Doista, vrag sjedi u eksplozivu, spreman u svakoj sekundi početi uništavati i razbijati sve oko sebe. Držanje ovog paklenog stvorenja pod kontrolom i njegovo puštanje samo kad je to potrebno glavni je problem koji kemičari i pirotehničari moraju riješiti pri stvaranju i upotrebi eksploziva. U povijesti stvaranja i razvoja eksploziva (eksploziva), kao u kapi vode, prikazana je povijest nastanka, razvoja i uništavanja država i carstava.
Pripremajući nacrt lekcija, autor je više puta primijetio da su zemlje čiji su vladari budnu pozornost posvećivali razvoju znanosti, a prije svega prirodnom trojstvu matematičara - fizike - kemije - dosegle vrhunce u svom razvoju. Upečatljiv primjer može biti brzi uspon na svjetsku scenu Njemačke, koja je u pola stoljeća napravila iskorak iz unije različitih država, od kojih je neke čak i na detaljnoj karti Europe bilo teško vidjeti bez "malog opsega", u carstvo s kojim se moralo računati stoljeće i pol. Ne umanjujući zasluge velikog Bismarcka u ovom procesu, citirat ću njegovu frazu, koju je rekao nakon pobjedničkog završetka francusko-pruskog rata: "Ovaj rat je dobio jednostavan učitelj njemačkog jezika". Autor bi svoj osvrt želio posvetiti kemijskom 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 Julesa Vernea, namjerno izbjegava navođenje specifičnih tehnoloških detalja i usmjerava svoju pozornost 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? "A ne" Tko je prvi dobio? supstancu ".
Osim toga, autor traži od čitatelja oprost za prisilnu uporabu kemijskih izraza - atributa znanosti (što pokazuje i njegovo vlastito pedagoško iskustvo, a ne 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 čimbenicima. Metode za određivanje karakteristika eksploziva također se ne razlikuju po ujednačenosti (iako će ovdje biti više standardizacije) i također ne pate od posebne ponovljivosti.
BB klasifikacija
Ovisno o vrsti eksplozije i osjetljivosti na vanjske utjecaje, svi se eksplozivi dijele u tri glavne skupine:
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 tvari koje se pokreću koriste samo za poticanje eksplozije miniranja ili pogona eksploziva. Kako bi se osigurala sigurnost uporabe eksplozivnih sredstava za pokretanje, oni su pakirani u zaštitne uređaje (kapsula, čahura kapsule, kapa detonatora, električni detonator, osigurač). Tipični predstavnici inicirajućih eksploziva: živin fulminat, olovni azid, tenres (TNPC).
Eksplozivi za miniranje. O tome, zapravo, govore i pišu. Opremaju granate, mine, bombe, rakete, nagazne mine; dižu u zrak mostove, automobile, poslovne ljude …
Eksplozivi za miniranje podijeljeni su u tri skupine 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 razni baruti - crni zadimljeni, bezdimni piroksilin i nitroglicerin. Također uključuju razne pirotehničke smjese za vatromete, signalne i rasvjetne rakete, granate za rasvjetu, mine i zračne bombe.
O crnom prahu i Black Bertholdu
Nekoliko stoljeća, jedina vrsta eksploziva koju su ljudi koristili bio je crni prah. Uz njegovu pomoć, topovske su kugle bacane na neprijatelja, a njime su se punile eksplozivne granate. Barut se koristio u podzemnim rudnicima za uništavanje zidina tvrđava, za drobljenje stijena.
U Europi je postalo poznato od 13. stoljeća, a još ranije u Kini, Indiji i Bizantu. Prvi zabilježeni opis baruta za vatromet opisao je kineski znanstvenik Sun-Simyao 682. godine. Maksimilijan Grk (XIII-XIV stoljeće) u raspravi "Knjiga svjetla" opisao je mješavinu na bazi kalijevog nitrata, koja se u Bizantu koristila kao poznati "grčki požar" i sastoji se od 60% nitrata, 20% sumpora i 20% ugljena.
Europska povijest otkrića baruta počinje od Engleza, franjevačkog redovnika Rogera Bacona, koji 1242. godine 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 redovnik Berthold Schwartz (1351.). Međutim, moguće je da se radilo o jednoj osobi: uporaba pseudonima u srednjem vijeku bila je prilično česta, 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), jednostavnost pripreme - sve je to barutu jamčilo trijumfalni marš kroz zemlje Europe i Azija. Jedini je problem bio dobiti velike količine kalijevog nitrata, no taj se zadatak uspješno nosio. Budući da je u to vrijeme jedino poznato nalazište kalijevog nitrata bilo u Indiji (otuda i drugi naziv - indijski), lokalna proizvodnja uspostavljena je u gotovo svim zemljama. Bilo ga je nemoguće nazvati ugodnim, čak i uz solidnu zalihu optimizma: sirovine za njega bili su gnoj, iznutrice životinja, urin i životinjska dlaka. Najmanje neugodni sastojci u ovoj smrdljivoj i jako zaprljanoj smjesi bili su vapno i potaša. Svo to bogatstvo nekoliko mjeseci bacalo se u jame, gdje je fermentiralo pod utjecajem azotobakterija. Otpušteni amonijak oksidirao se u nitrate, što je u konačnici dalo željeni nitrat, koji je izoliran i pročišćen rekristalizacijom - također je zanimanje, reći ću, ne najugodnije. Kao što vidite, u tom 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 modernog streljiva. Sve do kraja prve trećine 19. stoljeća barut je u potpunosti zadovoljavao potrebe napretka. No, znanost 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 temelju 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 kalijev klorat, a ne kemičari - Bertholletovu sol. To se dogodilo 1786. I premda vražja 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 utemeljitelj novih vrsta eksploziva - pokretači.
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. Prvo tiskano izvješće o njemu objavljeno je u časopisu L'Institut (XV, 53) 15. veljače 1847. i zaslužuje neki citat. Prvi dio kaže:
“Ascagno Sobrero, profesor tehničke kemije 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, vabljenje, dekstrit, mliječni šećer itd. Sobrero je također proučavao učinak mješavine dušične i sumporne kiseline na glicerin, a iskustvo mu je pokazalo da se dobiva tvar, slična zveckanju pamuka …"
Nadalje, postoji opis pokusa nitriranja, zanimljiv samo organskim kemičarima (pa čak i tada samo s povijesnog gledišta), 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 njegu i pažnju pri rukovanju.
1. Osjetljivost: 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 kubičnih metara. vidi [6].
Mogućnost uporabe nitroglicerina pokazao je poznati ruski kemičar N. N. Zinin, koji je 1853.-1855. Tijekom Krimskog rata, zajedno s vojnim inženjerom V. F. Petrushevskim, proizveo veliku količinu nitroglicerina.
Profesor Kazanskog sveučilišta N. N. Zinin
Vojni inženjer V. F. Petruševski
No, vrag 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. Tijekom skladištenja može eksplodirati. 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 suzbijanja zlog vraga poduzimali 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 desetaka tvari, od kojih je najbolja infuzijska zemlja - porozni silikat, čiji 90% volumena pada na pore koje mogu pohlepno apsorbirati nitroglicerin), nitroglicerin je postao mnogo "susretljiviji", 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 neovisno miješa nitroglicerin s magnezijem i prima eksploziv, kasnije nazvan "ruski dinamit".
Nitroglicerin (točnije, glicerin trinitrat) je potpuni ester glicerina i dušične kiseline. Obično se dobiva tretiranjem glicerina smjesom sumporno -dušične kiseline (kemijskim jezikom - 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 jednom ciklusu dobiveno je oko 700 g nitroglicerina, a tijekom sat vremena takve su operacije izvedene u 3-4.
No, rastuće potrebe donijele su vlastite prilagodbe tehnologiji proizvodnje nitroglicerina. S vremenom (1882.) razvijena je tehnologija proizvodnje eksploziva u nitratorima. U tom slučaju proces je podijeljen u dvije faze: u prvoj fazi glicerin se pomiješao s polovicom količine sumporne kiseline, pa je tako iskorištena većina oslobođene topline, nakon čega je gotova smjesa dušične i sumporne kiseline uveden je u istu posudu. 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 stupnjeva.
Zbog različite specifične težine nitroglicerina (1, 6) i otpadne kiseline (1, 7), skuplja se odozgo s oštrim sučeljem. Nakon nitriranja, nitroglicerin se ispere vodom, zatim ispere s kiselinom od sode i opet opere vodom. Miješanje se u svim fazama procesa vrši komprimiranim zrakom. Sušenje se provodi filtriranjem kroz sloj kalcinirane kuhinjske soli [9].
Kao što vidite, reakcija je prilično jednostavna (sjetimo se terorističkog vala s kraja 19. stoljeća, koju su podigli "bombarderi" koji su ovladali jednostavnom znanošću primijenjene kemije) i pripada broju "jednostavnih kemijskih procesa" (A. Stetbacher). Gotovo svaka količina nitroglicerina može se napraviti u najjednostavnijim uvjetima (pravljenje crnog praha nije puno 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 (koncentracija najmanje 62%).
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 ne gore od svog praotaca, a izgaranje se u određenim slučajevima pretvara u eksploziju.
No, iskušenje da se dobije moćno streljivo bilo je neodoljivo. Kroz prilično opasne i složene pokuse 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 tehničkoj razini vidjelo se u korištenju komprimiranog zraka. U lipnju 1886. poručnik Edmund Ludwig G. Zelinsky iz 5. topničke pukovnije američke vojske testirao je i doradio originalni američki inženjerski dizajn. Pneumatski top kalibra 380 mm i duljine 15 m uz pomoć zraka komprimiranog do 140 atm mogao je baciti projektile duljine 3,35 m s 227 kg dinamita na 1800 mA projektila duljine 1,83 m s 51 kg dinamit i svih 5 tisuća m
Pokretnu snagu davala su dva cilindra komprimiranog zraka, a gornji je fleksibilnim crijevom spojen s alatom. Drugi cilindar bio je rezerva za napajanje gornjeg, a sam se tlak u njemu održavao uz pomoć parne pumpe zakopane u zemlju. Projektil s dinamitom imao je oblik strelice - topničke strijele - i imao je bojnu glavu od 50 kilograma.
Vojvoda od Cambridgea naredio je vojsci da testira jedan takav sustav u Milford Havenu, no pištolj je potrošio gotovo cijelo streljivo prije nego što je konačno pogodio metu, koja je, međutim, vrlo učinkovito uništena. Američki admirali bili su oduševljeni novim topom: 1888. godine oslobođen je novac za izradu 250 dinamitnih topova za obalno topništvo.
Zelinski je 1885. osnovao tvrtku Pneumatic Gun Company kako bi u vojsku i mornaricu uveo pneumatske topove s dinamitnim granatama. Njegovi eksperimenti doveli su do govora o zračnom oružju kao novom oružju koje obećava. Američka mornarica čak je 1888. izgradila dinamičku krstaricu Vesuvius tešku 944 tone, naoružanu s tri od tih 381 mm topova.
Dijagram krstarica "dinamit" "Vezuv"
[centar]
A ovako je izgledalo njegovo stacionarno oružje[/centar]
Ali čudna stvar: nakon nekoliko godina entuzijazam je ustupio mjesto razočaranju. "Tijekom Španjolsko-američkog rata", rekli su o tome američki topnici, "ti topovi nikada nisu pogodili pravo mjesto." I premda 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. brod je prilikom porinuća doživio ozbiljnu nesreću.
Godine 1897. Holland je ponovno naoružao svoju podmornicu broj 8. novim topom Zelinsky. 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 od 222 lbs. 100,7 kg) svaki). Međutim, zbog prekratke cijevi, ograničene veličinom čamca, ovaj je top imao kratak domet. Nakon praktičnog snimanja, izumitelj ga je demontirao 1899.
U budućnosti niti Nizozemska niti drugi dizajneri nisu na svoje podmornice instalirali oružje (aparate) za ispaljivanje mina i granata od dinamita. Tako su pištolji Zelinskog neprimjetno, ali brzo napustili pozornicu [12].
Braća i sestre nitroglicerina
S kemijskog gledišta, glicerin je najjednostavniji predstavnik klase trihidričnih alkohola. Postoji njegov dvoatomski analog - etilen glikol. Je li čudo što su kemičari nakon upoznavanja s nitroglicerinom skrenuli pozornost na etilen glikol, nadajući se da će biti prikladniji za upotrebu.
Ali i ovdje je vrag eksploziva pokazao svoj hiroviti karakter. Pokazalo se da se karakteristike dinitroetilen glikola (ovaj eksploziv nikada nije dobio svoje ime) ne razlikuju mnogo od nitroglicerina:
1. Osjetljivost: detonacija kada teret od 2 kg padne s 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 kubičnih metara. cm
Henry ga je prvi put dobio 1870. Dobiva se pažljivim nitriranjem etilen glikola prema postupku sličnom pripravi nitroglicerina (smjesa za nitriranje: H2SO4 - 50%, HNO3 - 50%; omjer - 1 do 5 u odnosu na Etilen glikol).
Postupak nitriranja može se provesti 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 uporaba nije obećavala značajne koristi. Dodamo li tome veću nestabilnost od one u NG -u i manju dostupnost sirovina, onda postaje jasno da ni ovaj put nikuda nije vodio.
Međutim, također se nije pokazao potpuno beskorisnim. U početku se koristio kao dodatak dinamitu, tijekom Drugog svjetskog rata, zbog nedostatka glicerina, korišten je kao zamjena za nitroglicerin u bezdimnim prašcima. Takvi prahovi imali su kratak rok trajanja zbog hlapljivosti DNEG -a, ali u ratnim uvjetima to nije bilo važno: nitko ih neće dugo skladištiti.
Pregača Christiana Schönbeina
Nije poznato koliko bi vojska potrošila vrijeme tražeći načine za smirivanje nitroglicerina da do kraja 19. stoljeća nije stigla industrijska tehnologija za proizvodnju drugog nitroestra. Ukratko, povijest njegova pojavljivanja je sljedeća [16].
1832. francuski kemičar 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 kemičar, Théophile-Jules Pelouse, na sličan je način obradio papir i karton i proizveo sličan materijal, koji je nazvao nitramidin. Tko bi tada mogao pomisliti, ali razlog nemogućnosti uporabe 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 pokuse u svom laboratoriju. Supruga mu je strogo zabranila da nosi svoje tikvice u kuhinju, pa je žurio dovršiti eksperiment u njezinoj odsutnosti - i prosuo je neku kaustičnu smjesu po stolu. U nastojanju da izbjegne skandal, on ga je, u najboljim tradicijama švicarske točnosti, obrisao radnom pregačom jer nije bilo previše mješavine. Zatim je, također u tradiciji švicarske štedljivosti, oprao pregaču vodom i objesio je iznad štednjaka da se osuši. Koliko je dugo ili kratko ondje visilo, povijest šuti, ali da je nakon sušenja pregača iznenada nestala, sigurno se zna. Štoviše, nestao je ne tiho, na engleskom, već glasno, moglo bi se čak reći i zanosno: u tren i glasan udarac eksplozije. No, evo što je privuklo Schönbeinovu pažnju: eksplozija se dogodila bez i trunke dima!
I premda Schönbein nije bio prvi koji je otkrio nitrocelulozu, njemu je bilo suđeno da izvede zaključak o važnosti otkrića. U to se vrijeme u topništvu koristio crni prah, čađa od koje je zaprljalo oružje da se u razmacima između hitaca mora 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 mjesto baterija. Jedino što je uljepšalo život bila je spoznaja da je neprijatelj na istom položaju. Stoga je vojska s entuzijazmom reagirala na eksploziv, koji daje mnogo manje dima, a osim toga, on je i snažniji od crnog praha.
Nitroceluloza, lišena nedostataka crnog praha, omogućila je uspostavu proizvodnje bezdimnog praha. U tradicijama tog vremena odlučili su ga upotrijebiti i kao pogonsko gorivo i kao eksploziv. Godine 1885., 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 pravilnošću, kao da se natječu s proizvodnjom nitroglicerina. Razvoj tehnologije za industrijsku proizvodnju piroksilina morao je svladati prepreke kao nijedan drugi eksploziv. Bilo je potrebno čitavo četvrt stoljeća da se izvedu brojni radovi istraživača iz različitih zemalja dok ovaj izvorni vlaknasti eksploziv nije postao prikladan za uporabu i sve dok nisu pronađena brojna sredstva i metode koje su na neki način jamčile eksploziju tijekom duljeg skladištenja proizvoda. Izraz "na bilo koji način" nije književno sredstvo, već odraz poteškoća 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 uporabe ovog eksploziva stalne eksplozije otkrivale su sve tajanstvenije značajke u ponašanju ovog osebujnog složenog etera. 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 izvrsne sirovine.
Nitriranje vlakana industrijski je savladano još 60 -ih godina 19. stoljeća i provodilo se u keramičkim posudama s daljnjim centrifugiranjem. Međutim, do kraja stoljeća ovu primitivnu metodu zamijenila je američka tehnologija, iako je tijekom Prvog svjetskog rata ponovno oživljena zbog svoje niske cijene i jednostavnosti (točnije, primitivizma).
Rafinirani pamuk ubacuje se u nitrator, dodaje se smjesa za nitriranje (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, voda - 7%) na temelju 15 kg vlakana, 900 kg smjese, što daje prinos od 25 kg piroksilina.
Nitratori su spojeni 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 stupnjevima nitriranja celuloze. Piroksilin, dobiven korištenjem fosforne kiseline umjesto sumporne kiseline, vrlo je stabilan, ali ova tehnologija nije uhvatila korijena zbog svoje veće cijene i manje produktivnosti.
Prešani piroksilin ima svojstvo samozapaljivosti i potrebno ga je navlažiti. Voda koja se koristi za ispiranje i stabiliziranje piroksilina ne smije sadržavati alkalna sredstva, budući da su proizvodi alkalnog uništenja katalizatori samozapaljivanja. Konačno sušenje do potrebnog sadržaja vlage postiže se ispiranjem apsolutnim alkoholom.
No navlažena 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. Osjetljivost piroksilina jako ovisi o vlažnosti. Suho (3 - 5% vlage) lako se zapali od otvorenog plamena ili dodira vrućeg metala, bušenja, trenja. Eksplodira kada teret od 2 kg padne s visine od 10 cm. Kad se vlaga 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, no 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 znanstveno proučavanje nevidljivih pojava koje se javljaju tijekom njegovog sagorijevanja. Bar bez dima nova je veza između moći zemalja i njihovog znanstvenog razvoja. Iz tog razloga, budući da sam jedan od ratnika ruske znanosti, u svojoj sve slabijoj snazi i godinama ne usuđujem se analizirati zadatke bezdimnog baruta …"
Čitatelj, čak i pomalo upoznat s poviješću kemije, vjerojatno je već pogodio čije su to riječi - briljantni ruski kemičar D. I. Mendeleev.
Mendeleev je uložio mnogo truda i pažnje u porrocheliy kao polje kemijskog znanja posljednjih godina svog života - 1890. -1897. No, 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 čvrsti oblik, veliku gustoću, jednostavnost oblikovanja, koncentriranu energiju i neosjetljivost na visoku vlažnost zraka. Žele, potpuno izgorio 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 temelju svog istraživanja postavio je potpuno određenu i kemijski strogo utemeljenu ideju: potrebna tvar tijekom izgaranja 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 oksidacijsku sposobnost za osiguravanje energije za cijeli ovaj proces. Detaljni izračun doveo je do formule sljedećeg sastava: C30H38 (NO2) 12O25. Prilikom gorenja trebali biste dobiti sljedeće:
C30H38 (NO2) 12O25 = 30 CO + 19 H2O + 6 N2
Provesti ciljanu reakciju sinteze tvari takvog sastava nije lak zadatak, pa je stoga u praksi korištena mješavina 7-10% nitroceluloze i 90-93% nitroglicerina. Postotak sadržaja dušika je oko 13,7%, što neznatno premašuje tu brojku za pirokolodiju (12,4%). Operacija nije osobito teška, ne zahtijeva uporabu složene opreme (izvodi se u tekućoj fazi) i odvija se pod normalnim uvjetima.
Nobel je 1888. godine dobio patent za barut od nitroglicerina i koloksilina (vlakna s niskim nitratom), nazvan poput piroksilinskog bezdimnog baruta. Sastav je do sada praktički nepromijenjen pod raznim tehničkim nazivima, 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 tablicu:
Stol 1.
BB …… Osjetljivost…. Energija… Brzina …… Brisance… Visoko eksplozivna
……… (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. Razlog niske stabilnosti ovih tvari, čini mi se, leži na površini. Oba spoja (ili trobrojni i dinitroetilen glikol) predstavnici su klase etera. A esterska skupina nikako nije jedna od vodećih u kemijskoj otpornosti. Umjesto toga, ona se može naći među strancima. Nitro skupina, koja sadrži dušik u prilično čudnom oksidacijskom 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 kemičari i vojska potrošili toliko vremena eksperimentirajući s njima? Kako se čini, mnogi i mnogi su osvojili. Vojska - velika moć i dostupnost sirovina, što je povećalo borbenu učinkovitost vojske i učinilo je neosjetljivom na isporuku u ratu. Tehnolozi - blagi uvjeti sinteze (nema potrebe za korištenjem visokih temperatura i povišenog tlaka) i tehnološka pogodnost (unatoč višestepenim procesima, sve se reakcije odvijaju u jednom reakcijskom volumenu i bez potrebe za izolacijom međuproizvoda).
Praktični prinosi proizvoda također su bili prilično visoki (tablica 2), što nije izazvalo hitnu potrebu za traženjem izvora velikih količina jeftine dušične kiseline (problem sa sumpornom kiselinom riješen je mnogo ranije).
Tablica 2.
BB …… Potrošnja reagensa po 1 kg….. Broj faza…. Broj emitiranih proizvoda
……… Dušična 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 vraga eksploziva: trinitrofenol i trinitrotoluen.
(Nastavit će se)
