.

Тротил или тринитротолуол [C₆H₂CH₃(NO₂)₃ - желтый кристаллический порошок или чешуйки. Плотность 1,66 г/см³, температура вспышки 300⁰С. Температура затвердевания чистого ТНТ 80,85⁰С, поэтому часто его используют в плавленом виде.

Литой тротил детонирует не от капсюля-детонатора, а только в результате взрыва промежуточного детонатора из прессованного бризантного ВВ. Скорость детонации до 6900 м/с.

Насыпной тротил более чувствителен к детонации, чем литой.

Горение тротила обычно не переходит в детонацию, однако если оно протекает в замкнутом сосуде с прочными стенками или в больших массах тротила, то возможна детонация.

Тротил не реагирует с металлами, но может реагировать со щелочами, образуя тротилаты. Тротилаты менее опасны, чем пикраты, но при их образовании выделяется значительное количество тепла, что может привести к возгоранию. Зарегистрирован случай воспламенения тротила в результате контакта с мыльной эмульсией.

Хотя горение тротила, как и других ВВ, происходит за счет кислорода, находящегося в самом тротиле, горящий тротил можно и нужно тушить водой. Вода, попадая на него, испаряется, на испарение требуется много тепла, поэтому температура продуктов горения уменьшается. Из-за недостатка тепла следующие слои не нагреваются до температуры вспышки, и горение прекращается.

Тротил является основным бризантным взрывчатым веществом для снаряжения боеприпасов. Его применяют в значительных количествах в сплавах с другими нитросоединениями: с гексогеном для снаряжения кумулятивных снарядов малого калибра; с 20 % динитронафталина под названием К-2; с 5 % ксилила под названием сплава Л и др. Из тротила готовят патроны и шашки для взрывных работ, в военное время применяли в смеси с селитрой.

Пикриновая кислота - тринитрофенол [C₆H₂OH(NO₂)₃]- желтый кристаллический порошок, растворимый в горячей воде. Плотность 1,6 - 1,8 г/см³, температура вспышки 300⁰С, скорость детонации около 7200 м/с. К удару и трению мало чувствительна.

Получена П. Вульфом в 1771 г. Длительное время пикриновая кислота использовалась как желтая краска для шерсти, шелка, кожи и волос. И только случайно, в конце 19 века было обнаружено, что она является взрывчатым веществом.

В открытом пространстве чистая пикриновая кислота спокойно сгорает сильно коптящим пламенем. При горении больших масс (например, складов), а также при горении в закрытых металлических сосудах горение может перейти в детонацию.

Большим недостатком пикриновой кислоты является ее способность образовывать соли при соприкосновении с металлами (кроме олова) в присутствии хотя бы небольшого количества воды. При этом образуются соли - пикраты, по своим свойствам близкие инициирующим ВВ. Наиболее опасны пикраты щелочных металлов.

Хранить пикриновую кислоту следует только в пластмассовой или деревянной таре. В настоящее время пикриновая кислота в качестве ВВ практически не используется.

В первой половине 20 века применялась как ВВ в различных странах под названиями мелинит (Россия, Франция), лиддит (Великобритания), шимоза (Япония), с/88 (Германия).

Пикрат аммония - аммонийную соль пикриновой кислоты применяли в США для снаряжения авиабомб.

Тетрил или тринитрофенилметилнитрамин С6Н(NO2)3 -

желто-коричневый кристаллический порошок плотностью 1,71 г/см³, температура вспышки около 190⁰С. Тетрил значительно чувствительнее к удару, чем тротил или пикриновая кислота.

Скорость детонации 7470 м/с. Тетрил особенно пригоден для изготовления капсюлей-детонаторов и детонаторов.

При работе с тетрилом зарегистрировано большое число несчастных случаев.

Гексоген или циклотриметилентринитрамин [C₃H₆O₆N₆]- белое кристаллическое вещество с температрой вспышки 230⁰С, температурой плавления 202,5⁰С. Чрезвычайно чувствительно к удару, скорость детонации 8500 м/с. Из-за свой высокой чувствительности в чистом виде не употребляется для изготовления зарядов, а используется флегматизированный гексоген.

Чтобы различить флегматизированный гексоген, в флегматизатор добавляют оранжевый краситель.

Нефлегматизированный гексоген используется для снаряжения боеприпасов в сплавах с тротилом. В этом случае тротил является флегматизатором. Такие смеси менее чувствительны, чем гексоген, и обладают большей мощностью, чем тротил.

Октоген или циклотетраметилентетранитрамин[C₄H₈O₈N₈] -

O₂N-NCH₂N-NO₂

H₂C CH₂

O₂N - N CH₂ N - NO₂

Вещество плотностью 1,95 г/см³, температура плавления около 280⁰С. Термостойкость выше, чем у гексогена, скорость детонации 9100 м/с.

Октоген применяют как термостойкое ВВ при бурении глубинных скважин и дроблении взрывным методом горячих слитков при разгрузке и ремонте доменных печей.

Бризантное действие октогена больше гексогена.

Эдна - этилендинитрамин, химическая формула

СН₂-NH-NO₂

СН₂-NH-NO₂

По силе и чувствительности равен тетрилу. По сравнению с последним менее токсичен и не обладает красящими свойствами.

Дина - диэтанолнитратнитрамин [O₂N - N(CH₂CH₂ONO₂)₂].

Чувствительность к удару такая же как у тэна. По силе взрыва близок к тэну и гексогену. Хорошо пластифицирует нитроцеллюлозу.

Ксилил - тринитроксилол [C₆ H(CH₃)₂(NO₂)₃]. Ксилил представляет собой нейтральное вещество, не образующее солей с металлами. Температура вспышки 330⁰С. Чувствительность к удару больше, а чувствительность к детонации меньше, чем у тротила.

Применяют для снаряжения боеприпасов в виде смесей с аммиачной селитрой и в виде сплава с тротилом (сплав Л).

Динитронафталин [C₁₀H₈(NO₂)₂]. Чувствительность нафталина к детонации очень мала, поэтому его применяют только в смеси с аммиачной селитрой (динафталит).

Динитробензол [C₆H₄(NO₂)₂]- вещество плотностью 1,57 г/см³, скорость детонации 6100 м/с. Обладает низкой чувствительностью к детонации. Ядовит.

II. Неоднородные бризантные ВВ.

К неоднородным бризантным ВВ относятся смеси окислителя с взрывчатым веществом или горючим.

1. Аммиачно-селитренные ВВ, содержащие в качестве окислителя аммиачную селитру NH₄NO₃-аммониты.

Аммониты, состоящие из смеси тротила с селитрой, содержащие более 20 % тротила, называются аммотолами. По чувствительности и опасности при изготовлении эти вещества опаснее тротила.

Аммоналы - аммониты, содержащие алюминиевую пудру. Эти смеси могут загораться при соприкосновении с водой. Тушить водой при загорании категорически запрещается.

Динамоны - смеси аммиачной селитры с горючими невзрывчатыми добавками (сухим торфом, древесной корой и т.д.).

2. Хлоратные и перхлоратные ВВ содержат в своем составе соли хлорноватой и хлорной кислот.

Преимущественно применяют соли хлорат калия KСlО₃("бертолетова соль"), перхлорат калия KСlО₄ и перхлорат аммония NH₄ClO₄.

При нагревании KСlО₃ плавится, а около 400⁰С начинает разлагаться, причем распад может идти по двум направлениям:

4KСlО₃ 4KСl + 6О₂ или 4KСlО₃ 3KСlО₄ + KСl

Бертолетова соль KСlО₃и хлорноватокислый Рb(СlО₃)₂свинец при стирании, толчке или нагревании с сахаром, мукой, древесиной (т.е. с органическими веществами), а также с углем, серой, фосфором,металлическими порошками взрываются очень сильно. Еще более сильные взрывы имеют место при взаимодействии хлоратов этих металлов с цианистым калием КСN, роданистым калием КСNS, сернистым железомFe₂S₃, сернистой сурьмой. При работе с хлоратами поблизости не должно быть выделения сероводорода.

Чрезвычайно чувствительны хлораты к жирам и маслам, поэтому не допускается контакт этих веществ с промасленной ветошью.

Крепкие кислоты при взаимодействии с хлоратами выделяют из него взрывчатую двуокись хлора, которая кипит при +9⁰С, а взрывается при 60⁰С.

Наибольшую опасность представляют высушивание хлоратов и размалывание сухого продукта.

Взрывчатое начало в хлоратах представляет входящая в состав его хлорноватая кислота НСlО₃, которая известна только в растворе. Ее концентрированные растворы воспламеняют простым соприкосновением такие органические вещества как бумага, ткани, дерево и т.п.

Возможность применения хлоратных и перхлоратных ВВ для снаряжения боеприпасов сильно ограничена из-за большой чувствительности к механическим воздействиям.

3. Оксиликвиты - смеси жидкого кислорода с пористыми горючими веществами. Пропитывание оксиликвитных патронов, например, с торфом, производится непосредственно перед применением. Жидкий кислород энергично испаряется, и в зависимости от размеров патрона за время от нескольких минут до 1,5 часов такого рода боеприпасы теряют свои взрывные свойства.

Аналогичным образом может быть использован и жидкий воздух (переходит в жидкое состояние при давлении 39 атмосфер и охлаждении до - 140⁰С). При испарении жидкого воздуха он теряет больше легколетучего азота, чем кислорода, и поэтому остающаяся жидкость все время обогащается кислородом. В этот момент жидкий воздух похож на динамит.

4. Взрывчатые соединения азота с хлором, бромом, иодом и серой.

Нитрохлорид - хлористый азот NCl₃(масло Дюлонга) получается пропусканием хлора через раствор хлорида аммония:

NH₄Cl+ 3Сl₂4HСl+NCl₃.

Хлористый азот представляет собой маслянистую желтую жидкость с резким запахом. При нагревании выше 90⁰С ( или ударе) он взрывается с чрезвычайной силой, при этом распадается на элементы (азот и хлор).

Даже влажный, он взрывается от соприкосновения с фосфором, аммиаком, мышьяком, селеном, калием, натрием, жирными и эфирными маслами, жирами, скипидаром, каучуком. В сухом виде он взрывается от освещения лучами солнца или искусственного света.

При взрыве хлористого азота пламени не образуется, но если он соприкасается с горючими веществами, они загораются от взрыва, и пожар возможен.

Бромистый азот NBr₃ и иодистый азот NI₃ представляют собой соответственно маслообразную жидкость и черный порошок, по своим свойствам подобны хлористому азоту.

Известны случаи, когда небольшое количество сухого иодистого азота, находящееся на одном конце скамейки, взрывалось, если на другой конец скамейки осторожно садился человек. Небольшие количества этих веществ взрывались даже от звуков музыкальных инструментов.

Сернистый азот N₂S₃ -желтое вещество, взрывается от трения, удара и при 179⁰С, но менее энергично, чем предыдущие. При этом взрыв происходит с образованием пламени и может вызвать пожар.

Метательные взрывчатые вещества, или пороха

Для этих веществ характерным видом взрывного превращения является горение, не переходящее в детонацию даже при высоких давлениях, которое развивается в условиях выстрела. Эти вещества используются для сообщения пуле или снаряду движения в канале ствола оружия и для сообщения движения ракетным снарядам.

Для возбуждения горения порохов необходимо действие на них пламени.

Пороха разделяются на две группы: пороха - механические смеси (и как разновидность - твердые ракетные топлива) и пороха на основе нитроклетчатки.

1. Пороха - механические смеси.

До недавнего времени из этой группы веществ наиболее значительное практическое применение находил дымный (черный или охотничий) порох.

Черный порох был изобретен в Китае 800 г. до н.э.

Дымный порох состоит из гранул темно-зеленого или черного цвета. Он состоит из 75 % селитры (чаще калийной КNO₃), 10-12 % угля и 12-16 % серы. Воспламеняется при температуре 270 - 300⁰С, развивает температуру при взрыве 2200⁰С, скорость горения до 300 м/с и давление до 6000 атмосфер.

Горение черного пороха можно представить следующим уравнением:

2KNO₃+ 3C+SN₂+ 3CO₂+K₂S_(тв)

При горении пороха селитра разлагается с выделением кислорода. Этот кислород необходим для горения угля и серы, которые играют роль горючего. Сера, кроме. Этого, является цементатором - цементирует частица угля и селитры.

Дымный порох мало чувствителен к удару, но очень чувствителен к пламени, он загорается в результате воздействия даже незначительной искры. Известны случаи воспламенения пороха в результате образовавшейся фрикционной искры от трения обуви с металлическими гвоздями о цементный пол.

Порох воспламеняется при соприкосновении с пламенем, раскаленными телами, электрической искрой при нагревании до 270⁰С, фрикционных искр.

Самопроизвольно порох может взрываться только в том случае, если селитра содержит примеси хлора.

Чувствительность пороха значительно уменьшается в присутствии влаги. При содержании влаги 15 % порох теряет способность к воспламенению.

Небольшие примеси жиров (2-10 %) понижают воспламеняемость пороха и замедляют сгорание. Препятствуют взрыву пороха и негорючие добавки, например, стеклянный порошок и тонкоразмолотый песок.

Ракетные топлива - твердосмесевые и пиротехнические топлива - представляют собой смеси окислителей, горючих и связующих веществ.

В качестве окислителей используется аммиачная селитра NH₄NO₃, перхлорат аммония NH₄ClO₄ и перхлорат калия КClO₄. Связующими веществами являются асфальтовый битум, каучуки, карбамидные и фенолформальдегидные смолы, виниловые полимеры, полиэфиры и нитроцеллюлоза. В качестве горючего также используется алюминиевая пыль.

Такое топливо может содержать, например, 70 % NH₄ClO₄, 10 % алюминия Al в порошке, 19 % каучуков или смол, 1 % специальных добавок.

Горение смесевых твердых топлив часто переходит в детонацию. Кроме того, выделяющаяся энергия значительно превосходит энергию сгорания дымного пороха.

2. Нитроцеллюлозные пороха. Их основой являются нитраты целлюлозы, пластифицированные каким-либо растворителем.

Пироксилиновые пороха изготавливаются таким способом, что летучий растворитель (пластификатор) по завершении процесса в значительной мере удаляется из пороховой массы.

Баллиститы - нитроцеллюлозные пороха, изготавливаемые с применением нелетучего растворителя, полностью остающегося в порохе. В зависимости от применяемого растворителя баллиститы называются нитроглицериновыми, нитродигликолевыми и т.д.

Кордиты - нитроцеллюлозные пороха, изготавливаемые на смешанном растворителе - летучем и нелетучем (например, глицерин с ацетоном).

Самовозгорание порохов обычно приводит к пожару, т.к. загоревшиеся пороха не детонируют. Категорически запрещено совместное хранение бризантных ВВ и пороха, загорание последнего может вызвать горение и последующую детонацию ВВ.

Признаки разложения порохов на основе нитроцеллюлозы

1. Изменение цвета пороховых элементов. Появление на их поверхности желто-бурых пятен.

2. Повышение температуры пороха.

3. Появление запахов оксидов азота.

При появлении данных признаков необходимо срочно удалить начинающий разлагаться порох из хранилища и уничтожить его.

Если удалить порох невозможно, его необходимо интенсивно поливать водой.

Тушить пороха водой огнетушителем или компактной струей обычно не удается. Вследствие сильного пламени при горении пороха его тушение в присутствии людей всегда связано с большим риском. Тушение порохов должно производиться с помощью автоматически действующих дренчерных или спринклерных устройств.

При загорании больших количеств пороха работающие в помещении должны немедленно его покинуть.



Заключение

Подведем кратко итоги курсовой работы.

1. Взрывом называется чрезвычайно быстрое проявление работы, вызываемое расширением газов или паров. Вещество называют взрывчатым, если оно обладает способностью моментально по всей своей массе разлагаться с выделением значительного количества тепла и образовывать газообразные продукты. Или другими словами, вещества, способные к химическим реакциям, сопровождающимся взрывом, называют взрывчатыми веществами (ВВ).

Принято считать, что взрывчатые вещества всегда взрывоопасны и должны быть таковыми. Это неверное представление. Взрывчатые вещества (особенно те, которые используются в технике) опасны при совершенно определенных условиях.

Скорость горения зависит от внешних условий. Скорость горения увеличивается, если вещество состоит из мелких зерен и имеет много пор. Большое влияние на скорость горения оказывает и внешнее давление. При определенных условиях, при быстром возрастании давления, горение ВВ может перейти в детонацию.

Детонация - это самораспространяющаяся химическая реакция, которая вызывается перемещающейся по взрывчатому веществу ударной волной.

2. Чувствительностью ВВ называется способность ВВ к возникновению в них под влиянием внешних воздействий химической реакции, завершающейся горением или детонацией.

3. Способность ВВ не претерпевать в нормальных условиях химических превращений, приводящих к самовозгоранию, называется химической стойкостью. Химическая стойкость ВВ определяется их химическим строением, присутствием примесей и условиями хранения. Из практически применяемых ВВ наиболее стойки нитросоединения, а наименее - эфиры азотной кислоты.

4. В зависимости от чувствительности к внешним воздействиям и способности к переходу от горения к детонации взрывчатые вещества разделяются на три основные группы ВВ.

Инициирующие, или первичные ВВ используются для возбуждения детонации или горения взрывчатых веществ других групп. Горение и детонация инициирующих ВВ происходит при незначительной затрате внешней энергии в результате теплового или механического воздействия (нагревание, удар, трение).

Бризантные, или вторичные ВВ используются для изготовления разрывных снарядов боеприпасов и для взрывных работ. Горение их переходит в детонацию только при определенных условиях (например, при горении большой массы вещества с большим числом пор или при горении в замкнутом прочном сосуде). При применении бризантных ВВ детонацию их вызывают с помощью взрыва вспомогательного заряда инициирующего (первичного) ВВ или с помощью взрыва заряда другого бризантного ВВ.

Пороха, или метательные ВВ используются в качестве метательных зарядов для огнестрельного оружия и в качестве топлива для реактивных двигателей. По составу они близки к бризантным ВВ, но горение их более устойчиво. Горение порохов не переходит в детонацию даже при давлении в несколько тысяч атмосфер.

При определенных условиях (например, при воздействии на них достаточно мощного начального импульса или если диаметр их больше критического) пороха могут детонировать. Некоторые из порохов имеют большой критический диаметр, и, кроме того, детонация порохов возможна только при взрыве мощного детонатора, - по этим причинам возникло мнение, что пороха не могут детонировать.



Список использованных источников

1. Инженерная и военная техника мины. Сайт "Оружие" - http://yro03.narod.ru/29.html - дата обращения - 30.01.2016г.

2. Характеристика взрывчатых веществ. Сайт "Arsenal" - http://grb.ucoz.ru/publ/65-1-0-165 - дата обращения - 30.01.2016г.

3. Общая характеристика ВВ. Сайт "Мир оружия" - http://weapons-world.ru/books/item/f00/s00/z0000011/st015.shtml - дата обращения - 30.01.2016г.

...