Zaista, đavo sjedi u eksplozivu, spreman u svakoj sekundi da počne uništavati i lomiti sve oko sebe. Držanje ovog paklenog stvorenja pod kontrolom i oslobađanje samo kad je to potrebno glavni je problem koji kemičari i pirotehničari moraju riješiti prilikom stvaranja i upotrebe eksploziva. U istoriji stvaranja i razvoja eksploziva (eksploziva), kao u kapi vode, prikazana je istorija nastanka, razvoja i uništavanja država i carstava.
Pripremajući nacrt lekcija, autor je više puta primijetio da su zemlje čiji su vladari budnu pažnju posvećivali razvoju nauka, a prije svega prirodnom trojstvu matematičara - fizike - hemije - dostigle vrhunce u svom razvoju. Upečatljiv primjer može biti brzi uspon na svjetsku scenu Njemačke, koja je za pola stoljeća napravila iskorak iz unije različitih država, od kojih je neke čak i na detaljnoj karti Evrope bilo teško vidjeti bez "malog opsega", u carstvo sa kojim se moralo računati vek i po. Ne umanjujući zasluge velikog Bizmarka u ovom procesu, citiraću njegovu frazu, koju je rekao nakon pobjedničkog završetka francusko-pruskog rata: "Ovaj rat je dobio jednostavan učitelj njemačkog jezika." Autor bi svoj osvrt posvetio hemijskom aspektu povećanja borbenih sposobnosti vojske i države, kao i uvijek, a da pritom uopće ne tvrdi da isključuje njegovo mišljenje.
Prilikom objavljivanja članka, autor, poput Jules Verne, namjerno izbjegava navođenje specifičnih tehnoloških detalja i usmjerava svoju pažnju na čisto industrijske metode dobivanja eksploziva. To nije posljedica samo razumljivog osjećaja odgovornosti znanstvenika za rezultate njegovih radova (bili oni praktični ili novinarski), već i zbog činjenice da je predmet istraživanja pitanje „Zašto je sve bilo ovako i ne drugačije? "I ne" Ko je prvi dobio? supstancu ".
Osim toga, autor traži od čitalaca oproštaj zbog prisilne upotrebe hemijskih pojmova - atributa nauke (što pokazuje njegovo vlastito pedagoško iskustvo, koje nisu najdraže školarcima). Shvativši da je nemoguće pisati o kemikalijama bez spominjanja kemijskih pojmova, autor će pokušati minimizirati poseban rječnik.
I posljednja stvar. Brojke koje je autor naveo nikako se ne smiju smatrati krajnjom istinom. Podaci o karakteristikama eksploziva u različitim izvorima razlikuju se, a ponekad i prilično snažno. To je razumljivo: karakteristike streljiva vrlo značajno ovise o njihovom "tržišnom" tipu, prisutnosti / odsutnosti stranih tvari, uvođenju stabilizatora, načinima sinteze i mnogim drugim faktorima. Metode za određivanje karakteristika eksploziva također se ne razlikuju po ujednačenosti (iako će ovdje biti više standardizacije) i također ne pate od posebne reproducibilnosti.
BB klasifikacija
Ovisno o vrsti eksplozije i osjetljivosti na vanjske utjecaje, svi se eksplozivi dijele u tri glavne grupe:
1. Pokretanje BB.
2. Miniranje eksploziva.
3. Bacanje eksploziva.
Pokretanje BB. Vrlo su osjetljivi na vanjske utjecaje. Ostatak njihovih karakteristika obično je nizak. Ali oni imaju vrijedno svojstvo - njihova eksplozija (detonacija) ima detonacijski učinak na miniranje i pogon eksploziva, koji obično uopće nisu osjetljivi na druge vrste vanjskih utjecaja ili imaju vrlo nisku osjetljivost. Stoga se inicirajuće tvari koriste samo za poticanje eksplozije miniranja ili pogona eksploziva. Kako bi se osigurala sigurnost upotrebe eksplozivnih eksploziva, oni su pakirani u zaštitne uređaje (kapsula, čahura kapsule, čep detonatora, električni detonator, osigurač). Tipični predstavnici pokretača eksploziva: živin fulminat, olovni azid, tenres (TNPC).
Miniranje eksploziva. O tome, zapravo, govore i pišu. Oni opremaju granate, mine, bombe, rakete, mine; dižu u vazduh mostove, automobile, biznismene …
Eksplozivi koji se miniraju podijeljeni su u tri grupe prema svojim eksplozivnim karakteristikama:
- povećana snaga (predstavnici: RDX, HMX, PETN, Tetril);
- normalna snaga (predstavnici: TNT, melinit, plastika);
- smanjena snaga (predstavnici: amonijev nitrat i njegove smjese).
Eksplozivi povećane snage nešto su osjetljiviji na vanjske utjecaje pa se češće koriste u mješavini s flegmatizatorima (tvari koje smanjuju osjetljivost eksploziva) ili u mješavini s eksplozivima normalne snage za povećanje snage potonjeg. Ponekad se eksplozivi velike snage koriste kao srednji detonatori.
Bacanje eksploziva. To su različiti baruti - crni zadimljeni, bezdimni piroksilin i nitroglicerin. Oni također uključuju različite pirotehničke mješavine za vatromete, signalne i svjetlosne rakete, granate, mine i avionske bombe.
O crnom prahu i Black Bertholdu
Nekoliko stoljeća, jedina vrsta eksploziva koju su ljudi koristili bio je crni prah. Uz njegovu pomoć, na neprijatelja su bacane topovske kugle, a njime su punjene eksplozivne granate. Barut se koristio u podzemnim rudnicima za uništavanje zidina tvrđava, za drobljenje stijena.
U Evropi je postalo poznato od 13. stoljeća, a još ranije u Kini, Indiji i Vizantiji. Prvi zabilježeni opis baruta za vatromet opisao je kineski naučnik Sun-Simyao 682. godine. Maksimilijan Grk (XIII-XIV vijek) u raspravi "Knjiga svjetla" opisao je mješavinu na bazi kalijevog nitrata, koja se u Vizantiji koristila kao poznata "grčka vatra" i sastoji se od 60% nitrata, 20% sumpora i 20% ugljena.
Europsku povijest otkrića baruta započinje Englez, franjevački monah Roger Bacon, koji 1242. u svojoj knjizi "Liber de Nullitate Magiae" daje recept za crni prah za rakete i vatromet (40% šalitre, 30% ugljena i 30 % sumpora) i polu-mitski monah Berthold Schwartz (1351). Međutim, moguće je da se radi o jednoj osobi: upotreba pseudonima u srednjem vijeku bila je prilično uobičajena, kao i naknadna zabuna s datiranjem izvora.
Jednostavnost sastava, dostupnost dvije od tri komponente (prirodni sumpor još uvijek nije neuobičajen u južnim regijama Italije i Sicilije), lakoća pripreme - sve je to barutu garantiralo trijumfalni marš kroz zemlje Evrope i Asia. Jedini problem bio je pribaviti velike količine kalijevog nitrata, ali je i ovaj zadatak uspješno riješen. Budući da je u to vrijeme jedino poznato nalazište kalijevog nitrata bilo u Indiji (otuda i njegovo drugo ime - indijsko), lokalna proizvodnja uspostavljena je u gotovo svim zemljama. Bilo ga je nemoguće nazvati ugodnim, čak i uz solidnu zalihu optimizma: sirovine za njega bile su stajsko gnojivo, iznutrice životinja, urin i životinjska dlaka. Najmanje neugodni sastojci u ovoj smrdljivoj i jako zaprljanoj mješavini bili su vapno i potaša. Svo ovo bogatstvo nekoliko mjeseci bacalo se u jame, gdje je fermentiralo pod utjecajem azotobakterija. Oslobođeni amonijak oksidirao se u nitrate, što je na kraju dalo željeni nitrat, koji je izoliran i pročišćen rekristalizacijom - zanimanje, također ću reći, nije baš najugodnije. Kao što vidite, u procesu nema ništa posebno komplicirano, sirovine su prilično pristupačne, a dostupnost baruta također je uskoro postala univerzalna.
Crni (ili zadimljeni) barut u to je vrijeme bio univerzalni eksploziv. Niti klimavo niti valjano, dugi niz godina korišteno je i kao projektil i kao punjenje prvih bombi - prototipova moderne municije. Sve do kraja prve trećine 19. stoljeća barut je u potpunosti zadovoljavao potrebe napretka. No, nauka i industrija nisu stajale, pa su uskoro prestale ispunjavati zahtjeve vremena zbog svojih malih kapaciteta. Kraj monopola baruta može se pripisati 70 -im godinama 17. stoljeća, kada su A. Lavoisier i C. Berthollet organizirali proizvodnju soli bertholleta na bazi kalijevog klorata koji je otkrio Berthollet (sol bertholleta).
Povijest Bertholletove soli može se pratiti do trenutka kada je Claude Berthollet proučavao svojstva klora koje je nedavno otkrio Carl Scheele. Prolaskom klora kroz vruću koncentriranu otopinu kalijevog hidroksida, Berthollet je dobio novu tvar, koju su kemičari kasnije nazvali kalijevim kloratom, a ne kemičari - Bertholletovu sol. To se dogodilo 1786. I iako đavolja sol nikada nije postala novi eksploziv, ispunila je svoju ulogu: prvo, poslužila je kao poticaj za traženje novih zamjena za dotrajalog "boga rata", a drugo, postala je osnivač novih vrsta eksploziva - inicijatori.
Eksplozivno ulje
1846. kemičari su predložili dva nova eksploziva - piroksilin i nitroglicerin. U Torinu je talijanski kemičar Ascagno Sobrero otkrio da je dovoljno tretirati glicerin dušičnom kiselinom (nitriranje) kako bi nastala uljna prozirna tekućina - nitroglicerin. Prvi štampani izvještaj o njemu objavljen je u časopisu L'Institut (XV, 53) 15. februara 1847. godine i zaslužuje neki citat. Prvi dio kaže:
“Ascagno Sobrero, profesor tehničke hemije iz Torina, u pismu koje je prenio prof. Peluzom, izvještava da je dugo primao eksplozive djelovanjem dušične kiseline na različite organske tvari, naime šećer od trske, mamce, dekstrit, mliječni šećer itd. Sobrero je također proučavao utjecaj mješavine dušične i sumporne kiseline na glicerin, a iskustvo mu je pokazalo da se dobiva tvar, slična zveckanju pamuka …"
Nadalje, postoji opis eksperimenta s nitriranjem, zanimljiv samo organskim kemičarima (pa čak i tada samo s povijesnog stajališta), ali primijetit ćemo samo jednu značajku: nitro-derivate celuloze, kao i njihovu sposobnost eksplozije, već tada bili prilično poznati [11].
Nitroglicerin je jedan od najmoćnijih i najosjetljivijih eksplozivnih eksploziva i zahtijeva posebnu pažnju i pažnju pri rukovanju.
1. Osetljivost: može eksplodirati od pogotka metkom. Osjetljivost na udar s kettlebellom od 10 kg spuštenom s visine od 25 cm - 100%. Sagorijevanje se pretvara u detonaciju.
2. Energija eksplozivne transformacije - 5300 J / kg.
3. Brzina detonacije: 6500 m / s.
4. Naprezanje: 15-18 mm.
5. Eksplozivnost: 360-400 kubnih metara. vidi [6].
Mogućnost upotrebe nitroglicerina pokazao je poznati ruski hemičar N. N. Zinin, koji je 1853-1855 tokom Krimskog rata, zajedno s vojnim inženjerom V. F. Petrushevskim, proizveo veliku količinu nitroglicerina.
Profesor Kazanjskog univerziteta N. N. Zinin
Vojni inženjer V. F. Petruševski
No, đavo koji je živio u nitroglicerinu pokazao se opakim i buntovnim. Pokazalo se da je osjetljivost ove tvari na vanjske utjecaje tek neznatno inferiorna u odnosu na eksplozivnu živu. Može eksplodirati već u trenutku nitriranja, ne može se protresti, zagrijati i ohladiti niti izložiti suncu. Može eksplodirati tokom skladištenja. A ako ga zapalite šibicom, može gorjeti sasvim mirno …
Pa ipak, potreba za snažnim eksplozivom do sredine 19. stoljeća bila je već toliko velika da se, unatoč brojnim nesrećama, nitroglicerin počeo naširoko koristiti u miniranju.
Pokušaji da se obuzda zli đavo poduzeli su mnogi, ali slava krotitelja pripala je Alfredu Nobelu. Usponi i padovi ovog puta, kao i sudbina prihoda od prodaje ove tvari, nadaleko su poznati, pa autor smatra nepotrebnim ulaziti u njihove detalje.
Budući da je "stisnut" u pore inertnog punila (i kao takvo je isprobano nekoliko desetina supstanci, od kojih je najbolja infuzijska zemlja - porozni silikat, od čega 90% volumena pada na pore koje mogu pohlepno apsorbirati nitroglicerin), nitroglicerin je postao mnogo „popustljiviji“, zadržavajući sa sobom gotovo svu svoju razornu moć. Kao što znate, Nobel je ovoj mješavini, koja izgleda kao treset, dao ime "dinamit" (od grčke riječi "dinos" - snaga). Ironija sudbine: godinu dana nakon što je Nobel dobio patent za proizvodnju dinamita, Petruševski potpuno samostalno miješa nitroglicerin s magnezijem i prima eksploziv, kasnije nazvan "ruski dinamit".
Nitroglicerin (tačnije glicerin trinitrat) je potpuni ester glicerina i dušične kiseline. Obično se dobiva tretiranjem glicerina mješavinom sumporno -dušične kiseline (na kemijskom jeziku - reakcija esterifikacije):
Eksploziju nitroglicerina prati oslobađanje velike količine plinovitih produkata:
4 C3H5 (NO2) 3 = 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Esterifikacija se odvija uzastopno u tri faze: u prvoj se dobiva glicerol mononitrat, u drugoj - glicerol dinitrat, a u trećoj - glicerol trinitrat. Za potpuniji prinos nitroglicerina uzima se 20% viška dušične kiseline iznad teoretski potrebne količine.
Nitriranje je provedeno u porculanskim loncima ili lemljenim olovnim posudama u kadi s ledenom vodom. U jednoj vožnji dobiveno je oko 700 g nitroglicerina, a tijekom jednog sata takve su operacije izvedene u 3-4.
No, rastuće potrebe donijele su vlastite prilagodbe tehnologiji proizvodnje nitroglicerina. Vremenom (1882.) razvijena je tehnologija za proizvodnju eksploziva u nitratorima. U ovom slučaju proces je podijeljen u dvije faze: u prvoj fazi glicerin se pomiješao s pola količine sumporne kiseline, pa je tako iskorištena većina oslobođene topline, nakon čega je gotova mješavina dušične i sumporne kiseline uveden u isto plovilo. Tako je bilo moguće izbjeći glavnu poteškoću: prekomjerno pregrijavanje reakcijske smjese. Miješanje se vrši komprimiranim zrakom pod tlakom od 4 atm. Produktivnost procesa je 100 kg glicerina u 20 minuta na 10 - 12 stepeni.
Zbog različite specifične težine nitroglicerina (1, 6) i otpadne kiseline (1, 7), skuplja se odozgo sa oštrim dijelom. Nakon nitriranja, nitroglicerin se ispere vodom, zatim ispere s kiselinskim ostacima sodom i ponovo ispere vodom. Miješanje se u svim fazama procesa vrši komprimiranim zrakom. Sušenje se vrši filtriranjem kroz sloj kalcinirane kuhinjske soli [9].
Kao što vidite, reakcija je prilično jednostavna (sjetite se terorističkog vala s kraja 19. stoljeća, koju su podigli "bombarderi" koji su ovladali jednostavnom naukom primijenjene kemije) i pripada broju "jednostavnih hemijskih procesa" (A. Stetbacher). Gotovo svaka količina nitroglicerina može se napraviti u najjednostavnijim uvjetima (pravljenje crnog praha nije mnogo lakše).
Potrošnja reagensa je sljedeća: za dobivanje 150 ml nitroglicerina potrebno je uzeti: 116 ml glicerina; 1126 ml koncentrirane sumporne kiseline;
649 ml dušične kiseline (najmanje 62% koncentracija).
Dinamit u ratu
Dinamit je prvi put upotrijebljen u Francusko-pruskom ratu 1870-1871: Pruski saperi minirali su dinamitom francuska utvrđenja. No, pokazalo se da je sigurnost dinamita relativna. Vojska je odmah otkrila da kada je ispaljen metkom eksplodira ništa gore od svog praotaca, a sagorijevanje se u određenim slučajevima pretvara u eksploziju.
Ali iskušenje da se dobije moćna municija bilo je neodoljivo. Kroz prilično opasne i složene eksperimente bilo je moguće saznati da dinamit neće eksplodirati ako se opterećenja povećavaju ne trenutno, već postupno, držeći ubrzanje projektila u sigurnim granicama.
Rješenje problema na tehničkom nivou viđeno je u upotrebi komprimiranog zraka. U junu 1886. godine, poručnik Edmund Ludwig G. Zelinsky iz 5. artiljerijskog puka vojske Sjedinjenih Država testirao je i usavršio originalni američki inženjerski dizajn. Pneumatski top kalibra 380 mm i dužine 15 m uz pomoć zraka komprimiranog do 140 atm mogao je baciti projektile duljine 3,35 m sa 227 kg dinamita na 1800 mA projektila duljine 1,83 m sa 51 kg dinamita i svih 5 hiljada m
Pokretačku silu pružala su dva cilindra komprimiranog zraka, a gornji je fleksibilnim crijevom povezan s alatom. Drugi cilindar je bio rezerva za napajanje gornjeg, a sam pritisak u njemu se održavao uz pomoć parne pumpe zakopane u zemlju. Projektil napunjen dinamitom imao je oblik strelice - artiljerijske strijele - i imao je bojevu glavu od 50 kilograma.
Vojvoda od Cambridgea naredio je vojsci da testira jedan takav sistem u Milford Havenu, ali je pištolj potrošio gotovo svu municiju prije nego što je konačno pogodio metu, koja je, međutim, vrlo efikasno uništena. Američki admirali bili su oduševljeni novim topom: 1888. godine oslobođen je novac za izradu 250 dinamitnih topova za obalnu artiljeriju.
Zelinski je 1885. godine osnovao kompaniju pneumatskih topova kako bi u vojsku i mornaricu predstavio pneumatske topove sa dinamitnim čaurama. Njegovi eksperimenti doveli su do govora o zračnom oružju kao novom oružju koje obećava. Američka mornarica je čak 1888. godine izgradila dinamičku krstaricu Vesuvius tešku 944 tone, naoružanu s tri od ovih 381 mm topova.
Dijagram krstarica "dinamit" "Vezuv"
[centar]
Ovako je izgledalo njegovo stacionarno oružje[/centar]
Ali čudna stvar: nakon nekoliko godina entuzijazam je ustupio mjesto razočaranju. "Tokom špansko-američkog rata", rekli su o tome američki artiljerci, "ovi topovi nikada nisu pogodili pravo mjesto." Iako se nije radilo toliko o oružju koliko o sposobnosti topnika da točno pucaju i krutom pričvršćivanju topova, ovaj sustav nije dobio daljnji razvoj.
Godine 1885. Holland je na svoju podmornicu broj 4 instalirao zračni top Zelinskog. Međutim, stvar nije došla do svojih praktičnih ispitivanja, tk. čamac je prilikom porinuća doživio ozbiljnu nesreću.
Godine 1897. Nizozemska je ponovno naoružala svoju podmornicu broj 8 novim topom Zelinski. Naoružanje se sastojalo od 18-inčne (457 mm) pramčane torpedne cijevi s tri Whitehead torpeda, kao i krmene zračne puške Zelinsky za granate dinamita (7 metaka po 100,7 kg). Međutim, zbog prekratke cijevi, ograničene veličinom čamca, ovaj je pištolj imao kratak domet. Nakon praktičnog snimanja, izumitelj ga je demontirao 1899.
U budućnosti, niti Holandija niti drugi dizajneri nisu instalirali pištolje (aparate) za ispaljivanje mina i granata dinamita na svoje podmornice. Tako su pištolji Zelinskog neprimjetno, ali brzo napustili pozornicu [12].
Braća i sestre nitroglicerina
S kemijskog stajališta, glicerin je najjednostavniji predstavnik klase trihidričnih alkohola. Postoji njegov dvoatomski analog - etilen glikol. Nije li čudo što su kemičari nakon upoznavanja s nitroglicerinom skrenuli pažnju na etilen glikol, nadajući se da će biti prikladniji za upotrebu.
Ali i ovdje je đavo eksploziva pokazao svoj hirovit karakter. Pokazalo se da se karakteristike dinitroetilen glikola (ovaj eksploziv nikada nije dobio svoje ime) ne razlikuju mnogo od nitroglicerina:
1. Osetljivost: detonacija kada teret od 2 kg padne sa visine od 20 cm; osjetljiv na trenje, vatru.
2. Energija eksplozivne transformacije - 6900 J / kg.
3. Brzina detonacije: 7200 m / s.
4. Naprezanje: 16,8 mm.
5. Visoka eksplozivnost: 620-650 kubnih metara. cm.
Henry ga je prvi put dobio 1870. Dobija se pažljivim nitriranjem etilen glikola prema postupku sličnom pripremi nitroglicerina (smjesa za nitriranje: H2SO4 - 50%, HNO3 - 50%; omjer - 1 do 5 u odnosu na etilen glikol).
Proces nitriranja može se izvesti na nižoj temperaturi, što je predispozicija za veći prinos [7, 8].
Unatoč činjenici da se općenito pokazalo da je osjetljivost DNEG -a nešto niža od osjetljivosti NG -a, njegova upotreba nije obećavala značajne koristi. Dodamo li ovome veću nestabilnost od one u NG -u i manju dostupnost sirovina, postaje jasno da ni ovaj put nikuda nije vodio.
Međutim, ni on se nije pokazao potpuno beskorisnim. U početku se koristio kao dodatak dinamitu, tokom Drugog svjetskog rata, zbog nedostatka glicerina, korišten je kao zamjena za nitroglicerin u prahu bez dima. Takvi prahovi imali su kratak vijek trajanja zbog hlapljivosti DNEG -a, ali u ratnim uvjetima to nije bilo važno: nitko ih neće skladištiti dugo.
Christian Schönbein pregača
Nije poznato koliko bi vojska potrošila na traženje načina da smiri nitroglicerin da do kraja 19. stoljeća nije stigla industrijska tehnologija za proizvodnju drugog nitroestra. Ukratko, povijest njegovog pojavljivanja je sljedeća [16].
1832. godine, francuski hemičar Henri Braconneau otkrio je da je pri obradi škroba i drvenih vlakana dušičnom kiselinom nastao nestabilan, zapaljiv i eksplozivan materijal koji je nazvao ksiloidin. Istina, stvar je bila ograničena na poruku o ovom otkriću. Šest godina kasnije, 1838., drugi francuski hemičar, Théophile-Jules Pelouse, obrađivao je papir i karton na sličan način i proizveo sličan materijal, koji je nazvao nitramidin. Ko bi tada mogao pomisliti, ali razlog nemogućnosti upotrebe nitramidina u tehničke svrhe bila je upravo njegova niska stabilnost.
1845. švicarski kemičar Christian Friedrich Schönbein (koji je do tada postao poznat po otkriću ozona) provodio je eksperimente u svojoj laboratoriji. Žena mu je strogo zabranila da nosi boce u kuhinju, pa je žurio da završi eksperiment u njenom odsustvu - i prosuo je neku kaustičnu smjesu po stolu. U nastojanju da izbjegne skandal, on ga je, u najboljim tradicijama švicarske tačnosti, obrisao svojom radnom pregačom, jer nije bilo previše mješavine. Zatim je, takođe u tradiciji švajcarske štedljivosti, oprao kecelju vodom i objesio je iznad peći da se osuši. Koliko je dugo ili kratko ondje stajalo, povijest šuti, ali da je nakon sušenja pregača iznenada nestala, pouzdano se zna. Štaviše, nestao je ne tiho, na engleskom, već glasno, moglo bi se čak reći očaravajuće: u tren i snažan udarac eksplozije. Ali evo što je privuklo Schönbeinovu pažnju: eksplozija se dogodila bez i trunke dima!
Iako Schönbein nije bio prvi koji je otkrio nitrocelulozu, njemu je bilo suđeno da izvede zaključak o važnosti otkrića. U to vrijeme u artiljeriji se koristio crni prah, čađa od koje je zaprljalo oružje tako da se u intervalima između hitaca moralo očistiti, a nakon prvih salica podigla se takva zavjesa dima da su se morali boriti gotovo naslijepo. Nepotrebno je reći da su oblaci crnog dima savršeno ukazivali na lokaciju baterija. Jedino što je uljepšalo život bila je spoznaja da je neprijatelj na istoj poziciji. Stoga je vojska s entuzijazmom reagirala na eksploziv, koji daje mnogo manje dima, a osim toga, snažniji je od crnog praha.
Nitroceluloza, lišena nedostataka crnog praha, omogućila je uspostavu proizvodnje bezdimnog praha. U tradiciji tog vremena odlučili su ga upotrijebiti i kao pogonsko gorivo i kao eksploziv. 1885. godine, nakon brojnih eksperimentalnih radova, francuski inženjer Paul Viel primio je i testirao nekoliko kilograma piroksilin praškastog praha, nazvanog barut "B" - prvi bezdimni prah. Testovi su dokazali prednosti novog pogonskog goriva.
Međutim, nije bilo lako uspostaviti proizvodnju velikih količina nitroceluloze za vojne potrebe. Nitroceluloza je bila previše nestrpljiva da bi čekala bitke, a tvornice su u pravilu letjele u zrak sa zavidnom regularnošću, kao da se natječu s proizvodnjom nitroglicerina. Razvoj tehnologije za industrijsku proizvodnju piroksilina morao je prevladati prepreke kao nijedan drugi eksploziv. Bilo je potrebno čitavih četvrt stoljeća da se izvedu brojni radovi istraživača iz različitih zemalja dok ovaj originalni vlaknasti eksploziv nije postao prikladan za upotrebu i dok nisu pronađena brojna sredstva i metode koje su na neki način jamčile eksploziju tijekom dužeg skladištenja proizvoda. Izraz "na bilo koji način" nije književno sredstvo, već odraz teškoća s kojima su se kemičari i tehnolozi susreli pri definiranju kriterija stabilnosti. Nije bilo čvrste prosudbe o pristupima određivanju kriterija stabilnosti, a daljnjim širenjem opsega upotrebe ovog eksploziva stalne eksplozije otkrivale su sve misterioznije osobine u ponašanju ovog osebujnog složenog etra. Tek 1891. James Dewar i Frederick Abel uspjeli su pronaći sigurnu tehnologiju.
Za proizvodnju piroksilina potreban je veliki broj pomoćnih uređaja i dugotrajan tehnološki proces u kojem se sve operacije moraju izvoditi jednako pažljivo i temeljito.
Početni proizvod za proizvodnju piroksilina je celuloza, čiji je najbolji predstavnik pamuk. Prirodna čista celuloza je polimer koji se sastoji od ostataka glukoze, koji je bliski srodnik škroba: (C6H10O5) n. Osim toga, otpad iz tvornica papira može pružiti odlične sirovine.
Nitriranje vlakana industrijski je savladano još 60 -ih godina 19. stoljeća i provedeno je u keramičkim posudama s daljnjim centrifugiranjem. Međutim, do kraja stoljeća ovu primitivnu metodu zamijenila je američka tehnologija, iako je tijekom Prvog svjetskog rata oživljena zbog niske cijene i jednostavnosti (točnije, primitivizma).
Rafinirani pamuk ubacuje se u nitrator, dodaje se mješavina za nitriranje (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, voda - 7%) na osnovu 15 kg vlakana, 900 kg smjese, što daje prinos od 25 kg piroksilina.
Nitratori su povezani u baterije, koje se sastoje od četiri reaktora i jedne centrifuge. Nitratori se pune vremenskim intervalom (približno 40 minuta) jednakim vremenu ekstrakcije, što osigurava kontinuitet procesa.
Piroksilin je mješavina proizvoda s različitim stupnjem nitriranja celuloze. Piroksilin, dobiven korištenjem fosforne kiseline umjesto sumporne kiseline, vrlo je stabilan, ali ova tehnologija nije uhvatila korijena zbog više cijene i niže produktivnosti.
Prešani piroksilin ima svojstvo samozapaljivosti i treba ga navlažiti. Voda koja se koristi za ispiranje i stabilizaciju piroksilina ne bi trebala sadržavati alkalne agense, budući da su proizvodi alkalnog uništavanja katalizatori samozapaljivanja. Konačno sušenje do potrebnog sadržaja vlage postiže se ispiranjem apsolutnim alkoholom.
Ali nakvašena nitroceluloza također nije oslobođena problema: osjetljiva je na kontaminaciju mikroorganizmima koji uzrokuju plijesan. Zaštitite ga voskom po površini. Gotov proizvod imao je sljedeće karakteristike:
1. Osetljivost piroksilina u velikoj meri zavisi od vlažnosti. Suha (3 - 5% vlage) lako se pali od otvorenog plamena ili dodira vrućeg metala, bušenja, trenja. Eksplodira kada teret od 2 kg padne s visine od 10 cm. Kad se vlažnost poveća, osjetljivost se smanjuje i pri 50% vode sposobnost detonacije nestaje.
2. Energija eksplozivne transformacije - 4200 MJ / kg.
3. Brzina detonacije: 6300 m / s.
4. Naprezanje: 18 mm.
5. Visoka eksplozivnost: 240 kubnih metara. cm.
Pa ipak, unatoč nedostacima, kemijski stabilniji piroksilin vojsci je više odgovarao od nitroglicerina i dinamita, njegova se osjetljivost mogla prilagoditi promjenom sadržaja vlage. Stoga je prešani piroksilin počeo široko koristiti za opremanje bojevih glava mina i granata, ali s vremenom je ovaj proizvod bez premca ustupio mjesto nitriranim derivatima aromatskih ugljikovodika. Nitroceluloza je ostala kao pogonski eksploziv, ali se kao eksplozivni eksploziv zauvijek povukla u prošlost [9].
Isparljivi žele i nitroglicerinski barut
„Crni prah … predstavlja sve mogućnosti daljnjeg poboljšanja - kroz naučno proučavanje nevidljivih pojava koje se dešavaju tokom njegovog sagorijevanja. Bar bez dima nova je veza između moći zemalja i njihovog naučnog razvoja. Iz tog razloga, budući da sam jedan od ratnika ruske nauke, u sve slabijoj snazi i godinama ne usuđujem se analizirati zadatke bezdimnog baruta …"
Čitalac, čak i malo upoznat sa istorijom hemije, vjerovatno je već pogodio čije su to riječi - briljantni ruski hemičar D. I. Mendeleev.
Mendeleev je uložio mnogo truda i pažnje u porrocheliy kao polje kemijskog znanja posljednjih godina svog života - 1890-1897. Ali, kao i uvijek, aktivnoj fazi razvoja prethodilo je razdoblje razmišljanja, akumulacije i sistematizacije znanja.
Sve je počelo činjenicom da je neumorni Alfred Nobel 1875. godine napravio još jedno otkriće: plastična i elastična čvrsta otopina nitroceluloze u nitroglicerinu. Uspješno je kombinirao čvrstu formu, veliku gustoću, lakoću oblikovanja, koncentriranu energiju i neosjetljivost na visoku vlažnost zraka. Žele, potpuno spaljen u ugljičnom dioksidu, dušiku i vodi, sastojao se od 8% dinitroceluloze i 92% nitroglicerina.
Za razliku od tehničara Nobela, D. I. Mendeljejev je pošao od čisto znanstvenog pristupa. U osnovi svog istraživanja postavio je potpuno određenu i kemijski strogo utemeljenu ideju: potrebna tvar tijekom sagorijevanja trebala bi ispuštati najviše plinovitih produkata po jedinici težine. S kemijskog gledišta, to znači da bi u ovom spoju trebalo biti dovoljno kisika za potpuno pretvaranje ugljika u plinoviti oksid, vodik u vodu i oksidacijski kapacitet za osiguravanje energije za cijeli ovaj proces. Detaljnim proračunom došlo se do formule sljedećeg sastava: C30H38 (NO2) 12O25. Prilikom sagorijevanja trebali biste dobiti sljedeće:
C30H38 (NO2) 12O25 = 30 CO + 19 H2O + 6 N2
Izvesti ciljanu reakciju sinteze tvari takvog sastava nije lak zadatak, pa se stoga u praksi koristila mješavina 7-10% nitroceluloze i 90-93% nitroglicerina. Postotak sadržaja dušika je oko 13,7%, što malo premašuje ovu vrijednost za pirokolodiju (12,4%). Operacija nije posebno teška, ne zahtijeva upotrebu složene opreme (izvodi se u tekućoj fazi) i odvija se pod normalnim uvjetima.
Nobel je 1888. godine dobio patent za barut napravljen od nitroglicerina i koloksilina (vlakna sa niskim sadržajem nitrata), nazvan poput piroksilinskog bezdimnog baruta. Ovaj sastav do sada je praktički nepromijenjen pod različitim tehničkim imenima, od kojih su najpoznatiji kordit i balistit. Glavna razlika je u omjeru između nitroglicerina i piroksilina (u korditu je veći) [13].
Kako su ti eksplozivi međusobno povezani? Pogledajmo tabelu:
Tabela 1.
BB …… Osetljivost…. Energija… Brzina …… Brisance… Visokoeksplozivnost
……… (kg / cm /% eksplozija)….eksplozija….detonacija
GN ……….2 / 4/100 ………… 5300 ……..6500 ………..15 - 18 ………. 360 - 400
DNEG …… 2/10/100 ………..6900 ……… 7200 ……….16, 8 …………… 620 - 650
NK ……… 2/25/10 ………… 4200 ……… 6300 ………..18 ……………. 240
Karakteristike svih eksploziva prilično su slične, ali razlika u fizičkim svojstvima diktirala je različite niše njihove primjene.
Kao što smo već vidjeli, niti nitroglicerin niti piroksilin nisu zadovoljili vojsku svojim karakterom. Čini mi se da razlog niske stabilnosti ovih tvari leži na površini. Oba jedinjenja (ili tri brojača i dinitroetilen glikol) predstavnici su klase etera. A esterska grupa nikako nije jedna od vodećih u kemijskoj otpornosti. Umjesto toga, ona se može naći među strancima. Nitro grupa, koja sadrži dušik u prilično čudnom oksidacionom stanju za nju +5, također nije model stabilnosti. Simbioza ovog jakog oksidanta s tako dobrim redukcijskim sredstvom kao što je hidroksilna skupina alkohola neizbježno dovodi do brojnih negativnih posljedica, od kojih je najneugodnija hirovitost u primjeni.
Zašto su hemičari i vojska potrošili toliko vremena eksperimentišući s njima? Kako se čini, mnogi i mnogi su osvojili. Vojska - velika moć i dostupnost sirovina, što je povećalo borbenu efikasnost vojske i učinilo je neosetljivom za isporuku u ratu. Tehnolozi - blagi uvjeti sinteze (nema potrebe za korištenjem visokih temperatura i povišenog tlaka) i tehnološke pogodnosti (unatoč višestepenim procesima, sve reakcije se odvijaju u jednom reakcijskom volumenu i bez potrebe za izolacijom međuproizvoda).
Praktični prinosi proizvoda su takođe bili prilično visoki (Tabela 2), što nije izazvalo hitnu potrebu za traženjem izvora velikih količina jeftine azotne kiseline (problem sa sumpornom kiselinom riješen je mnogo ranije).
Tabela 2.
BB …… Potrošnja reagensa po 1 kg….. Broj faza…. Broj emitiranih proizvoda
……… Azotna kiselina.. Sumporna kiselina
GN …….10 ……………..23 ……………..3 …………………… 1
DNEG….16, 5 …………..16, 5 …………… 2 …………………… 1
NK ……..8, 5 …………… 25 ……………..3 …………………… 1
Situacija se dramatično promijenila kada su se na sceni pojavile nove inkarnacije đavola eksploziva: trinitrofenol i trinitrotoluen.
(Nastavlja se)
