Într-adevăr, diavolul stă în explozivi, gata în orice secundă să înceapă să distrugă și să spargă totul în jur. Ținerea sub control a acestei creaturi a iadului și eliberarea ei numai atunci când este necesar este principala problemă pe care chimiștii și pirotehniștii trebuie să o rezolve atunci când creează și folosesc explozivi. În istoria creării și dezvoltării explozivilor (explozivi), ca într-o picătură de apă, este afișată istoria apariției, dezvoltării și distrugerii statelor și imperiilor.
Pregătind schița lecțiilor, autorul a observat în repetate rânduri că țările ai căror conducători au acordat o atenție vigilentă dezvoltării științelor și, mai ales, trinității naturale a matematicienilor - fizică - chimie - au atins culmi în dezvoltarea lor. Un exemplu izbitor poate fi ascensiunea rapidă pe scena mondială a Germaniei, care în jumătate de secol a făcut un salt dintr-o uniune de state disparate, dintre care unele chiar și pe o hartă detaliată a Europei erau greu de văzut fără o „mică întindere”, la un imperiu care trebuia luat în calcul timp de un secol și jumătate. Fără a diminua meritele marelui Bismarck în acest proces, voi cita fraza sa, pe care a spus-o după sfârșitul victorios al războiului franco-prusac: „Acest război a fost câștigat de un simplu profesor de germană”. Autorul ar dori să își dedice recenzia aspectului chimic al creșterii capacității de luptă a armatei și a statului, ca întotdeauna, fără a pretinde deloc că este exclusiv din opinia sa.
La publicarea articolului, autorul, la fel ca Jules Verne, evită în mod deliberat să precizeze detalii tehnologice specifice și își concentrează atenția asupra metodelor pur industriale de obținere a explozivilor. Acest lucru se datorează nu numai simțului destul de ușor de înțeles al responsabilității omului de știință pentru rezultatele lucrărilor sale (fie că este practic sau jurnalistic), ci și faptului că subiectul studiului este întrebarea „De ce a fost totul așa și nu altfel?”Și nu„ Cine a fost primul care a obținut-o? substanță”.
În plus, autorul cere iertării cititorilor pentru utilizarea forțată a termenilor chimici - atribute ale științei (așa cum arată propria experiență pedagogică, nu cea mai iubită de școlari). Realizând că este imposibil să scrii despre substanțe chimice fără a menționa termeni chimici, autorul va încerca să reducă la minimum vocabularul special.
Și ultimul lucru. Cifrele date de autor nu ar trebui în niciun caz să fie considerate adevărul suprem. Datele privind caracteristicile explozivilor din diferite surse diferă și uneori destul de puternic. Acest lucru este de înțeles: caracteristicile muniției depind foarte semnificativ de tipul lor „comercializabil”, de prezența / absența substanțelor străine, de introducerea stabilizatorilor, de modurile de sinteză și de mulți alți factori. Metodele de determinare a caracteristicilor explozivilor nu se disting, de asemenea, prin uniformitate (deși aici va exista mai multă standardizare) și, de asemenea, nu suferă o reproductibilitate specială.
Clasificarea BB
În funcție de tipul de explozie și sensibilitatea la influențele externe, toți explozivii sunt împărțiți în trei grupe principale:
1. Inițierea BB.
2. Sablarea explozivilor.
3. Aruncarea explozivilor.
Inițierea BB. Sunt extrem de sensibili la influențele externe. Restul caracteristicilor lor sunt de obicei scăzute. Dar au o proprietate valoroasă - explozia lor (detonarea) are un efect detonant asupra exploziei și propulsării explozivilor, care de obicei nu sunt deloc sensibili la alte tipuri de influențe externe sau au o sensibilitate foarte mică. Prin urmare, substanțele inițiative sunt utilizate numai pentru a excita explozia explozivului sau a propulsorilor. Pentru a asigura siguranța utilizării explozivilor inițiali, acestea sunt ambalate în dispozitive de protecție (capsulă, manșon capsulă, capac detonator, detonator electric, siguranță). Reprezentanți tipici ai explozivilor inițiali: fulminat de mercur, azidă de plumb, tenre (TNPC).
Explozia explozivă. De fapt, despre asta spun și scriu. Echipează scoici, mine, bombe, rachete, mine terestre; aruncă în aer poduri, mașini, oameni de afaceri …
Explozibilii explozivi sunt împărțiți în trei grupe în funcție de caracteristicile lor explozive:
- putere crescută (reprezentanți: RDX, HMX, PETN, Tetril);
- putere normală (reprezentanți: TNT, melinite, plastic);
- putere redusă (reprezentanți: azotat de amoniu și amestecurile sale).
Explozivii cu putere crescută sunt ceva mai sensibili la influențele externe și, prin urmare, sunt mai des folosiți într-un amestec cu flegmatizatori (substanțe care reduc sensibilitatea explozivilor) sau într-un amestec cu explozivi de putere normală pentru a crește puterea acestora din urmă. Uneori, explozibilii de mare putere sunt folosiți ca detonatori intermediari.
Aruncarea explozivilor. Acestea sunt diferite pulberi de foc - piroxilină neagră fumată, fără fum și nitroglicerină. Acestea includ, de asemenea, diverse amestecuri pirotehnice pentru focuri de artificii, semnalizări și benzi de iluminat, scoici de iluminat, mine și bombe aeriene.
Despre pudra neagră și Black Berthold
Timp de câteva secole, singurul tip de exploziv folosit de oameni a fost pulberea neagră. Cu ajutorul său, bile de tun au fost aruncate asupra inamicului, iar obuzele explozive au fost umplute cu el. Praful de pușcă a fost folosit în minele subterane pentru a distruge zidurile cetăților, pentru zdrobirea rocilor.
În Europa, a devenit cunoscută din secolul al XIII-lea și chiar mai devreme în China, India și Bizanț. Prima descriere înregistrată a prafului de pușcă pentru artificii a fost descrisă de omul de știință chinez Sun-Simyao în 682. Maximilian Grecul (secolele XIII-XIV) în tratatul „Cartea Luminilor” a descris un amestec pe bază de azotat de potasiu, folosit în Bizanț ca celebrul „foc grecesc” și format din 60% azotați, 20% sulf și 20% cărbune.
Istoria europeană a descoperirii prafului de pușcă începe cu un englez, călugărul franciscan Roger Bacon, care în 1242 în cartea sa „Liber de Nullitate Magiae” dă o rețetă de pulbere neagră pentru rachete și focuri de artificii (40% săpere, 30% cărbune și 30 % sulf) și călugărul semi-mitic Berthold Schwartz (1351). Cu toate acestea, este posibil ca aceasta să fi fost o singură persoană: utilizarea pseudonimelor în Evul Mediu a fost destul de obișnuită, la fel ca și confuzia ulterioară cu datarea surselor.
Simplitatea compoziției, disponibilitatea a două dintre cele trei componente (sulful nativ nu este încă neobișnuit în regiunile sudice ale Italiei și Siciliei), ușurința pregătirii - toate acestea au garantat prafului pușcă un marș triumfal prin țările din Europa și Asia. Singura problemă a fost obținerea unor cantități mari de azotat de potasiu, dar această sarcină a fost rezolvată cu succes. Întrucât singurul zăcământ de azotat de potasiu cunoscut în acel moment se afla în India (de aici și al doilea nume - indian), producția locală a fost stabilită în aproape toate țările. Era imposibil să-l numim plăcut, chiar și cu o aprovizionare solidă de optimism: materiile prime pentru el erau gunoi de grajd, măruntaiele animalelor, urina și părul animalelor. Cele mai puține ingrediente neplăcute din acest amestec urât mirositor și puternic murdar au fost varul și potasa. Toată această bogăție timp de câteva luni a fost aruncată în gropi, unde a fermentat sub influența azotobacteriilor. Amoniacul eliberat a fost oxidat în nitrați, ceea ce a dat în cele din urmă nitratul râvnit, care a fost izolat și purificat prin recristalizare - o ocupație, de asemenea, voi spune, nu cea mai plăcută. După cum puteți vedea, nu este nimic deosebit de complicat în acest proces, materiile prime sunt destul de accesibile și disponibilitatea prafului de pușcă a devenit în curând universală.
Praful de pușcă negru (sau afumat) era un exploziv universal la acea vreme. Nici clătinat, nici rulat, timp de mulți ani a fost folosit atât ca proiectil, cât și ca umplutură pentru primele bombe - prototipurile muniției moderne. Până la sfârșitul primei treimi a secolului al XIX-lea, praful de pușcă a îndeplinit pe deplin nevoile de progres. Dar știința și industria nu au stat pe loc și, în curând, a încetat să îndeplinească cerințele vremii datorită capacității sale reduse. Sfârșitul monopolului prafului de pușcă poate fi atribuit anilor 70 ai secolului al XVII-lea, când A. Lavoisier și C. Berthollet au organizat producția de sare berthollet pe bază de clorat de potasiu descoperită de Berthollet (sare berthollet).
Istoria sării Berthollet poate fi urmărită în momentul în care Claude Berthollet a studiat proprietățile clorului descoperite recent de Carl Scheele. Prin trecerea clorului printr-o soluție fierbinte concentrată de hidroxid de potasiu, Berthollet a obținut o substanță nouă, numită ulterior de chimiști clorat de potasiu și nu de chimiști - sarea Berthollet. S-a întâmplat în 1786. Și, deși sarea diavolului nu a devenit niciodată un nou exploziv, acesta și-a îndeplinit rolul: în primul rând, a servit ca stimulent pentru a căuta noi înlocuitori pentru „zeul războiului” decrepit și, în al doilea rând, a devenit fondatorul noilor tipuri de explozivi - inițiatori.
Ulei exploziv
Și în 1846, chimiștii au propus doi noi explozivi - piroxilină și nitroglicerină. La Torino, chimistul italian Ascagno Sobrero a descoperit că este suficient să se trateze glicerina cu acid azotic (nitrație) pentru a forma un lichid transparent uleios - nitroglicerina. Primul raport tipărit despre el a fost publicat în revista L'Institut (XV, 53) la 15 februarie 1847 și merită câteva citate. Prima parte spune:
„Ascagno Sobrero, profesor de chimie tehnică din Torino, într-o scrisoare transmisă de prof. Univ. Peluzom, relatează că a primit de mult timp explozivi prin acțiunea acidului azotic asupra diferitelor substanțe organice, și anume zahăr din trestie, semnalizare, dextrit, zahăr din lapte, etc. și experiența i-a arătat că se obține o substanță, similară cu bumbacul zdrobitor …"
Mai mult, există o descriere a experimentului de nitrație, interesantă numai pentru chimiștii organici (și chiar și atunci doar din punct de vedere istoric), dar vom remarca doar o caracteristică: nitro-derivați ai celulozei, precum și capacitatea lor de a exploda, erau deja destul de cunoscute atunci [11].
Nitroglicerina este unul dintre cei mai puternici și sensibili explozivi și necesită o atenție și o atenție deosebită atunci când se manipulează.
1. Sensibilitate: poate exploda după ce a fost împușcat de un glonț. Sensibilitatea la impact cu un kettlebell de 10 kg a scăzut de la o înălțime de 25 cm - 100%. Arderea se transformă în detonare.
2. Energia transformării explozive - 5300 J / kg.
3. Viteza detonării: 6500 m / s.
4. Brisance: 15-18 mm.
5. Explozivitate: 360-400 metri cubi. vezi [6].
Posibilitatea utilizării nitroglicerinei a fost demonstrată de celebrul chimist rus N. N. Zinin, care în 1853-1855 în timpul războiului din Crimeea, împreună cu inginerul militar V. F. Petrushevsky, a produs o cantitate mare de nitroglicerină.
Profesor al Universității Kazan N. N. Zinin
Inginerul militar V. F. Petrushevsky
Dar diavolul care trăiește în nitroglicerină s-a dovedit a fi vicios și rebel. S-a dovedit că sensibilitatea acestei substanțe la influențele externe este doar puțin inferioară celei a mercurului exploziv. Poate exploda deja în momentul nitrării, nu poate fi scuturat, încălzit și răcit sau expus la soare. Poate exploda în timpul depozitării. Și dacă îl dai foc cu un chibrit, poate arde destul de calm …
Și totuși, nevoia de explozivi puternici până la mijlocul secolului al XIX-lea era deja atât de mare încât, în ciuda numeroaselor accidente, nitroglicerina a început să fie utilizată pe scară largă în operațiile de sablare.
Încercările de a pune capăt diavolului rău au fost întreprinse de mulți, dar gloria îmblânzitorului a revenit lui Alfred Nobel. Urcările și coborâșurile acestei căi, precum și soarta veniturilor obținute din vânzarea acestei substanțe, sunt cunoscute pe scară largă, iar autorul consideră că nu este necesar să intre în detaliile lor.
Fiind „strâns” în porii unui material de umplutură inert (și câteva zeci de substanțe au fost încercate ca atare, dintre care cel mai bun a fost pământul infuzoric - silicat poros, 90% din volum cade pe porii care pot absorbi cu lăcomie nitroglicerina), nitroglicerina a devenit mult mai „plăcută”, păstrându-și aproape toată puterea sa distructivă. După cum știți, Nobel a dat acestui amestec, care arată ca turbă, denumirea de „dinamită” (din cuvântul grecesc „dinos” - tărie). Ironia sorții: la un an după ce Nobel a primit un brevet pentru producerea dinamitei, Petrushevsky amestecă complet independent nitroglicerina cu magnezia și primește explozivi, numiți mai târziu „dinamita rusă”.
Nitroglicerina (mai precis, glicerina trinitrat) este un ester complet al glicerinei și al acidului azotic. Se obține de obicei prin tratarea glicerinei cu un amestec de acid sulfuric-azotic (în limbaj chimic - reacția de esterificare):
Explozia de nitroglicerină este însoțită de eliberarea unei cantități mari de produse gazoase:
4 C3H5 (NO2) 3 = 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Esterificarea se desfășoară secvențial în trei etape: în prima se obține mononitrat de glicerol, în a doua - dinitrat de glicerol și în a treia - trinitrat de glicerol. Pentru un randament mai complet de nitroglicerină, un exces de 20% de acid azotic este luat mai mult decât cantitatea teoretic necesară.
Nitrarea a fost efectuată în vase de porțelan sau vase de plumb brazate într-o baie de apă cu gheață. Aproximativ 700 g de nitroglicerină au fost obținute într-o singură perioadă și, în decurs de o oră, astfel de operații au fost efectuate în 3-4.
Dar nevoile în creștere și-au făcut propriile ajustări la tehnologia de producere a nitroglicerinei. De-a lungul timpului (în 1882), a fost dezvoltată o tehnologie pentru producerea de explozivi în nitrați. În acest caz, procesul a fost împărțit în două etape: în prima etapă, glicerina a fost amestecată cu jumătate din cantitatea de acid sulfuric și, astfel, a fost utilizată cea mai mare parte a căldurii eliberate, după care a fost preparat un amestec gata de acizi nitric și sulfuric. a fost introdus în același vas. Astfel, a fost posibil să se evite principala dificultate: supraîncălzirea excesivă a amestecului de reacție. Agitarea se efectuează cu aer comprimat la o presiune de 4 atm. Productivitatea procesului este de 100 kg de glicerină în 20 de minute la 10 - 12 grade.
Datorită greutății specifice a nitroglicerinei (1, 6) și a acidului rezidual (1, 7), aceasta se colectează de sus cu o interfață ascuțită. După nitrare, nitroglicerina se spală cu apă, apoi se spală cu reziduuri acide cu sodă și se spală din nou cu apă. Amestecarea în toate etapele procesului se realizează cu aer comprimat. Uscarea se realizează prin filtrare printr-un strat de sare de masă calcinată [9].
După cum puteți vedea, reacția este destul de simplă (amintiți-vă valul de terorism de la sfârșitul secolului al XIX-lea, ridicat de „bombardieri” care stăpâneau știința simplă a chimiei aplicate) și aparține numărului de „procese chimice simple” (A. Stetbacher). Aproape orice cantitate de nitroglicerină poate fi făcută în cele mai simple condiții (obținerea pulberii negre nu este mult mai ușoară).
Consumul de reactivi este după cum urmează: pentru a obține 150 ml de nitroglicerină, trebuie să luați: 116 ml de glicerină; 1126 ml acid sulfuric concentrat;
649 ml de acid azotic (concentrație de cel puțin 62%).
Dinamită în război
Dinamita a fost folosită pentru prima dată în războiul franco-prusian din 1870-1871: sapatorii prusaci au aruncat în aer fortificațiile franceze cu dinamită. Dar siguranța dinamitei sa dovedit a fi relativă. Militarii au aflat imediat că, atunci când este împușcat de un glonț, acesta nu explodează mai rău decât progenitorul său, iar arderea în anumite cazuri se transformă într-o explozie.
Dar tentația de a obține muniție puternică a fost irezistibilă. Prin experimente destul de periculoase și complexe, a fost posibil să aflăm că dinamita nu va detona dacă încărcăturile cresc nu instantaneu, ci treptat, menținând accelerarea proiectilului în limite sigure.
Soluția la nivel tehnic a fost văzută în utilizarea aerului comprimat. În iunie 1886, locotenentul Edmund Ludwig G. Zelinsky de la Regimentul 5 Artilerie al Armatei Statelor Unite a testat și a rafinat designul original de inginerie american. Un tun pneumatic cu un calibru de 380 mm și o lungime de 15 m cu ajutorul aerului comprimat la 140 atm ar putea arunca proiectile cu o lungime de 3,35 m de la 227 kg de dinamită la 1800 mA lungime de proiectil de 1,83 m cu 51 kg de dinamita și toate cele 5 mii m
Forța motrice a fost asigurată de doi cilindri de aer comprimat, iar cel superior a fost conectat la instrument printr-un furtun flexibil. Al doilea cilindru era o rezervă pentru alimentarea celui superior, iar presiunea din el în sine era menținută cu ajutorul unei pompe de abur îngropate în pământ. Proiectilul încărcat cu dinamită avea forma unei săgeți - o săgeată de artilerie - și avea un focos de 50 de kilograme.
Ducele de Cambridge a ordonat armatei să testeze un astfel de sistem în Milford Haven, dar arma a consumat aproape toate munițiile înainte de a lovi în final ținta, care a fost însă distrusă foarte eficient. Amiralii americani au fost încântați de noul tun: în 1888, s-au eliberat bani pentru fabricarea a 250 de tunuri de dinamită pentru artileria de coastă.
În 1885 Zelinsky a fondat Pneumatic Gun Company pentru a introduce arme pneumatice cu cochilii de dinamită în armată și în marină. Experimentele sale au condus la a vorbi despre armele cu aer ca o nouă armă promițătoare. Marina SUA a construit chiar și croaziera cu dinamită Vezuviu de 944 tone în 1888, înarmată cu trei dintre aceste tunuri de 381 mm.
Diagrama crucișătorului "dinamita" "Vezuviu"
[centru]
Și așa arătau armele sale staționare[/centru]
Dar un lucru ciudat: după câțiva ani, entuziasmul a dat loc dezamăgirii. „În timpul războiului spano-american”, au spus artileriștii americani despre acest lucru, „aceste arme nu au lovit niciodată locul potrivit”. Și, deși nu a fost vorba atât despre arme, cât despre capacitatea artilerienilor de a trage cu precizie și fixarea rigidă a armelor, acest sistem nu a mai fost dezvoltat.
În 1885, Olanda a instalat tunul aerian al lui Zelinsky pe submarinul său nr. 4. Cu toate acestea, problema nu a ajuns la testele sale practice, tk. barca a suferit un accident grav în timpul lansării.
În 1897, Olanda și-a înarmat submarinul nr. 8 cu un nou tun Zelinsky. Armamentul consta dintr-un tub de torpilă cu arc de 18 inci (457 mm) cu trei torpile Whitehead, precum și un pistol cu aer din spate Zelinsky pentru cochilii de dinamită (7 runde de 222 lbs. 100,7 kg) fiecare). Cu toate acestea, datorită țevii prea scurte, limitată de dimensiunea bărcii, această armă avea o rază de tragere scurtă. După fotografiere practică, inventatorul a demontat-o în 1899.
În viitor, nici Olanda și nici alți designeri nu au instalat arme (aparate) pentru a trage minele de aruncare și obuzele de dinamită pe submarinele lor. Deci, armele lui Zelinsky au părăsit imperceptibil, dar au părăsit rapid scena [12].
Frate de nitroglicerină
Din punct de vedere chimic, glicerina este cel mai simplu reprezentant al clasei de alcooli trihidrici. Există analogul său diatomic - etilen glicol. Este de mirare că după ce s-au familiarizat cu nitroglicerina, chimiștii și-au îndreptat atenția asupra etilenglicolului, în speranța că ar fi mai convenabil de utilizat.
Dar și aici, diavolul explozivilor și-a arătat caracterul capricios. Caracteristicile dinitroetilen glicolului (acest exploziv nu și-a primit niciodată propriul nume) s-au dovedit a nu fi mult diferite de nitroglicerină:
1. Sensibilitate: detonare atunci când o sarcină de 2 kg cade de la o înălțime de 20 cm; sensibil la frecare, la foc.
2. Energia transformării explozive - 6900 J / kg.
3. Viteza detonării: 7200 m / s.
4. Brisance: 16,8 mm.
5. Explozivitate ridicată: 620-650 metri cubi. cm.
A fost obținut pentru prima dată de Henry în 1870. Se obține prin nitrarea atentă a etilenglicolului în conformitate cu o procedură similară cu prepararea nitroglicerinei (amestec nitrat: H2SO4 - 50%, HNO3 - 50%; raport - 1 până la 5 în raport cu etilen glicol).
Procesul de nitrare poate fi realizat la o temperatură mai scăzută, ceea ce reprezintă o predispoziție la un randament mai mare [7, 8].
În ciuda faptului că, în general, sensibilitatea DNEG sa dovedit a fi oarecum mai mică decât cea a NG, utilizarea sa nu promitea beneficii semnificative. Dacă adăugăm la aceasta o volatilitate mai mare decât cea a GN și o disponibilitate mai mică de materii prime, atunci devine clar că această cale nu a dus nicăieri.
Totuși, nici el nu s-a dovedit a fi complet inutil. La început, a fost folosit ca aditiv la dinamită, în timpul celui de-al doilea război mondial, din cauza lipsei de glicerină, a fost folosit ca înlocuitor al nitroglicerinei în pulberile fără fum. Astfel de pulberi au avut o durată scurtă de valabilitate datorită volatilității DNEG, dar în condiții de război acest lucru nu a contat prea mult: nimeni nu avea de gând să le stocheze mult timp.
Șorț Christian Schönbein
Nu se știe cât timp ar fi petrecut armata căutând modalități de a calma nitroglicerina, dacă până la sfârșitul secolului al XIX-lea nu ar fi sosit tehnologia industrială pentru producerea unui alt nitroester. Pe scurt, istoria apariției sale este următoarea [16].
În 1832, chimistul francez Henri Braconneau a descoperit că atunci când amidonul și fibrele de lemn au fost tratate cu acid azotic, s-a format un material instabil, inflamabil și exploziv, pe care l-a numit xiloidină. Adevărat, problema s-a limitat la mesajul despre această descoperire. Șase ani mai târziu, în 1838, un alt chimist francez, Théophile-Jules Pelouse, a prelucrat hârtie și carton în mod similar și a produs un material similar, pe care l-a numit nitramidină. Cine s-ar fi gândit atunci, dar motivul imposibilității utilizării nitramidinei în scopuri tehnice a fost tocmai stabilitatea redusă.
În 1845, chimistul elvețian Christian Friedrich Schönbein (care devenise faimos în acel moment pentru descoperirea ozonului) făcea experimente în laboratorul său. Soția lui i-a interzis cu strictețe să-și aducă baloanele la bucătărie, așa că s-a grăbit să termine experimentul în absența ei - și a vărsat un amestec caustic pe masă. Într-un efort de a evita un scandal, el, în cele mai bune tradiții ale acurateței elvețiene, l-a șters cu șorțul său de lucru, deoarece nu era prea mult amestec. Apoi, tot în tradiția frugalității elvețiene, a spălat șorțul cu apă și l-a agățat peste aragaz pentru a se usca. Cât de lung sau de scurt a atârnat acolo, istoria este tăcută, dar după ce a uscat șorțul a dispărut brusc, este cunoscut cu siguranță. Mai mult decât atât, el a dispărut nu în liniște, în engleză, ci cu voce tare, s-ar putea spune chiar încântător: într-un fulger și o palpită puternică a unei explozii. Dar iată ce i-a atras atenția lui Schönbein: explozia a avut loc fără cea mai mică ploaie de fum!
Și, deși Schönbein nu a fost primul care a descoperit nitroceluloză, el a fost destinat să tragă o concluzie despre importanța descoperirii. La acea vreme, pulberea neagră se folosea în artilerie, funinginea din care murdăreau armele, care trebuiau curățate în intervalele dintre împușcături și, după primele salvări, se ridica o astfel de perdea de fum, încât trebuiau să lupte aproape orbește. Inutil să spun că pufurile de fum negru indicau perfect locația bateriilor. Singurul lucru care a luminat viața a fost realizarea faptului că inamicul se afla în aceeași poziție. Prin urmare, armata a reacționat cu entuziasm la exploziv, care dă mult mai puțin fum și, în plus, este și mai puternic decât pulberea neagră.
Nitroceluloză, lipsită de neajunsurile pulberii negre, a făcut posibilă stabilirea producției de pulbere fără fum. Și, în tradițiile de atunci, au decis să-l folosească atât ca propulsor, cât și ca exploziv. În 1885, după numeroase lucrări experimentale, inginerul francez Paul Viel a primit și a testat mai multe kilograme de pulbere fulgi de piroxilină, numită praf de pușcă „B” - prima pulbere fără fum. Testele au dovedit beneficiile noului propulsor.
Cu toate acestea, nu a fost ușor să se stabilească producția de cantități mari de nitroceluloză pentru nevoile militare. Nitroceluloză era prea nerăbdătoare pentru a aștepta bătăliile și fabricile, de regulă, zburau în aer cu o regularitate de invidiat, ca și când ar concura cu producția de nitroglicerină. Dezvoltarea tehnologiei pentru producția industrială de piroxilină a trebuit să depășească obstacolele ca niciun alt exploziv. A durat un sfert întreg de secol pentru a efectua o serie de lucrări ale cercetătorilor din diferite țări până când acest exploziv fibros original a devenit adecvat pentru utilizare și până când s-au găsit numeroase mijloace și metode care au garantat cumva împotriva unei explozii în timpul depozitării prelungite a produsului. Expresia „în orice mod” nu este un dispozitiv literar, ci o reflectare a dificultății pe care chimiștii și tehnologii au întâmpinat-o în definirea criteriilor de stabilitate. Nu a existat o judecată fermă asupra abordărilor pentru determinarea criteriilor de stabilitate și, odată cu extinderea în continuare a domeniului de utilizare al acestui exploziv, exploziile constante au dezvăluit caracteristici din ce în ce mai misterioase în comportamentul acestui eter complex complex. Abia în 1891 James Dewar și Frederick Abel au reușit să găsească o tehnologie sigură.
Producția de piroxilină necesită un număr mare de dispozitive auxiliare și un proces tehnologic îndelungat, în care toate operațiunile trebuie efectuate în mod egal cu atenție și minuțiozitate.
Produsul inițial pentru producerea piroxilinei este celuloza, cel mai bun reprezentant al acesteia fiind bumbacul. Celuloza pură naturală este un polimer format din reziduuri de glucoză, care este o rudă apropiată a amidonului: (C6H10O5) n. În plus, deșeurile de la fabricile de hârtie pot furniza materii prime excelente.
Nitrarea fibrelor a fost stăpânită la scară industrială în anii '60 ai secolului al XIX-lea și a fost efectuată în vase ceramice cu filare ulterioară în centrifuge. Cu toate acestea, până la sfârșitul secolului, această metodă primitivă a fost înlocuită de tehnologia americană, deși în timpul primului război mondial a fost reînviată datorită costului redus și simplității sale (mai precis, primitivismului).
Bumbacul rafinat este încărcat într-un nitrator, se adaugă un amestec de nitrare (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, apă - 7%) pe baza a 15 kg de fibre 900 kg de amestec, ceea ce dă un randament de 25 kg de piroxilină.
Nitratorii sunt conectați în baterii, formate din patru reactoare și o centrifugă. Nitrații sunt încărcați cu un interval de timp (aproximativ 40 de minute) egal cu timpul de extracție, care asigură continuitatea procesului.
Piroxilina este un amestec de produse cu grade diferite de nitrare a celulozei. Piroxilina, obținută prin utilizarea acidului fosforic în locul acidului sulfuric, este foarte stabilă, dar această tehnologie nu a luat rădăcini datorită costului său mai mare și a productivității mai mici.
Piroxilina presată are proprietatea de autoaprindere și trebuie umezită. Apa utilizată pentru spălarea și stabilizarea piroxilinei nu trebuie să conțină agenți alcalini, deoarece produsele distrugerii alcaline sunt catalizatori de autoaprindere. Uscarea finală până la conținutul de umiditate necesar se realizează prin spălarea cu alcool absolut.
Dar nitroceluloză umedă nu este, de asemenea, lipsită de probleme: este susceptibilă de contaminare de către microorganisme care cauzează mucegai. Protejați-l ceruind suprafața. Produsul finit avea următoarele caracteristici:
1. Sensibilitatea piroxilinei este foarte dependentă de umiditate. Uscat (3 - 5% umiditate) se aprinde ușor de la o flacără deschisă sau atingerea unui metal fierbinte, foraj, frecare. Acesta explodează atunci când o sarcină de 2 kg cade de la o înălțime de 10 cm. Când umiditatea crește, sensibilitatea scade și la 50% apă, capacitatea de detonare dispare.
2. Energia transformării explozive - 4200 MJ / kg.
3. Viteza detonării: 6300 m / s.
4. Brisance: 18 mm.
5. Explozivitate ridicată: 240 metri cubi. cm.
Și totuși, în ciuda neajunsurilor, piroxilina mai stabilă din punct de vedere chimic se potrivește militarilor mai mult decât nitroglicerina și dinamita, sensibilitatea acesteia putând fi ajustată prin modificarea conținutului său de umiditate. Prin urmare, piroxilina presată a început să găsească o utilizare largă pentru echiparea focoaselor de mine și scoici, dar, în timp, acest produs de neegalat a dat loc derivaților nitrați ai hidrocarburilor aromatice. Nitroceluloză a rămas ca exploziv propulsor, dar ca exploziv exploziv, s-a retras pentru totdeauna în trecut [9].
Gelatină volatilă și praf de pușcă nitroglicerină
„Pulberea neagră … reprezintă toate îmbunătățirile ulterioare - prin studiul științific al fenomenelor invizibile care apar în timpul arderii sale. Praful de pușcă fără fum este o nouă legătură între puterea țărilor și dezvoltarea științifică a acestora. Din acest motiv, fiind unul dintre războinicii științei rusești, în forța și anii mei în declin nu îndrăznesc să analizez sarcinile prafului de pușcă fără fum …"
Cititorul, chiar puțin familiarizat cu istoria chimiei, probabil că a ghicit deja ale cui sunt cuvintele acestea - genialul chimist rus D. I. Mendeleev.
Mendeleev a dedicat mult efort și atenție porochiliei ca domeniu al cunoștințelor chimice în ultimii ani ai vieții sale - în 1890-1897. Dar, ca întotdeauna, faza activă de dezvoltare a fost precedată de o perioadă de reflecție, acumulare și sistematizare a cunoștințelor.
Totul a început cu faptul că în 1875 neobositul Alfred Nobel a făcut o altă descoperire: o soluție solidă plastică și elastică de nitroceluloză în nitroglicerină. Combina cu succes forma solidă, densitate mare, ușurință în turnare, energie concentrată și insensibilitate la umiditate atmosferică ridicată. Jeleul, complet ars în dioxid de carbon, azot și apă, consta din 8% dinitroceluloză și 92% nitroglicerină.
Spre deosebire de techie Nobel, D. I. Mendeleev a pornit dintr-o abordare pur științifică. Pe baza cercetărilor sale, el a pus o idee complet definită și întemeiată strict din punct de vedere chimic: substanța necesară în timpul arderii ar trebui să emită maximum de produse gazoase pe unitate de greutate. Din punct de vedere chimic, aceasta înseamnă că ar trebui să existe suficient oxigen în acest compus pentru a transforma complet carbonul în oxid gazos, hidrogen în apă și capacitatea de oxidare de a furniza energie pentru întregul proces. Un calcul detaliat a condus la formula următoarei compoziții: C30H38 (NO2) 12O25. Când ardeți, ar trebui să obțineți următoarele:
C30H38 (NO2) 12O25 = 30 CO + 19 H2O + 6 N2
Nu este o sarcină ușoară să se efectueze o reacție de sinteză țintită a unei substanțe cu o astfel de compoziție, chiar și în prezent, prin urmare, în practică, a fost utilizat un amestec de 7-10% nitroceluloză și 90-93% nitroglicerină. Procentul conținutului de azot este de aproximativ 13, 7%, ceea ce depășește ușor această cifră pentru pirocolodia (12, 4%). Operația nu este deosebit de dificilă, nu necesită utilizarea unor echipamente complexe (se efectuează în fază lichidă) și se desfășoară în condiții normale.
În 1888, Nobel a primit un brevet pentru praful de pușcă fabricat din nitroglicerină și coloxilină (fibre cu conținut redus de nitrați), denumite praf de pușcă fără fum piroxilină. Această compoziție este practic neschimbată până acum sub diferite denumiri tehnice, dintre care cele mai faimoase sunt cordita și balistita. Principala diferență constă în raportul dintre nitroglicerină și piroxilină (în cordită este mai mare) [13].
Cum se raportează acești explozivi? Să ne uităm la masă:
Tabelul 1.
BB …… Sensibilitate… Energie… Viteză …… Brisance… Explozivitate ridicată
……… (kg / cm /% de explozii)….explozie….detonare
GN ……….2 / 4/100 ………… 5300 ……..6500 ………..15 - 18 ………. 360 - 400
DNEG …… 2/10/100 ………..6900 ……… 7200 ……….16, 8 …………… 620 - 650
NK ……… 25.02.2010 ………… 4200 ……… 6300 ………..18 ……………. 240
Caracteristicile tuturor explozivilor sunt destul de similare, dar diferența de proprietăți fizice a dictat nișe diferite ale aplicării lor.
După cum am văzut deja, nici nitroglicerina, nici piroxilina nu au mulțumit armata cu caracterul lor. Mi se pare că motivul stabilității scăzute a acestor substanțe se află la suprafață. Ambii compuși (sau numărul de trei și dinitroetilen glicol) sunt reprezentanți ai clasei de eteri. Și grupul ester nu este în niciun caz unul dintre liderii în rezistența chimică. Mai degrabă, ea poate fi găsită printre cei din afară. Grupul nitro, care conține azot într-o stare de oxidare destul de ciudată de +5, nu este, de asemenea, un model de stabilitate. Simbioza acestui agent oxidant puternic cu un agent reducător atât de bun precum grupul hidroxil al alcoolilor duce inevitabil la o serie de consecințe negative, dintre care cea mai neplăcută este capriciozitatea în aplicare.
De ce chimiștii și armata au petrecut atât de mult timp experimentând cu ei? După cum se pare, mulți și mulți au câștigat. Militarii - puterea ridicată și disponibilitatea materiilor prime, care au sporit eficacitatea în luptă a armatei și au făcut-o insensibilă la livrarea în timp de război. Tehnologi - condiții ușoare de sinteză (nu este nevoie să se utilizeze temperaturi ridicate și presiune ridicată) și comoditate tehnologică (în ciuda proceselor cu mai multe etape, toate reacțiile se desfășoară într-un singur volum de reacție și fără a fi necesară izolarea produselor intermediare).
Randamentele practice ale produselor au fost, de asemenea, destul de mari (Tabelul 2), ceea ce nu a determinat necesitatea urgentă de a căuta surse de cantități mari de acid azotic ieftin (problema cu acidul sulfuric a fost rezolvată mult mai devreme).
Masa 2.
BB …… Consumul de reactivi la 1 kg….. Număr de etape…. Număr de produse emise
……… Acid azotic.. Acid sulfuric
GN …….10 ……………..23 ……………..3 …………………… 1
DNEG….16, 5 …………..16, 5 …………… 2 …………………… 1
NK ……..8, 5 …………… 25 ……………..3 …………………… 1
Situația s-a schimbat dramatic când au apărut pe scenă noi încarnări ale diavolului explozivilor: trinitrofenol și trinitrotoluen.
(Va urma)
