Suurimman osan historiasta ihminen käytti kaikenlaisia kylmäsotoja tuhoamaan omaa lajiaan, joka oli yksinkertainen kivi-kirves, erittäin kehittynyt ja vaikeasti valmistettava metallityökalu. XI-XII-vuosisatojen ajan Euroopassa alkoi käyttää aseita, ja ihmiskunta tutustui tärkeimpään räjähtävään mustaan jauheeseen.
Se oli käännekohta sotahistoriaan, vaikka ampuma-aseiden kesti noin kahdeksan vuosisadan ajan, jotta voimakkaasti leikattu teräs pakotettiin kokonaan taistelukentiltä. Samanaikaisesti tykkien ja laastin edistymisen kanssa kehitettiin räjähteitä - ei ainoastaan ruutia, vaan myös kaikenlaisia sommitteluja tykistökuorille tai maamiinoille. Uusien räjähteiden ja räjähdyslaitteiden kehittäminen jatkuu aktiivisesti päivillämme.
Nykyään tiedetään kymmeniä räjähteitä. Sotilaallisten tarpeiden lisäksi räjähteitä käytetään aktiivisesti kaivosteollisuudessa, teiden ja tunneleiden rakentamisessa. Ennen kuin puhutaan räjähdysaineiden pääryhmistä, on kuitenkin syytä mainita yksityiskohtaisemmin räjähdyksen aikana tapahtuvat prosessit ja ymmärtää räjähteiden toiminnan periaate (HE).
Räjähteet: mikä se on?
Räjähdysaineet ovat suuri joukko kemiallisia yhdisteitä tai seoksia, jotka ulkoisten tekijöiden vaikutuksesta kykenevät nopeaan, itsekantavaan ja hallitsemattomaan reaktioon suurten energiamäärien vapauttamisen kanssa. Yksinkertaisesti sanottuna kemiallinen räjähdys on prosessi, jossa molekyylisidosten energia muunnetaan lämpöenergiaksi. Yleensä sen tuloksena on suuri määrä kuumia kaasuja, jotka suorittavat mekaanista työtä (murskaus, tuhoaminen, liikkuminen jne.).
Räjähteiden luokittelu on melko monimutkaista ja hämmentävää. Räjähteisiin kuuluvat aineet, jotka hajoavat paitsi räjähdysprosessissa (räjähdyksessä), myös hitaasti tai nopeasti. Jälkimmäiseen ryhmään kuuluvat ruuti ja erilaiset pyrotekniset seokset.
Yleensä "räjähdyksen" ja "deflagraation" (palaminen) käsitteet ovat avainasemassa kemiallisen räjähdyksen prosessien ymmärtämisessä.
Räjähdys on puristuspinnan nopea (supersonic) eteneminen ja siihen liittyvä eksoterminen reaktio räjähteessä. Tässä tapauksessa kemialliset transformaatiot etenevät niin nopeasti ja vapautuu sellainen määrä lämpöenergiaa ja kaasumaisia tuotteita, että aineeseen muodostuu iskuaalto. Räjähdys on prosessin nopein, voidaan sanoa, aineen lumivyöryttävä osallistuminen kemialliseen räjähdysreaktioon.
Deflagraatio tai palaminen on eräänlainen redoksikemiallinen reaktio, jonka aikana sen etuosa liikkuu aineessa tavanomaisen lämmönsiirron vuoksi. Tällaiset reaktiot ovat kaikkien tiedossa ja niitä esiintyy usein jokapäiväisessä elämässä.
On utelias, että räjähdyksen aikana vapautunut energia ei ole niin suuri. Esimerkiksi kun 1 kg trotyyliä räjäytetään, se vapautuu useita kertoja vähemmän kuin silloin, kun poltetaan 1 kg hiiltä. Räjähdyksellä se kuitenkin esiintyy miljoonia kertoja nopeammin, kaikki energia vapautuu lähes välittömästi.
On huomattava, että räjähdyksen etenemisnopeus on räjähteiden tärkein ominaisuus. Mitä korkeampi se on, sitä tehokkaampi on räjähtävä maksu.
Kemiallisen räjähdysprosessin aloittamiseksi tarvitaan ulkoinen tekijä, se voi olla useita:
- mekaaniset (puhkaisu, isku, kitka);
- kemiallinen aine (räjähdysvaarallisen aineen reaktio);
- ulkoinen räjäytys (räjähdys räjähdysaineen läheisyydessä);
- lämpö (liekki, lämpö, kipinä).
On huomattava, että erilaisilla räjähteillä on erilainen herkkyys ulkoisille vaikutuksille.
Jotkut niistä (esimerkiksi musta jauhe) vastaavat hyvin lämpövaikutuksiin, mutta samalla ne eivät reagoi mekaaniseen ja kemialliseen. TNT: n räjäyttämiseksi tarvitaan vain räjähdysvaikutus. Uhkaava elohopea reagoi kiivaasti mihin tahansa ulkoiseen ärsykkeeseen, ja on olemassa joitakin räjähteitä, jotka räjähtävät ilman mitään ulkoista vaikutusta. Tällaisten "räjähtävien" räjähteiden käytännön käyttö on yksinkertaisesti mahdotonta.
Räjähteiden pääominaisuudet
Tärkeimmät ovat:
- räjähdystuotteiden lämpötila;
- räjähdyslämpö;
- räjähdysnopeus;
- räjähtävyys;
- voimakas räjähdysaine.
Kaksi viimeistä kohtaa tulisi keskustella erikseen. Räjähteiden räjäytys - tämä on sen kyky tuhota ympäröivä ympäristö (kivi, metalli, puu). Tämä ominaisuus riippuu suurelta osin fyysisestä tilasta, jossa räjähdysaine sijaitsee (jauhamisaste, tiheys, tasaisuus). Brisanssi riippuu räjähtävän räjähdysnopeudesta - mitä korkeampi se on, sitä parempi räjähdysaine voi murskata ja tuhota ympäröivät esineet.
Räjähteitä käytetään yleensä tykistökuorien, pommien, kaivosten, torpedojen, kranaattien ja muiden ampumatarvikkeiden varustamiseen. Tämäntyyppinen räjähdysaine on vähemmän herkkä ulkoisille tekijöille, ulkoinen räjähdys on välttämätöntä tällaisen räjähtävän varauksen vaarantaa. Räjähtävistä räjähteistä jaetaan räjähtävistä voimista riippuen:
- Lisääntynyt teho: heksogeeni, tetryyli, oksogeeni;
- Keskimääräinen teho: TNT, meliniitti, plastiidi;
- Vähentynyt teho: ammoniumnitraattiin perustuvat räjähteet.
Mitä suurempi räjähdysaineiden räjähdysalttius, sitä parempi se tuhoaa pommin tai ammuksen rungon, antaa fragmentille enemmän energiaa ja luo tehokkaamman iskun.
Räjähdystarvikkeiden vähäisempi ominaisuus ei ole sen räjähtävyys. Tämä on kaikkien räjähdysaineiden yleisin ominaisuus, se osoittaa, miten räjähdysaineella on tuhoava kyky. Räjähdysalttius riippuu suoraan räjähdyksen aikana muodostuvien kaasujen määrästä. On huomattava, että suurräjähdysalttius ja korkea räjähdysherkkyys eivät pääsääntöisesti liity toisiinsa.
Korkea räjähdysalttius ja räjäytys määräävät, mitä kutsumme räjähdyksen voimaksi tai voimaksi. Eri tarkoituksiin on kuitenkin valittava sopivat räjähteiden tyypit. Brizantnosti on erittäin tärkeä kuorille, kaivoksille ja ilmapommeille, mutta räjähdysaineet, joilla on merkittävä räjähdysalttius, sopivat paremmin kaivostoimintaan. Käytännössä räjähdysaineiden valinta on paljon monimutkaisempaa ja oikean räjähdysaineen valitsemiseksi kaikki sen ominaisuudet on otettava huomioon.
On olemassa yleisesti hyväksytty menetelmä erilaisten räjähteiden tehon määrittämiseksi. Tämä on ns. TNT-ekvivalentti, kun TNT: n teho otetaan tavallisesti yhdeksi. Tätä menetelmää käyttäen voidaan laskea, että 125 g: n trotyyli on yhtä suuri kuin 100 g RDX: ää ja 150 g ammoniittia.
Toinen tärkeä räjähteiden ominaisuus on niiden herkkyys. Se määräytyy räjähdysaineen räjähdyksen todennäköisyydestä, kun se altistuu tietylle tekijälle. Räjähteiden tuotannon ja varastoinnin turvallisuus riippuu tästä parametrista.
Jotta voimme paremmin osoittaa, kuinka tärkeä räjähdysominaisuus on, voimme sanoa, että amerikkalaiset ovat kehittäneet erityisstandardin (STANAG 4439) räjähteiden herkkyydelle. Ja heidän piti mennä sen sijaan hyvään elämään, mutta joukon erittäin vakavia onnettomuuksia: 33 ihmistä kuoli Amerikan Bien-Ho-ilmavoimien tukikohdassa Vietnamissa, noin 80 ilma-alusta vahingoittui Forrestalin lentokoneen kantoräjähdysten vuoksi, ja ilma-aluksen "Oriskani" (1966) ilma-aluksen räjähtämisen jälkeen. Joten ei vain tehokkaat räjähteet ovat hyviä, mutta räjäyttävät juuri oikeassa hetkessä - ei koskaan enää.
Kaikki modernit räjähteet ovat joko kemiallisia yhdisteitä tai mekaanisia seoksia. Ensimmäinen ryhmä sisältää heksogeenin, trotyylin, nitroglyseriinin, pikriinihapon. Kemialliset räjähteet saadaan pääsääntöisesti erilaisten hiilivetyjen nitroinnilla, mikä johtaa typen ja hapen viemiseen molekyyleihin. Toiseen ryhmään - ammoniumnitraattiräjähteet. Tämän tyyppisten räjähteiden koostumukseen sisältyy yleensä happea ja hiiltä sisältäviä aineita. Räjähdyksen lämpötilan lisäämiseksi seoksessa lisätään usein metallijauheita: alumiinia, berylliumia, magnesiumia.
Kaikkien edellä mainittujen ominaisuuksien lisäksi räjähdysaineen tulisi olla kemiallisesti kestävä ja sopiva pitkäaikaiseen varastointiin. Viime vuosisadan 80-luvulla kiinalaiset pystyivät syntetisoimaan tehokkaimmat räjähdysaineet - trisykliset ureat. Sen teho ylitti trotylin kaksikymmentä kertaa. Ongelmana oli, että muutama päivä valmistuksen jälkeen aine hajosi ja muuttui limaksi, joka ei sovellu jatkokäyttöön.
Räjähteiden luokitus
Räjähdysominaisuuksiensa mukaan räjähteet jaetaan seuraaviin:
- Aloittamista. Niitä käytetään räjähtämään (räjähtämään) muita räjähteitä. Räjähdysaineiden pääasialliset erot tässä ryhmässä ovat suuri herkkyys alkutekijöille ja korkeat räjähdysnopeudet. Tähän ryhmään kuuluvat: räjähtävä elohopea, diatsodinitrofenoli, lyijy-trinitrosorinaatti ja muut. Näitä yhdisteitä käytetään pääsääntöisesti alukkeissa, sytytysputkissa, detonaattorikapseleissa, squibeissa, itsetappajana;
- Räjähteiden räjäytys. Tämäntyyppisellä räjähdysaineella on merkittävä taso ja sitä käytetään pääasiallisena varauksena suurimmalle osalle ammuksia. Nämä voimakkaat räjähteet eroavat kemiallisesta koostumuksestaan (N-nitramiinit, nitraatit, muut nitroyhdisteet). Joskus niitä käytetään eri seosten muodossa. Räjähteitä käytetään myös aktiivisesti kaivosteollisuudessa, tunneleiden asettamisessa ja muiden teknisten töiden toteuttamisessa;
- Räjähteiden heittäminen. Ne ovat energialähde ammusten, kaivosten, luoteja, kranaatteja ja rakettien liikkumista varten. Jauhe ja erilaiset rakettipolttoaineet kuuluvat tähän räjähteiden luokkaan;
- Pyrotekniset koostumukset. Käytetään erityisten ammusten varustamiseen. Poltettaessa ne tuottavat erityisiä vaikutuksia: valaistus, merkinanto, sytytys.
Räjähteet jaetaan myös fyysisen tilan mukaan seuraavasti:
- Neste. Esimerkiksi nitroglykoli, nitroglyseriini, etyylinitraatti. On myös erilaisia räjähteiden nestemäisiä seoksia (panklastit, Sprengel-räjähteet);
- kaasu;
- Hyytelöity. Jos liuotat nitroselluloosaa nitroglyseriiniin, saat niin sanotun räjähtävän hyytelön. Tämä on erittäin epästabiili, mutta melko voimakas räjähdysherkkä geelimäinen aine. Venäjän vallankumoukselliset terroristit käyttivät häntä XIX-luvun lopussa;
- Jousitus. Melko laaja räjähteiden ryhmä, jota käytetään nykyisin teollisiin tarkoituksiin. On olemassa erilaisia räjähtäviä suspensioita, joissa räjähtävä tai hapettava aine on nestemäinen väliaine;
- Emulsioräjähteet. Erittäin suosittu räjähteiden tyyppi näinä päivinä. Usein käytetään rakentamiseen tai kaivostoimintaan;
- Kiinteä. Yleisin räjähteiden ryhmä. Se sisältää lähes kaikki sotilasasioissa käytetyt räjähteet. Voi olla monoliittinen (trotyyli), rakeinen tai jauhettu (heksogeeni);
- Muovia. Tässä räjähteiden ryhmässä on plastisuus. Tällaiset räjähteet ovat tavallista kalliimpia, joten niitä käytetään harvoin ammusten varustamiseen. Tämän ryhmän tyypillinen edustaja on plastiidi (tai plastidi). Sitä käytetään usein sabotaasin aikana rakenteiden heikentämiseksi. Sen koostumus, plastiidi on RDX: n ja minkä tahansa pehmittimen seos;
- Kimmoisa.
Jotkin räjähteiden historia
Ensimmäinen ihmiskunnan keksimä räjähtävä aine oli musta jauhe. Uskotaan, että se keksittiin Kiinassa jo VII-luvulla. Tästä ei kuitenkaan ole löydetty luotettavia todisteita. Yleensä jauheen ympärillä ja ensimmäisillä yrityksillä käytettiin useita myyttejä ja ilmeisesti fantastisia tarinoita.
On olemassa antiikin kiinalaisia tekstejä, joissa kuvataan seoksia, jotka ovat koostumuksessa samanlaisia kuin musta jauhe. Niitä käytettiin lääkkeinä sekä pyroteknisiin näytöksiin. Lisäksi on olemassa lukuisia lähteitä, jotka väittävät, että seuraavien vuosisatojen aikana kiinalaiset käyttivät aktiivisesti ruutia rakettien, kaivosten, kranaattien ja jopa liekinheittimien valmistamiseksi. Oikeastaan kuvitukset tietyistä tämän antiikin ampuma-aseen tyypeistä kyseenalaistavat sen käytännön soveltamisen.
Jo ennen kuin jauhe Euroopassa alkoi käyttää "Kreikan tulipaloa" - palavaa räjähdysainetta, resepti, joka ei valitettavasti ole saavuttanut päiviä. "Kreikan tulipalo" oli syttyvä seos, joka ei vain sammunut vedellä, vaan jopa joutui kosketuksiin sen kanssa vielä syttyvämpää. Bysanttilaiset keksivät tämän räjähtävän, he käyttivät aktiivisesti "kreikkalaista tulta" sekä maalla että merellä, ja säilyttivät reseptinsä tiukimpana salaisuutena. Nykyaikaiset asiantuntijat uskovat, että tämä seos sisälsi öljyä, tervaa, rikkiä ja kalkkia.
Gunpowder ilmestyi ensimmäistä kertaa Euroopassa 1300-luvun puolivälissä, eikä vielä tiedetä, miten se tuli mantereelle. Eurooppalaisista ruutin keksijistä mainitaan usein munkin Berthold Schwartzin ja englantilaisen tutkijan Roger Baconin nimet, vaikka historioitsijoilla ei ole yhteistä mielipidettä. Yhden version mukaan Kiinassa, Intian ja Lähi-idän kautta keksitty ruuti tuli Eurooppaan. Joka tapauksessa, jo XIII luvulla, eurooppalaiset tiesivät ruutista ja jopa yrittivät käyttää tätä kiteistä räjähdysainetta kaivoksissa ja primitiivisissä ampuma-aseissa.
Useiden vuosisatojen ajan ruuti oli ainoa räjähteiden tyyppi, jonka ihminen tiesi ja käytti. Ainoastaan XVIII-XIX vuosisadan vaihteessa kemian ja muiden luonnontieteiden kehityksen ansiosta räjähteiden kehittäminen saavutti uusia korkeuksia.
18. vuosisadan lopussa ranskalaisten kemistien Lavoisierin ja Bertholletin ansiosta ilmestyi niin kutsuttu kloraattijauhe. Samaan aikaan keksittiin "räjähtävä hopea" sekä pikriinihappo, jota jatkossa käytettiin tykistön kuorien varustamiseen.
Vuonna 1799 englantilainen kemisti Howard löysi "hurjaavan elohopean", jota käytetään edelleen alukkeissa aloittavana räjähteenä. 1800-luvun alussa saatiin pyroxyliinia - räjähteitä, joita ei voitu käyttää ainoastaan kuorien varustamiseen, vaan myös siitä, että siitä tuli savuton jauhe.
Vuonna 1847 syntetisoitiin ensin nitroglyseriini, mutta tämä räjähdysaine osoittautui liian epävakaaksi ja vaaralliseksi tuotannossa ja varastoinnissa. Hieman myöhemmin tämä ongelma ratkaistiin osittain kuuluisalla Alfred Nobelillä, joka ehdotti nitroplysiinin sekoittamista saviin. Joten osoittautui dynamiitti. Tämä on voimakas räjähdysaine, mutta se on erittäin herkkä. Ensimmäisen maailmansodan aikana dynamiitti yritti varustaa ammukset, mutta tämä ajatus hylättiin nopeasti. Dynamiteä käytettiin kaivostoiminnassa pitkään, mutta nykyään tätä räjähdysainetta ei ole tuotettu pitkään aikaan.
Vuonna 1863 saksalaiset tutkijat löysivät TNT: n, ja vuonna 1891 tämän räjähtävän teollinen tuotanto alkoi Saksassa. Vuonna 1897 saksalainen kemisti Lentse syntetisoi heksogeeniä, joka oli yksi voimakkaimmista ja yleisimmistä räjähteistä.
Uusien räjähteiden ja räjähteiden kehittäminen jatkui koko viime vuosisadan ajan, ja tutkimusta tällä alalla jatketaan tänään.
Vuonna 1942 amerikkalainen kemisti Bachmann sai uuden räjähtävän, joka oli samanlainen kuin heksogeeni, mutta paljon voimakkaampi kuin hän. Uusi räjähdysaine sai nimen octogen, sen tehokkuudessa yksi kilogramma tätä räjähdysainetta on neljä kiloa TNT: tä.
60-luvulla amerikkalainen yritys EXCOA tarjosi Pentagonille uuden hydratsiinipohjaisen räjähdysaineen, joka väitettiin olevan 20 kertaa tehokkaampi kuin TNT. Tämä räjähdysaineella oli kuitenkin yksi huomattava miinus - hylätyn aseman wc: n ehdottoman ikävä haju. Tarkastus osoitti, että uuden aineen teho ylittää TNT: n vain 2-3 kertaa ja päätti olla käyttämättä sitä. Tämän jälkeen EXCOA ehdotti toista tapaa käyttää räjähdysainetta: tee kaivoja sen mukana.
Aine trickled alas maahan ja sitten räjähti. Näin ollen muutamassa sekunnissa oli mahdollista saada täyden profiilin kaivanto ilman lisäponnistuksia. Vietnamiin lähetettiin useita joukko räjähteitä testattavaksi taisteluolosuhteissa. Tämän tarinan loppu oli hauska: räjähdyksen aiheuttamat kaivokset olivat niin inhottavaa hajua, että sotilaat kieltäytyivät olemasta heissä.
80-luvun lopulla amerikkalaiset kehittivät uuden räjähdysaineen - CL-20. Joidenkin tiedotusvälineiden mukaan sen teho on lähes kaksikymmentä kertaa korkeampi kuin TNT. Korkean hinnan (1300 dollaria per 1 kg) vuoksi uusien räjähteiden laajamittainen tuotanto ei kuitenkaan koskaan alkanut.
