Взрыв
Шрифт:
Однако применение в качестве окислителя калиевой селитры невыгодно; «свободного» кислорода в ней содержится только 40 процентов, и, кроме того, на разложение калиевой селитры требуется значительное количество энергии — 324 большие калории на килограмм, По этой причине теплота взрыва чёрного пороха сравнительно небольшая — около 700 больших калорий на килограмм, в то время как при взрыве смеси угля с жидким кислородом выделяется 2200 больших калорий.
Помимо этого, чёрный порох при взрыве только наполовину превращается в газы, остальные продукты взрыва являются твёрдыми веществами.
По этим причинам взрывное действие чёрного пороха мало, и в настоящее время он почти полностью вытеснен во взрывных работах взрывчатыми смесями, главной составной частью которых является аммиачная селитра (NH4NO3).
Если механические смеси состоят из твёрдых окислителя и горючего, то их необходимо сильно измельчать и тщательно смешивать. Химическая реакция вначале протекает только на поверхности частиц, и чем больше эта поверхность, тем быстрее идёт реакция, а только при большой скорости реакция, как мы видели, имеет характер взрыва.
Широко применяется при получении взрывчатых веществ другой способ сочетания горючих элементов й кислорода, обеспечивающий идеальную равномерность состава. Этот способ заключается в получении таких химических соединений, в молекулу которых входят и горючие элементы (углерод и водород) и кислород. Сгорание таких взрывчатых веществ происходит за счёт собственных внутренних запасов кислорода, входящего в молекулы соединения.
Например, клетчатка (C6H10O5), являющаяся главной составной частью древесины, содержит много углерода и водорода, а азотная кислота (HNO3) — много кислорода. При химическом взаимодействии клетчатки и азотной кислоты в определенных условиях и образуется нитроклетчатка, о которой мы говорили выше, Это химическое соединение содержит в своей молекуле как углерод и водород, так и кислород. При этом кислород в большей своей части связан с углеродом не непосредственно, а через атом азота [7] ). Такое соединение относительно непрочно и при сильном воздействии, например при ударе, слабая связь между кислородом и азотом разрывается, и кислород соединяется с углеродом и водородом с образованием углекислоты и воды и большим выделением тепла. Происходит взрыв.
7
Зависимость способности к взрыву от строения химического соединения хорошо видна на следующем примере. Известны два соединения одинакового состава: изоциановая кислота и гремучая кислота. Молекулы каждой из этих кислот содержат по одному атому водорода, углерода, кислорода и азота. Соли этих кислот также одинаковы по составу; например, в соли серебра атом водорода заменен на атом серебра. В то же время свойства этих солей существенно различны. Соль гремучей кислоты — сильно взрывчатое вещество, а соль изоцнавовой кислоты не взрывается. Объясняется это тем, что а изоциановой кислоте углерод соединён с кислородом, то есть он частично уже «сгорел» при образовании молекулы кислоты. В гремучей же кислоте углерод соединён с азотом; при перегруппировке атомов под соответствующим воздействием он может соединяться с кислородом, что сопровождается выделением значительного количества тепла и даёт поэтому взрыв.
Химические соединения, содержащие в своих молекулах атомы горючих элементов и кислорода, разъединённые азотом, могут быть получены не только из клетчатки. Обрабатывая глицерин азотной кислотой, получают маслянистую, не растворимую в воде жидкость — нитроглицерин, главную составную часть динамитов.
Сильнейший динамит — гремучий студень — готовится из 93 частей нитроглицерина и 7 частей определённого вида нитроклетчатки, растворяющейся в нём с образованием полупрозрачной упругой и вязкой желатины, напоминающей, как показывает само название, студень.
Более распространены желатин–динамиты, которые содержат, кроме нитроглицерина и нитроклетчатки, также селитру и древесную муку.
Динамиты имеют большую энергию взрыва и принадлежат к числу самых сильных взрывчатых веществ. До Великой Октябрьской социалистической революции они были основным
Иначе обстоит дело в капиталистических странах. Стремление хозяев шахт и владельцев заводов взрывчатых веществ к получению максимальных прибылей, отсутствие заботы о безопасности рабочих тормозят прогресс и в области взрывного дела. До сих пор в горном деле там широко применяются динамиты. Из–за этого ежегодно гибнут и получают тяжёлые увечья тысячи горняков.
В Советском Союзе учёными разработаны новые типы взрывчатых веществ, которые не уступают по эффективности динамитам, но намного безопаснее их.
Из чего же получаются эти взрывчатые вещества?
При сухой перегонке каменного угля, а также при переработке нефти получаются разнообразные углеводороды — соединения, состоящие из углерода и водорода в различных соотношениях. Например, при сухой перегонке угля из одной его тонны получается около 5 килограммов бензола, 0,05 килограмма фенола и до 1,5 килограмма толуола. Путём взаимодействия с азотной кислотой могут быть получены нитросоединения, углеводородов, содержащие кислород, соединённый с углеродом через азот.
Наиболее широко применяется нитросоединение одного из углеводородов — толуола — тринитротолуол, или тротил. Он представляет собой светложёлтый порошок, плавящийся при 80 градусах в прозрачную густую жёлтую жидкость, которая при охлаждении превращается в твёрдую массу, напоминающую застывшую серу.
Тротил является основным взрывчатым веществом для военных целей. Часто его применяют не в чистом виде, а в виде смесей с аммиачной селитрой. Такие смеси являются основным типом взрывчатых веществ для горной промышленности.
Аммиачная селитра — белый кристаллический порошок, легко поглощающий влагу из воздуха, — получается при соединении азотной кислоты и аммиака и широко применяется в качестве основного азотистого удобрения. Аммиак готовится из азота и водорода [8] ) и является промежуточным продуктом при производстве азотной кислоты, получаемой окислением аммиака кислородом воздуха.
Таким образом, исходными продуктами для получения азотной кислоты являются вода и воздух, имеющиеся в неограниченных количествах, и размеры её производства ограничиваются только мощностью заводов. Давно уже стало известно, что аммиачная селитра даже сама по себе способна к взрыву. Это и неудивительно. Ведь в аммиачной селитре содержится и водород аммиака и кислород азотной кислоты; при их соединении выделяется достаточно тепла и газов, чтобы реакция могла идти со взрывом. Однако сила этого взрыва невелика, так как в аммиачной селитре кислорода содержится значительно больше, чем его нужно для окисления водорода, и часть кислорода при взрыве остаётся неиспользованной. Если к аммиачной селитре добавить в тонко измельчённом виде какое–либо вещество, содержащее много горючих элементов, например торфяную муку, муку сосновой коры, муку хлопкового жмыха и т. п., то углерод и водород добавленного вещества будут окисляться избыточным кислородом аммиачной селитры — произойдёт дополнительное выделение тепла и увеличится сила взрыва. Такие взрывчатые вещества — динаммоны — имеют значительное применение в народном хозяйстве, особенно тогда, когда нужно экономить тротил.
8
Водород получают из воды электролизом или другими способами.
За разработку взрывчатых веществ этого типа группа инженеров — В. Н. Красельщик, Н. Е. Яременко и др. — была удостоена Сталинской премии.
Недостатком смесей аммиачной селитры с невзрывчатыми горючими вроде торфа является их малая чувствительность к возбуждению взрыва. По этой причине более целесообразно применять в качестве добавки к селитре такие вещества, которые не только содержат много горючих элементов, но и сами являются взрывчатыми–Таков, например, тот же тротил, в котором кислорода меньше, чем нужно для окисления углерода и водорода.