Взрывчатые вещества
- 1 year ago
- 0
- 0
Взры́вчатое вещество́ (разг. взрывчатка , сокращается как ВВ ) — конденсированное химическое вещество или смесь таких веществ, способное при определённых условиях под влиянием внешних воздействий к быстрому самораспространяющемуся химическому превращению ( взрыву ) с выделением большого количества тепла и газообразных продуктов .
В зависимости от химического состава и внешних условий взрывчатые вещества могут превращаться в продукты реакции в режимах медленного (дефлаграционного) горения , быстрого ( взрывного ) горения или детонации . Поэтому традиционно к взрывчатым веществам также относят соединения и смеси, которые не детонируют, а горят с определённой скоростью (метательные пороха , пиротехнические составы ) . Взрывчатые вещества относятся к . Горючие газы, пары легковоспламеняющихся жидкостей, взвешенные горючие аэрозоли могут вызывать взрывы. Однако разрушительное действие таких взрывоопасных смесей является слабым по сравнению с взрывчатыми веществами из-за того, что одна из составных частей (воздух) до взрыва занимает большой объем и давление взрыва получается небольшим .
Взрывное превращение , как правило, носит кратковременный характер, протекает при температурах от 2500 до 4500 K и сопровождается выделением огромного количества высокотемпературных газов и тепла . Взрывная реакция не требует наличия в окружающем воздухе окислителя (в качестве которого обычно выступает кислород ), поскольку он содержится в химически связанном виде в ингредиентах взрывчатки .
Суммарное количество энергии, которая высвобождается при взрыве, относительно невелико и обычно в пять или шесть раз меньше теплотворной способности нефтепродуктов аналогичной массы . Тем не менее, несмотря на скромную энергетическую отдачу, огромная скорость реакции, которая по закону Аррениуса является следствием большой температуры, обеспечивает достижение высоких значений мощности .
Высвобождение большого количества газообразных продуктов сгорания считается другим признаком химической реакции в виде взрыва . При этом, стремительная трансформация взрывчатого вещества в высокотемпературные газы сопровождается скачкообразным изменением давления (до 10—30 ГПа), которое носит название ударной волны . Распространение этой волны способствует передаче энергии от одного слоя взрывчатки к другому и сопровождается возбуждением в новых слоях аналогичной химической реакции. Этот процесс получил название детонации , а инициирующая его ударная волна стала называться детонационной волной .
Существует ряд веществ, способных к нехимическому взрыву (например, ядерные и термоядерные материалы , антивещество ). Также существуют методы воздействия на различные вещества, приводящие к взрыву (например, лазером или электрической дугой ). Обычно такие вещества не называют «взрывчатыми».
Человек разрабатывал и изучал взрывчатые вещества вкупе с возможностями их применения на практике в течение довольно длительного периода времени. Исторически первым прообразом современных взрывчатых веществ можно считать т. н. « греческий огонь »; авторство данного изобретения приписывается греку по имени Каллиник , а в качестве даты создания состава называется 667 год н. э. Указанное вещество впоследствии использовалось различными древними народами Европы и Ближнего Востока , однако в ходе исторического процесса рецепт его изготовления был утрачен; предполагается, что «греческий огонь» состоял из серы , смолы , соли и негашеной извести . Особенностью данного взрывчатого вещества являлось повышение интенсивности возгорания при попытке тушения вызванного им пламени водой. Через некоторое время, в 682 году , в Китае были разработаны первые прототипы дымного пороха , в состав которых входили селитра , сера и древесный уголь [ нет в источнике ] ; изначально смесь применялась в пиротехнике , а затем приобрела и военное значение.
Что касается стран Европы, то порох начал упоминаться в исторических документах с XIII века (приблизительно в 1250 году), хотя историки не располагают точными данными о том, кто именно выступил в роли первооткрывателя этого взрывчатого вещества. Среди возможных кандидатур в профильных исследованиях называются, в частности, имена Бертольда Шварца и Роджера Бэкона , а итальянские специалисты полагают, что первое применение пороха следует ассоциировать с городом Болоньей начала века (1216 год).
Имеются также сведения [ от кого? ] о том, что данное взрывчатое вещество в его китайской версии использовалось монгольскими завоевателями под предводительством Чингисхана , которые задействовали его для подрыва крепостных стен при осаде. Этот факт позволяет некоторым исследователям утверждать, что на основе пороха было создано в первую очередь взрывное, и лишь затем — огнестрельное оружие . Некоторое время спустя, в начале XIV века , рассматриваемое взрывчатое вещество нашло применение в артиллерии , обеспечивая метание снарядов из орудий ; известно, что ближе к концу того же столетия, в 1382 году , пушки использовались против войск хана Тохтамыша , осаждавших Москву . Кроме того, XIV веком датируется также и появление первых образцов ручного огнестрельного оружия: пороховые ружья были впервые задействованы на Руси в 1389 году, также в ходе обороны Москвы. Хотя преимущественно порох использовался именно в военном деле, предпринимались попытки приспособить возможности данного взрывчатого вещества для мирных целей: так, в первой трети XVII века в Венгрии (по другим данным — в Словакии ) оно было впервые опробовано при ведении горных работ, а впоследствии соответствующая технология распространилась также и на дорожно-туннельное строительство. Примерно в это же время начала осваиваться технология производства артиллерийских гранат, то есть — снаряжения артиллерийских ядер пороховым зарядом .
В течение нескольких веков традиционный дымный порох оставался не только единственной разновидностью пороха, но и вообще единственным взрывчатым веществом, известным человеку, хотя на протяжении этого периода времени предпринимались определённые попытки по его совершенствованию. В России, к примеру, соответствующие исследования проводил М. В. Ломоносов , в середине XVIII века подготовивший специализированный научный труд — «Диссертацию о рождении и природе селитры» (1749); в этой работе взрывчатое разложение пороха было впервые описано и истолковано с научной точки зрения. Параллельно аналогичные вопросы изучались во Франции химиками А. Л. Лавуазье и К. Л. Бертолле , которые к началу последней четверти того же столетия разработали формулу хлоратного пороха; в его составе вместо селитры использовалась хлорновато-калиевая («бертоллетова») соль . Тем не менее, дымный порох продолжал оставаться на вооружении военных вплоть до второй половины XIX века, где активно применялся в основном для снаряжения артиллерийских метательных зарядов, разрывных снарядов, в устройстве подземных мин и т. п.
Следующий этап в развитии взрывчатых веществ связан с концом XVIII века, когда было открыто « гремучее серебро », характеризовавшееся довольно высоким уровнем опасности для того времени. Тогда же, в 1788 году , была получена пикриновая кислота , нашедшая применение в изготовлении артиллерийских снарядов. Научный консенсус приписывает открытие « гремучей ртути » британскому исследователю Э. Говарду (1799), однако имеются сведения о её изобретении ещё в конце XVII века . Несмотря на то, что её способность к детонации не была подробно изучена , с точки зрения своих основных характеристик гремучая ртуть имела определённые преимущества по отношению к традиционному дымному пороху. Затем, в конце первой трети XIX века , путём смешивания древесины с азотной и серной кислотами был получен пироксилин , также пополнивший арсенал известных человеку взрывчатых веществ и послуживший для создания бездымного пороха. В 1847 году итальянский химик А. Собреро впервые синтезировал нитроглицерин , проблема неустойчивости и небезопасности которого была впоследствии отчасти решена А. Нобелем путём изобретения динамита . В 1884 году французский инженер П. Вьель предложил рецепт бездымного пороха . Во второй половине века был создан целый ряд новых взрывчатых веществ, в частности — тротил (1863), гексоген (1897) и некоторые другие, нашедшие активное применение при производстве вооружений , однако их практическое применение стало возможным только после изобретения русским инженером Д. И. Андриевским в 1865 году и шведским изобретателем А. Нобелем в 1867 году капсюля-детонатора на основе гремучей ртути . До появления этого устройства отечественная традиция применения нитроглицерина взамен чёрного пороха при подрывных работах полагалась на режим взрывного горения . С открытием явления детонации бризантные взрывчатые вещества начали повсеместно использоваться для военных и промышленных целей .
Среди промышленных взрывчатых веществ изначально широкое распространение по патентам А. Нобеля получили гурдинамиты, затем пластичные динамиты и порошкообразные нитроглицериновые смесевые взрывчатые составы . Стоит подчеркнуть, что первые патенты на некоторые рецепты аммиачно-селитренных взрывчатых веществ были получены ещё И. Норбином и И. Ольсеном (Швеция) в 1867 году, однако их практическое использование для снаряжения боеприпасов и для промышленных целей выпало на годы Первой мировой войны . Так как этот вид взрывчатки проявил себя гораздо более безопасным и экономичным, чем традиционный динамит, то начиная с 30-х годов XX века масштабы его использования в промышленных приложениях существенно выросли . После Великой Отечественной войны на территории Советского Союза аммиачно-селитренные подрывные составы (поначалу — в виде тонкодисперсных аммонитов ) стали доминирующим видом промышленных взрывчатых веществ . За рубежом процесс массового переоснащения промышленности с динамитов на аммиачно-селитренные взрывчатые вещества начался примерно в 50-х годах XX века .
Начиная с 70-х годов XX века основной разновидностью промышленной взрывчатки становятся простейшие составы гранулированных и водосодержащих аммиачно-селитренных рецептур, не содержащие в себе нитросоединений или других индивидуальных взрывчатых веществ. Кроме них также используются смеси с нитросоединениями . Некоторое практическое значение сохранили тонкодисперсные аммиачно-селитренные взрывчатые составы, прежде всего — для снаряжения патронов-боевиков и для проведения некоторых специфических видов взрывных работ . Индивидуальные взрывчатые вещества, в основном — тротил, продолжают применяться для изготовления . Помимо этого их используют для длительного заряжания обводнённых скважин в чистом виде ( гранулотол ) и составе разнообразных высоководоустойчивых смесей (гранулированных и суспензионных) . Для выполнения прострелочных работ в глубоких нефтяных скважинах до сих пор продолжает применяться октоген и гексоген .
Сложность и разнообразие химии и технологии взрывчатых веществ, политические и военные противоречия в мире, стремление к засекречиванию любой информации в этой области привели к неустойчивым и разнообразным формулировкам терминов.
Действующая редакция 2011 года принятой ООН Согласованной на глобальном уровне системы классификации и маркировки химических веществ (СГС) даёт следующие определения :
2.1.1.1 Взрывчатое вещество (или смесь) — твердое или жидкое вещество (или смесь веществ), которое само по себе способно к химической реакции с выделением газов при такой температуре и таком давлении и с такой скоростью, что это вызывает повреждение окружающих предметов. Пиротехнические вещества включаются в эту категорию даже в том случае, если они не выделяют газов.
Пиротехническое вещество (или смесь) — вещество или смесь веществ, которые предназначены для производства эффекта в виде тепла, огня, звука или дыма или их комбинации в результате самоподдерживающихся экзотермических химических реакций, протекающих без детонации.
Под взрывчатыми веществами понимаются как индивидуальные взрывчатые вещества, так и взрывчатые составы, содержащие одно или несколько индивидуальных взрывчатых веществ, флегматизаторы, металлические добавки и другие компоненты. Взрывчатое превращение взрывчатых веществ характеризуется следующими условиями:
В России в рамках стандартизации в области техногенных чрезвычайных ситуаций к взрывоопасным относят вещества, взрывающиеся при воздействии пламени или проявляющие чувствительность к сотрясениям или трениям большую, чем динитробензол .
Любое взрывчатое вещество обладает следующими характеристиками:
Важнейшими характеристиками взрывчатых веществ являются :
При детонации разложение взрывчатых веществ происходит настолько быстро (за время от 10 −6 до 10 −2 с ), что газообразные продукты разложения с температурой в несколько тысяч градусов оказываются сжатыми в объёме, близком к начальному объёму заряда. Резко расширяясь, они являются основным первичным фактором разрушительного действия взрыва.
Различают два основных вида действия взрывчатых веществ: бризантное (местного действия) и фугасное (общего действия).
Существенное значение при хранении взрывчатых веществ и обращении с ними имеет их стабильность .
В прикладных сферах широко используется не более двух-трёх десятков взрывчатых веществ и их смесей . Основные характеристики наиболее распространённых из них сведены в следующую таблицу (данные приведены при плотности заряда 1600 кг/м 3 ) :
Взрывчатое вещество |
Кислородный баланс,
% |
Теплота взрыва,
МДж/кг |
Объём продуктов взрыва,
м 3 /кг |
Скорость детонации,
км/с |
---|---|---|---|---|
Тротил | -74,0 | 4,2 | 0,75 | 7,0 |
Тетрил | -47,4 | 4,6 | 0,74 | 7,6 |
Гексоген | -21,6 | 5,4 | 0,89 | 8,1 |
Тэн | -10,1 | 5,9 | 0,79 | 7,8 |
Нитроглицерин | +3,5 | 6,3 | 0,69 | 7,7 |
Аммонит № 6 | 0 | 4,2 | 0,89 | 5,0 |
Нитрат аммония | +20,0 | 1,6 | 0,98 | ≈1,5 |
Азид свинца | неприменимо | 1,7 | 0,23 | 5,3 |
Баллиститный порох | -45 | 3,56 | 0,97 | 7,0 |
Ежегодно в мире производится несколько миллионов тонн взрывчатых веществ . Ежегодный расход взрывчатых веществ в странах с развитым промышленным производством даже в мирное время составляет сотни тысяч тонн. В военное время расход взрывчатых веществ резко возрастает. Так, в период 1-й мировой войны в воюющих странах он составил около 5 миллионов тонн, а во 2-й мировой войне превысил 10 миллионов тонн. Ежегодное использование взрывчатых веществ в США в 1990-х годах составляло около 2 миллионов тонн.
В военном деле взрывчатые вещества используются в качестве метательных зарядов для различного рода оружия и предназначаются для придания снаряду ( пуле ) определённой начальной скорости.
Их также применяют для снаряжения боевых частей ракет различных классов, снарядов реактивной и ствольной артиллерии , артиллерийских и инженерных мин , авиационных бомб , торпед , глубинных бомб , ручных гранат и т. д.
Взрывчатые вещества широко используются в промышленности для производства различных взрывных работ .
Существуют произведения монументального искусства, изготовленные с помощью взрывчатых веществ ( монумент Crazy Horse в штате Южная Дакота , США ).
В Российской Федерации запрещена свободная реализация взрывчатых веществ, средств взрывания, порохов, всех видов [ источник не указан 2356 дней ] ракетного топлива , а также специальных материалов и специального оборудования для их производства, нормативной документации на их производство и эксплуатацию.
В научно-исследовательской сфере взрывчатые вещества широко используются как простое средство достижения в экспериментах значительных температур, сверхвысоких давлений и больших скоростей .
По своему химическому составу всё многообразие взрывчатых веществ разделяется на взрывчатые химические соединения и взрывчатые смеси :
По своему значению и взрывчатым свойствам ВВ подразделяются на инициирующие и бризантные ; целый ряд авторитетных источников к этим двум добавляет также метательные взрывчатые вещества (пороха и пиросоставы) .
Инициирующие (первичные) взрывчатые вещества предназначаются для возбуждения взрывчатых превращений в зарядах других, более стабильных, взрывчатых веществ. Уже при атмосферном давлении их горение протекает неустойчиво и любой начальный импульс воспламенения немедленно запускает детонацию . Помимо этого, инициирующие взрывчатые вещества отличаются повышенной чувствительностью и легко взрываются от многих других видов начального воздействия: удара, трения, накола жалом, электрической искры и прочих . Основой инициирующих взрывчатых веществ являются гремучая ртуть , азид свинца , тринитрорезорцинат свинца (ТНРС), тетразен, диазодинитрофенол (или их смеси) и прочие с высокой скоростью детонации (свыше 5000 м/с) .
В военном деле и в промышленности инициирующие взрывчатые вещества применяются для снаряжения капсюлей-воспламенителей, капсюльных втулок, запальных трубок, различных электровоспламенителей, артиллерийских и подрывных капсюлей-детонаторов , электродетонаторов и др. Они используются также в различных средствах пироавтоматики: пирозарядах, пиропатронах , пирозамках, пиротолкателях, пиромембранах, пиростартёрах, катапультах, разрывных болтах и гайках, пирорезаках, самоликвидаторах и др.
Бризантные (вторичные) — вещества с высокой бризантностью , которой соответствует большая скорость распространения взрывной волны в веществе. От инициирующих отличаются меньшей чувствительностью, а их горение при сравнительно невысокой величине давления (которое, тем не менее, должно быть выше атмосферного) вполне может привести к детонации .
Бризантные взрывчатые вещества менее чувствительны ко внешним воздействиям, и возбуждение взрывных превращений в них осуществляется главным образом с помощью инициирующих взрывчатых веществ. В качестве бризантных взрывчатых веществ применяются обычно различные нитросоединения ( тротил , нитрометан , нитронафталины и др.), N-нитрамины ( тетрил , гексоген , октоген , этилен-N,N'-динитрамин и др.), нитраты спиртов ( пентаэритриттетранитрат , нитроглицерин , нитрогликоль ), нитраты целлюлозы и др. Часто эти соединения применяют в виде смесей между собой и с другими веществами .
Бризантные взрывчатые смеси часто называют по виду окислителя :
По методу производства зарядных элементов бризантные взрывчатые вещества нередко подразделяют на литьевые, прессовочные и шнековочные, а по обратимости деформации — пластичными и эластичными .
Бризантные взрывчатые вещества применяют для снаряжения боевых частей ракет различных классов, снарядов реактивной и ствольной артиллерии , артиллерийских и инженерных мин , авиационных бомб , торпед , глубинных бомб, ручных гранат и т. д.
В ядерных боеприпасах бризантные взрывчатые вещества используются в зарядах, предназначенных для перевода ядерного горючего в надкритическое состояние.
В различных вспомогательных системах ракетно-космической техники бризантные взрывчатые вещества применяют в качестве основных зарядов для разделения конструкционных элементов ракет и космических аппаратов, отсечки тяги, аварийного выключения и подрыва двигателей, выброса и отсечки парашютов , аварийного вскрытия люков и др.
В авиационных системах пироавтоматики бризантные взрывчатые вещества используются для аварийного отделения кабин, взрывного отброса винтов вертолётов и т. д.
Значительное количество бризантных взрывчатых веществ расходуется в горном деле (вскрышные работы, добыча полезных ископаемых), в строительстве (подготовка котлованов, разрушение скальных пород, разрушение ликвидируемых строительных конструкций), в промышленности (сварка взрывом, импульсная обработка металлов и др.).
По действующим в Российской Федерации нормативным документам пороховые и пиротехнические составы к взрывчатым веществам не относятся, ввиду того, что они перестали применяться в качестве подрывных и разрывных зарядов .
Метательные взрывчатые вещества (пороха и ракетные топлива ) служат источниками энергии для придания необходимой кинетики разнообразным метательным снарядам ( артиллерийским минам , пулям и т. п.) в ствольных и реактивных ракетно-артиллерийских системах . Их отличительная особенность — способность к взрывчатому превращению в форме быстрого устойчивого сгорания, которое не переходит в детонацию в диапазоне давлений вплоть до нескольких ГПа . Однако, они сохраняют свойство поддаться детонации от детонационного импульса .
Пороха делятся на дымные и бездымные. Представителями первой группы могут служить черные пороха, представляющие собой смесь селитры, серы и угля, например артиллерийский и ружейный пороха, состоящие из 75 % калиевой селитры, 10 % серы и 15 % угля. Температура вспышки дымных порохов равна 290—310 °С. Ко второй группе относятся пироксилиновые, нитроглицериновые, дигликолевые и другие пороха. Температура вспышки бездымных порохов равна 180—210 °С.
Пиротехнические составы (зажигательные, осветительные, сигнальные и трассирующие), применяемые для снаряжения специальных боеприпасов, представляют собой механические смеси из окислителей и горючих веществ. При обычных условиях применения они, сгорая, дают соответствующий пиротехнический эффект (зажигательный, осветительный и т. д.). Многие из этих составов обладают также и взрывчатыми свойствами и при определённых условиях могут детонировать.
Пиротехнические составы применяются для получения пиротехнических эффектов (светового, дымового, зажигательного, звукового и т. д.). Основной вид взрывчатых превращений пиротехнических составов — горение.
Существуют различные системы классификации взрывчатых веществ по степени опасности. Наиболее известны: