Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ВЗ)"

Взрывчатые вещества

Взры'вчатые вещества' (ВВ), химические соединения или смеси веществ, способные к быстрой химической реакции, сопровождающейся выделением большого количества тепла и образованием газов. Эта реакция, возникнув в какой-либо точке в результате нагревания, удара, трения, взрыва другого ВВ или иного внешнего воздействия, распространяется по заряду за счёт передачи энергии от слоя к слою с помощью процессов тепло– и массопереноса (горение ) либо ударной волны (детонация ). Скорость горения различных ВВ колеблется от долей мм/сек до десятков и сотен м/сек , скорость детонации может превышать 9 км/сек .

  Взрывчатыми могут быть конденсированные (твёрдые и жидкие) вещества, газы, а также взвеси частиц твёрдых или жидких веществ в газах. Во взрывной технике применяются конденсированные и водонаполненные ВВ, преимущество которых заключается в значительной концентрации энергии в единице объёма. В сочетании с большой скоростью процесса это позволяет получать при взрыве огромные мощности. Так, по заряду из 1 кг   гексогена, объём которого 0,6 л , а теплота взрыва 5,4 Мдж (1300 ккал ), детонация может пройти за 10 мксек (1·10^-5сек ), что соответствует мощности 500 млн. квт (в десятки раз больше, чем мощность самой крупной электростанции). Реакция при детонации идёт так быстро, что газообразные продукты с температурой несколько тысяч градусов оказываются сжатыми в объёме, близком к исходному объёму заряда, до давлений в десятки Гн/м² (сотни тысяч кгс/см² ). Резко расширяясь, сжатый газ наносит по окружающей среде удар огромной силы. Происходит взрыв . Материалы, находящиеся вблизи от заряда, подвергаются дроблению и сильнейшей пластической деформации (местное, или бризантное, действие взрыва); вдали от заряда разрушения менее интенсивны, но зона, в которой они происходят, гораздо больше (общее, или фугасное, действие взрыва). Давление р , развивающееся при детонации и определяющее бризантность ВВ, зависит от плотности заряда и скорости детонации. Фугасность, или работоспособность, ВВ определяется теплотой, а также объёмом газообразных продуктов взрыва. Обычно работоспособность выражают в относительных единицах, используя в качестве стандартного ВВ тротил (см. Тротиловый эквивалент ), гремучий студень или аммонит № 6, либо в единицах энергии.

  Помимо способности производить ту или иную работу, области применения ВВ определяются их химической и физической стойкостью (т. е. способностью сохранять свои свойства в процессе снаряжения, транспортировки и хранения) и чувствительностью к внешним воздействиям, характеризуемой минимальным количеством энергии, необходимым для возбуждения взрыва. Важной характеристикой ВВ является также их детонационная способность, мерой которой служит критический диаметр детонации, т. е. наименьший диаметр цилиндрического заряда, при котором детонация ещё распространяется, несмотря на разброс вещества из зоны реакции. Детонационная способность ВВ тем больше, чем меньше критический диаметр. Основным источником энергии взрыва является окисление. Окислителем обычно служит кислород, который входит в состав ВВ и обеспечивает возможность их горения и взрыва без доступа воздуха. Чем больше кислорода в ВВ, тем выше их кислородный баланс. Если кислорода достаточно для превращения всего углерода ВВ в CO₂ , а водорода – в H₂ O, кислородный баланс ВВ равен нулю. У ВВ с недостатком кислорода он отрицателен, с избытком – положителен. Способностью к взрыву обладают и некоторые вещества, не содержащие кислорода, – азиды , ацетилен, ацетилениды, диазосоединения, гидразин , йодистый и хлористый азот, смеси горючих веществ с галогенами , «замороженные» радикалы свободные , соединения инертных газов и др. Большинство из них, так же как многие кислородсодержащие соединения (перекиси, озониды, органические соли хлорной и хлорноватой кислот, нитриты , нитрозосоединения и др.), относятся к взрывоопасным веществам, но вследствие слишком высокой чувствительности, малой химической стойкости, токсичности, дороговизны и т.п. как ВВ не применяются. Некоторые взрывчатые смеси горючих веществ с окислителями (хроматами, бихроматами, перекисями, окислами, нитратами, хлоратами и т.п.) используются как пиротехнические составы (см. Пиротехника ).

  Из многих способных к взрыву соединений в качестве ВВ и компонентов взрывчатых смесей применяют лишь 2—3 десятка веществ. Основные из них – нитросоединения (тринитротолуол , тетрил , гексоген , октоген , нитроглицерин , тетранитропентаэритрит – тэн, нитроклетчатка, нитрометан и др.) и соли азотной кислоты, особенно нитрат аммония. Как правило, эти вещества применяют не в чистом виде, а в виде смесей, например смеси октогена, гексогена и тэна с тротилом, нитроглицерина с нитрогликолем , диэтиленгликольдинитратом и нитроклетчаткой (см. Динамиты и Баллиститы ), тротила с нитратом аммония (см. Аммониты ), смеси аммиачной селитры с жидкими (например, соляровым маслом) и порошкообразными (например, древесной мукой, порошкообразным алюминием) горючими веществами (см. Динамоны ). Для уменьшения чувствительности и опасности в обращении мощные ВВ смешивают с парафином, церезином и др. легкоплавкими добавками (флегматизация ВВ). Для увеличения теплоты взрыва в смеси вводят порошкообразный алюминий или магний. Большое значение имеют смесевые ВВ, изготовляемые из невзрывчатых (или слабовзрывчатых) горючих и окислителей – игданиты, гранулиты, дымный порох , хлоратные и перхлоратные ВВ – смеси на основе солей хлорной и хлорноватой кислот, жидкого кислорода (оксиликвиты ) и др. По взрывчатым свойствам (условиям перехода горения в детонацию) и обусловленным ими областям применения ВВ подразделяют на инициирующие (первичные), бризантные (вторичные) и метательные (пороха). Инициирующие ВВ характеризуются чрезвычайно высокой скоростью взрывного превращения. Чувствительность их высока, горение неустойчиво и быстро переходит в детонацию уже при атмосферном давлении. Взрыв может быть возбуждён поджиганием, ударом или трением. Инициирующие ВВ используют для возбуждения взрывчатого превращения других веществ. Основные представители инициирующих ВВ – азид свинца , гремучая ртуть , тринитрорезорцинат свинца , тетразен . Бризантные ВВ более инертны. Чувствительность их к внешним воздействиям гораздо меньше, чем инициирующих. Горение может перейти в детонацию только при наличии прочной оболочки либо большого количества ВВ. Поэтому они относительно безопасны в обращении. В качестве бризантных ВВ применяют главным образом нитросоединения и взрывчатые смеси на основе нитратов, хлоратов, перхлоратов и жидкого кислорода, о которых говорилось выше. Основной режим их взрывного превращения – детонация, возбуждаемая небольшим зарядом инициирующего ВВ. Бризантные ВВ применяют для взрывных работ, а также в снарядах и др. боеприпасах. Метательные ВВ горят ещё более устойчиво, чем бризантные: они не детонируют при горении даже в самых жёстких условиях [большие заряды, давления порядка десятков и сотен Мн/м² (сотен и тысяч кгс/см² )]. Основной режим взрывного превращения метательных ВВ – горение. Отличие метательных ВВ от бризантных определяется в основном не химическим составом, а физической структурой этих веществ (плотностью и прочностью заряда). Характеристики некоторых ВВ приведены в таблице.

Характеристика некоторых взрывчатых веществ при плотности заряда 1600 кг/м³

  ¹ Плотность заряда 1000 кг/м³ . ² Плотность заряда 4100 кг/м³ . ³ 79% нитрата аммония, 21% тротила. ⁴ 28% нитроглицерина, 57% нитроцеллюлозы (коллоксилина), 11% динитротолуола, 3% централита, 1% вазелина.

  ВВ широко применяют в народном хозяйстве при взрывных работах , взрывной сварке, взрывном упрочнении металла, взрывном штамповании. ВВ, применяемые в горной промышленности, подразделяют на непредохранительные – для открытых работ и для подземных работ (кроме шахт, опасных по газу или пыли, обычно ВВ для подземных работ обладают большей детонационной способностью, чем ВВ для открытых работ, и образуют при взрыве меньше ядовитых газообразных продуктов – окислов азота и окиси углерода), и на предохранительные взрывчатые вещества (для шахт, опасных по газу или пыли). Основную массу промышленных ВВ составляют аммониты и гранулиты. В меньших количествах используют динамиты, тротил, преимущественно гранулированный (гранулотол), иногда с добавкой алюминия (алюмотол), водонаполненные взрывчатые вещества .

  В военной технике ВВ применяют для снаряжения боеприпасов: вторичные ВВ – для разрывных зарядов мин, снарядов, авиационных бомб, боевых частей ракет, боевых зарядных отделений торпед, ручных и ружейных гранат и др.; метательные – в качестве пороховых зарядов артиллерийских и миномётных выстрелов, патронов для стрелкового оружия, твёрдотопливных ракетных двигателей и др.; инициирующие – для устройств, обеспечивающих детонацию разрывного или воспламенение порохового зарядов (в капсюлях-детонаторах, электродетонаторах, детонирующем шнуре и т.п.). ВВ используют также для изготовления генераторов газа высокого давления (пороховые заряды для подачи компонентов в камеру сгорания жидкостных ракетных двигателей, для огнемётов и т.д.), устройства инженерных взрывных заграждений (минные поля, фугасы). Они являются важной частью атомных и термоядерных боеприпасов: взрыв зарядов вторичного ВВ обеспечивает достижение надкритической массы ядерного заряда.

  Широкое применение ВВ находят и в научных исследованиях как простое и удобное средство получения высоких температур, больших скоростей и сверхвысоких давлений. Одним из направлений развития ВВ является широкое использование пригодных для механизированного заряжания сыпучих гранулированных ВВ, взрывание зарядов без применения инициирующих ВВ (например, с помощью мощного электрического разряда), разработка и внедрение новых типов ВВ [например, соединений, содержащих богатую кислородом тринитрометильную группу C (NO₂ )₃ ], применение нитропарафинов, взрывчатых смесей на основе жидких окислителей (тетранитрометана, четырёхокиси азота и др.).

  Первым ВВ был чёрный (дымный) порох, появившийся в Европе в 13 в. Применение вторичных ВВ началось лишь в 19 в. Пироксилин, пикриновую кислоту и тротил стали применять в военной технике, нитроглицерин и динамиты – в горной промышленности. Перед 2-й мировой войной начали применять тэн и гексоген, а после неё – октоген. В 80-х гг. 19 в. был изобретён бездымный порох , который стал основным метательным ВВ для огнестрельного оружия, а начиная с 30-х гг. 20 в. – и для реактивных снарядов (наряду со смесевыми порохами). В начале 19 в. для воспламенения чёрного пороха стали применять первое инициирующее ВВ – гремучую ртуть. Позже было обнаружено, что, увеличив заряд гремучей ртути, можно получить детонацию ВВ. Это позволило применять в больших количествах такие ВВ, которые без детонатора взорвать трудно (аммониты, динамоны, водонаполненные ВВ). Применение ВВ стало и более экономичным и более безопасным. Существенно улучшились и способы применения ВВ.

  Современная взрывная техника позволяет производить взрывы огромных (несколько тысяч т ) зарядов ВВ с большим полезным эффектом и обеспечением полной безопасности людей и прилегающих сооружений. Мировое производство ВВ составляет несколько млн. т в год.

  Лит.: Андреев К. К., Беляев А. Ф., Теория взрывчатых веществ, М., 1960; Андреев К. К., Термическое разложение и горение взрывчатых веществ, 2 изд., М., 1966; Орлова Е. Ю., Химия и технология бризантных взрывчатых веществ, М., 1960; Баум Ф. А., Станюкович К. П., Шехтер Б. И., Физика взрыва, М., 1959; Светлов Б. Я., Яременко Н. Е., Теория и свойства промышленных взрывчатых веществ, 2 изд., М., 1966; Беляев А. Ф., Горение, детонация и работа взрыва конденсированных систем, М., 1968; Горст А. Г., Пороха и взрывчатые вещества, 2 изд., М., 1957; Взрывчатые вещества и пороха, М., 1955; Дубнов Л. В., Предохранительные взрывчатые вещества в горной промышленности, М. – Л., 1953; Гольбиндер А. И. и Андреев К. К., Антигризутные взрывчатые вещества, М., 1947; Блинов И. Ф., Хлоратные и перхлоратные взрывчатые вещества, М., 1941.

  Б. Н. Кондриков.