Взрывчатые вещества представляют собой вещества или их композиции, которые содержат и окислитель (обычно кислород в виде различных функциональных групп – нитро, перхлораты), и восстановитель (органические соединения, алюминий, магний). Все они являются термодинамически неустойчивыми системами, способными под влиянием внешних воздействий (часто очень незначительных) к быстрому экзотермическому превращению.
Применяется разная классификация взрывчатых веществ: по характерной в условиях эксплуатации форме химического превращения, по чувствительности к внешним воздействиям, по химической природе или составу, по условиям применения.
Важной характеристикой ВВ является также их детонационная стойкость, мерой которой служит критический диаметр детонации, т.е. наименьший диаметр цилиндрического заряда, при котором детонация распространяется, несмотря на разброс вещества из зоны реакции. Детонационная способность тем больше, чем меньше критический диаметр.
По своей чувствительности к различным воздействиям, форме взрывчатого превращения, виду действия взрыва и другим признакам все ВВ делятся на 4 группы:
1. Инициирующие или первичные ВВ. Обладают очень высокой чувствительностью к внешним воздействиям (удар, накол, пламя, искра и др.). Применяют их для изготовления двух типов средств инициирования взрывчатого превращения:
· Капсюлей-детонаторов – средств детонирования (в минах, бомбах, снарядах). Задача капсюля-детонатора – дать мощный взрывной импульс, необходимый для вызова детонации заряда бризантных ВВ. Часто это происходит через детонатор, реже – непосредственно. Применяются артиллерийские и подрывные капсюли-детонаторы, электродетонаторы, зажигательные трубки и др;
· Капсюлей-воспламенителей – средств возбуждения горения (в пиротехнике, стрелковом оружии, ракетных двигателях) Задача капсюля-воспламенителя – дать луч огня, необходимый для воспламенения пороховых зарядов, трубочных составов, замедлителей, лучевых капсюлей-детонаторов. Имеют очень разнообразное строение, как и капсюли-детонаторы.
2. Бризантные (мощные) или вторичные ВВ. Применяются в качестве основных ВВ в зарядах либо в индивидуальном виде, либо в виде различных смесей. Взрываются в результате детонации от взрыва первичных ВВ. Обычно малочувствительны к механическим воздействиям
3. Метательные ВВ (пороха, твердые ракетные топлива).
4. Пиротехнические составы.
К индивидуальным ВВ можно в принципе отнести любые химические соединения, у которых при внешних воздействиях может произойти взрыв. Обычно процесс происходит в виде внутримолекулярного окисления. В настоящее время известно довольно большое количество ВВ, из которых на практике применяют 2-3 десятка. По своему составу они делятся на индивидуальные и смеси на их основе.
Рассмотрим свойства наиболее распространенных взрывчатых веществ.
Бризантные ВВ
К бризантным ВВ преимущественно относятся органические вещества, содержащие в большом количестве нитрогруппы NO2. Чаще всего используются нитроэфиры и нитросоединения.
Из нитроэфиров наибольшее применения нашли:
1. Нитроглицерин CH2(ONO2)-CH(ONO2)-CH2(ОNO2). Открыт в 1847 г. Получается нитрованием глицерина CH2(OН)-CH(OН)-CH2(ОН). Мощное ВВ, отличающееся очень высокой чувствительностью к механическим воздействиям. Маслообразная жидкость. Ядовит. Очень чувствителен к толчкам, трению, ударам. В чистом виде не применяется. Благодаря способности растворять нитроцеллюлозу с образованием студнеобразной массы, более безопасной, чем нитроглицерин, его используют при производстве динамитов. Например, желатин-динамит (92 - 93% нитроглицерина и 7 - 8% коллоксилина) является одним из самых мощных бризантных ВВ. Нитроглицерин применяется также для производства нитроглицериновых порохов.
2. Нитроцеллюлоза [C6H7O2(OH)3- n (ONO2) n ] x. Открыта в 1832 г. Это ВВ получается в результате нитрования целлюлозы, представляющей собой полимер глюкозы. Каждое глюкозное кольцо в составе целлюлозы содержит три спиртовые группы, поэтому формулу целлюлозы можно записать так: [C6H7O2(OH)3] n. При нитровании в реакцию могут вступить от 1 до 3 спиртовых групп каждого глюкозного остатка. Мощность нитратов целлюлозы как взрывчатых веществ зависит от степени нитрования. При содержании азота менее 12% нитраты целлюлозы называются коллоксилинами, а более 12% - пироксилинами. Предельное содержание азота составляет 14,14%. Детонация нитратов целлюлозы может быть вызвана ударом, инициированием и прострелом пули. Их чувствительность зависит от влажности и уже при влажности 20% не способны детонировать от капсюля-детонатора. Нитроцеллюлоза входит в состав различных порохов, а также динамитов (в виде растворов в нитроглицерине).
Из нитросоединений наибольшее применение нашли:
1. Тротил C6H2CH3(NO2)3 (тринитротолуол) – кристаллическое вещество желтоватого цвета с горьким вкусом. Впервые получен в 1863 г. Является продуктом нитрования толуола С6Н5СН3. Достаточно безопасное ВВ. Его даже можно поджечь пламенем. На воздухе тротил горит спокойно, коптящим пламенем. Но если масса достигает нескольких сот килограмм, горение закончится взрывом. Химически очень стоек. К механическим воздействиям не очень чувствителен. Восприимчивость к детонации зависит от его физического состояния. Прессованный тротил детонирует от капсюля-детонатора, а для литого необходим более мощный детонатор, например, промежуточный заряд в виде шашки прессованного тротила. Тротил выпускается в виде тонких чешуек, кусков, литых зарядов, прессованных шашек, а также в виде гранул. Его применяют для изготовления промышленных ВВ, а также в сплавах или в смесях с другими ВВ для зарядки торпед, снарядов, мин, авиабомб и др. боеприпасов.
2. Тетрил C6H2(NO2)3NNO2CH3 (тринитрофенилметилнитрамин). Белое кристаллическое вещество. Получается нитрованием диметиланилина С6Н5N(CH3)2. Впервые получен в 1877 г. По сравнению с тротилом более чувствителен к удару и детонации. Легко детонирует от капсюля-детонатора. Применяется главным образом для изготовления детонаторов (промежуточных зарядов для детонации основных зарядов) к снарядам, авиабомбам и др. Вследствие высокой чувствительности к механическим воздействиям он непригоден в чистом виде для снаряжения боеприпасов. В качестве разрывного заряда тетрил используется в виде сплавов с тротилом и гексогеном.
3. Гексоген (CH2NNO2)3 (циклотриметилентринитроамин). Более мощное ВВ, чем тротил. Впервые получен в 1898 г. Является продуктом нитрования уротропина (гексаметилентетрамина). Белое кристаллическое вещество без вкуса и запаха. Токсичен. Имеет высокую химическую стойкость. По сравнению с тротилом менее стоек к механическим воздействиям и более восприимчив к детонации. В отличие от тротила в любой форме взрывается от капсюля-детонатора. Для снижения чувствительности к механическим воздействиям и улучшения прессуемости его часто смешивают с небольшим количеством парафина (т.н. флегматизатора). Чистый гексоген в основном используют для снаряжения детонаторов и детонирующих шнуров. Флегматизированный гексоген в виде прессованных шашек применяется в торпедах и малокалиберных снарядах. Гексоген широко применяется в смесях с взрывчатыми и невзрывчатыми веществами для снаряжения боеприпасов в качестве разрывного заряда и для приготовления детонирующих шнуров.
Инициирующие ВВ.
Типичными представителями инициирующих ВВ являются:
1. Гремучая ртуть Hg(ONC)2 – соль гремучей кислоты HONC (фульминат ртути). Белый кристаллический порошок, очень ядовитый и очень чувствительный к трению, наколу и удару. Даже легкое царапание соломинкой вызывает взрыв. Открыта в 1799 г., а впервые начала применяться в 1815 г. в капсюлях-воспламенителях, и в 1865 г. в капсюлях-детонаторах. В настоящее время используется в качестве инициирующего ВВ в основном в капсюлях-воспламенителях в патронах. В артиллерийских капсюлях-детонаторах практически не используется. Обычно используется в составе смеси с хлоратом калия (KClO3) и сульфидом сурьмы (Sb2S3). Первый играет роль окислителя, а второй выделяет при горении газообразные и твердые продукты, обеспечивающие жгучесть луча.
2. Азид свинца Pb(N3)2 – свинцовая соль азотисто-водородной кислоты HN3. Белое кристаллическое вещество. Менее чувствителен к удару и трению, а также к пламени, чем гремучая ртуть, но превосходит ее по инициирующему воздействию. Применяется в артиллерийских и подрывных капсюлях-детонаторах.
3. Тринитрорезорцинат свинца C6H(NO2)3O2Pb*H2O – ТНРС. Другое название – стифнат свинца. Свинцовая соль стифниновой кислоты C6H(NO2)3(OН)2. Желтый порошок. Очень чувствителен к пламени. Впервые получен в 1914 г. Имеет высокую чувствительность к тепловым воздействиям, но меньшую чувствительность к удару, чем гремучая ртуть и азид свинца. Основное применение нашел в лучевых капсюлях-детонаторах совместно с азидом свинца. В них сначала от луча капсюлей-воспламенителей инициирует стифтат свинца, от него – азид свинца, который вызывает детонацию основного взрывного заряда. Из-за малой инициирующей способности самостоятельно стифнат свинца как инициирующее ВВ не применяется.
4. Тетразен C2H8ON10. Впервые получен в 1910 г. Желтоватый порошок. Более чувствителен к наколу и удару, чем даже гремучая ртуть. Обладает наименьшей инициирующей способностью из перечисленных инициирующих ВВ, поэтому самостоятельно не применяется. Обычно используется в комбинации с азидом свинца, обладающим высокой инициирующей способностью, в накольных капсюлях-детонаторах.