Взрывчатые вещества

Содержание:

Начало в жидком виде
Классификация химических реакций по агрегатному состоянию реагирующих веществ (по фазовому составу)
Причины
Справочная информация
Начало в жидком виде
Примечания
Бризантность взрывчатого вещества
Основные свойства ВВ
Физическое состояние
Ядерные цепные реакции
Общая характеристика задач оценки
Химические взрывы
- Ядерные взрывы

Начало в жидком виде

История современных взрывчатых веществ начинается в 1846 году, когда итальянский ученый Асканио Собреро впервые получил нитроглицерин — сложный эфир глицерина и азотной кислоты. Собреро достаточно быстро обнаружил взрывчатые свойства бесцветной вязкой жидкости и потому поначалу назвал полученное соединение пироглицерином.

Альфред Нобель — человек, создавший динамит.
Трехмерная модель молекулы нитроглицерина.

По современным представлениям нитроглицерин — весьма посредственная взрывчатка. В жидком состоянии он слишком чувствителен к удару и нагреву, а в твердом (охлажденном до 13°С) — к трению. Фугасность и бризантность нитроглицерина сильно зависят от способа инициирования, а при использовании слабого детонатора мощность взрыва сравнительно невелика. Но тогда это было прорывом — мир еще не знал подобных веществ.

Практическое использование нитроглицерина началось лишь спустя семнадцать лет. В 1863 году шведский инженер Альфред Нобель конструирует пороховой капсюль-воспламенитель, позволяющий использовать нитроглицерин в горном деле. Спустя еще два года, в 1865 году, Нобель создает первый полноценный капсюль-детонатор, содержащий фульминат ртути. При помощи такого детонатора можно инициировать практически любое бризантное взрывчатое вещество и вызвать полноценный взрыв.

В 1867 году появляется первая взрывчатка, пригодная для безопасного хранения и транспортировки, — динамит. Девять лет потребовалось Нобелю на то, чтобы довести технологию производства динамита до совершенства — в 1876 году был запатентован раствор нитроцеллюлозы в нитроглицерине (или «гремучий студень»), который до сегодняшнего дня считается одним из самых мощных взрывчатых веществ бризантного действия. Именно из этого состава готовился знаменитый динамит Нобеля.

Выдающийся химик и инженер Альфред Нобель, фактически изменивший лицо мира и давший реальный толчок развитию современной военной и, косвенно, космической технике скончался в 1896 году, прожив 63 года. Имея слабое здоровье, он так увлекался работой, что часто забывал поесть. На каждом из его заводов строилась лаборатория, чтобы неожиданно приехавший хозяин мог продолжить эксперименты без малейшей задержки. Он был и генеральным директором своих заводов, и главным бухгалтером, и главным инженером и технологом, и секретарем. Жажда познания была основной чертой его характера: «Вещи, над которыми я работаю, действительно чудовищны, но они так интересны, так совершенны технически, что становятся привлекательными вдвойне».

Классификация химических реакций по агрегатному состоянию реагирующих веществ (по фазовому составу)

Вещества могут существовать в трех основных агрегатных состояниях — твердом, жидком и газообразном. По фазовому состоянию разделяют реакции гомогенные и гетерогенные.

Гомогенные реакции — это такие реакции, в которых реагирующие вещества и продукты находятся в одной фазе, и столкновение реагирующих частиц происходит во всем объеме реакционной смеси. К гомогенным реакциям относят взаимодействия жидкость-жидкость и газ-газ.

Например, окисление сернистого газа:

2SO_2(г) + O_2(г) = 2SO_3(г)

Гетерогенные реакции — это реакции, в которых реагирующие вещества и продукты находятся в разных фазах. При этом столкновение реагирующих частиц происходит только на границе соприкосновения фаз. К таким реакциям относятся взаимодействия газ-жидкость, газ-твердая фаза, твердая-твердая, и твердая фаза — жидкость.

Например, взаимодействие углекислого газа и гидроксида кальция:

CO_2(г) + Ca(OH)_2(р-р) = CaCO_3(тв) + H₂O

Для классификации реакций по фазовому состоянию полезно уметь определять фазовые состояния веществ. Это достаточно легко сделать, используя знания о строении вещества, в частности, о типах кристаллической решетки.

Вещества с ионной, атомной или металлической кристаллической решеткой, как правило твердые при обычных условиях; вещества с молекулярной решеткой, как правило, жидкости или газы при обычных условиях.

Обратите внимание, что при нагревании или охлаждении вещества могут переходить из одного фазового состояния в другое. В таком случае необходимо ориентироваться на условия проведения конкретной реакции и физические свойства вещества

Например, получение синтез-газа происходит при очень высоких температурах, при которых вода — пар:

CH_4(г) + H2O_(г) = CO_(г) + 3H_2(г)

Таким образом, паровая конверсия метана — гомогенная реакция.

Причины

Есть три основные причины , которые могут вызвать техногенные пожары:

Незнание правил пожарной безопасности.
Профессиональная недисциплинированность.
Некачественно выполненные строительные или ремонтные работы.

Предприятия химической промышленности

Происшествия на предприятиях химической отрасли имеют очень серьезные последствия. Они оказывают негативное воздействие не только на человека, но и на всю окружающую среду. Чаще всего трагедии на таких объектах возникают в силу:

Некачественного оборудования и отсутствия его ТО.
Отсутствия надежной противоаварийной системы защиты или полного ее отсутствия.
Природных катаклизмов.
Несоблюдения правил безопасности.
Разгерметизации емкостей с опасными жидкостями.

Предприятия с наличием взрывоопасных компонентов

Нефтеперерабатывающие предприятия и заводы по изготовлению лакокрасочных материалов находятся в зоне риска. Чаще всего пожары здесь возникают в силу следующих причин:

Нарушения в процессе проектирования объектов и их строительства.
Игнорирование правилами безопасности.
Отсутствие надежной пожарной системы безопасности.

Распространение огня на таких предприятиях происходит в силу:

Содержания большого количества взрывоопасных и легковоспламеняющихся смесей.
Отсутствия автоматической системы безопасности.

Объекты радиационной опасности

Пожары на радиационно-опасных предприятиях и несвоевременная их ликвидация могут привести к самым серьезным последствиям. Скорость и эффективность ликвидации очагов зависит от правильного выбора оборудования, методов борьбы с огнем, а также уровня подготовленности рабочего персонала. В данном случае могут использоваться роботехнические средства, которые используются там, где пребывание человека может быть опасным для его жизни.

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовПриказыКонтрактыВыполнение работПротоколы рассмотрения заявокАукционыПроектыПротоколыБюджетные организацииМуниципалитетыРайоныОбразованияПрограммыОтчетыпо упоминаниямДокументная базаЦенные бумагиПоложенияФинансовые документыПостановленияРубрикатор по темамФинансыгорода Российской Федерациирегионыпо точным датамРегламентыТерминыНаучная терминологияФинансоваяЭкономическаяВремяДаты2015 год2016 годДокументы в финансовой сферев инвестиционной

Начало в жидком виде

Альфред Нобель — человек, создавший динамит.
Трехмерная модель молекулы нитроглицерина.

Примечания

. Министерство обороны Российской Федерации (Минобороны России). Дата обращения: 20 июля 2020.
Андреев К.К. Взрыв и взрывчатые вещества —М.: Военное издательство Министерства Обороны Союза ССР, 1956 с. 5
Взрывное превращение//Горная энциклопедия. Том 1. Аа-лава-геосистема — М.: Советская энциклопедия, 1984
Гельфанд Б. Е., Сильннков М. В. Взрывобезопасность: учебник — СПб.: Астерион, 2006
Девисилов В. А., Дроздова Т. И., Тимофеева С. С. Теория горения и взрыва : практикум : учебное пособие — М.: Форум, 2012
Водяник В.И. Горение и взрыв газов//Безопасность труда в промышленности N 1, 2005
↑ Д. З. Хуснутдинов, А. В. Мишуев, В. В. Казеннов и др. Аварийные взрывы газовоздушных смесей в атмосфере : монография — М.: МГСУ, 2014
Бейкер У. и др. Взрывные явления. Оценка и последствия т. 1 — М.: «Мир», 1986
Овчаренко Н. Л. Предупреждение взрывов в доменных и сталеплавильных цехах — М., 1963
Взрывное горение//Горная энциклопедия. Том 1. Аа-лава-геосистема — М.: Советская энциклопедия, 1984
↑ Взрыв//Горная энциклопедия. Том 1. Аа-лава-геосистема — М.: Советская энциклопедия, 1984
Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика: Учеб. пособ.: Для вузов. В 10 т. Т. VI. Гидродинамика. — 5-е изд., стереот. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001.
↑ Таубкин И. С. О терминологии в уголовно-правовой классификации взрывов//Теория и практика судебной экспертизы №1 (29) 2013
Покровский Г. И. Взрыв и его действие — М., 1954

Бризантность взрывчатого вещества

Бризантностью взрывчатого вещества называют егс способность дробить прилегающую к нему среду (дерево, металл, горные породы и пр.).

Воздействие взрыва на окружающую среду отличается практически мгновенным скачком давления до весьма высоких его величин, но затем в связи с расширение*, продуктов взрыва давление в них быстро падает до атмосферного и ниже, вновь поднимаясь до атмосферного.

Ввиду крайне малого промежутка времени, в течение которого поддерживается избыточное над атмосферным давление, действие взрыва имеет так называемый импульсный характер. Полный импульс соответствует полной работе взрыва и равен площади избыточного давления.

Бризантному действию соответствует только малая часть импульса, расположенная в непосредственной близости к пиковому давлению, которое пропорционально квадрату скорости детонации и плотности взрывчатого вещества. Следовательно, бризантность тем больше, чем больше эти значения.

Бризантность определяется пробой Гесса (проба обжатием свинцового цилиндрика) следующим образом:

Основные свойства ВВ

Главными из них являются:

температура продуктов взрыва;
теплота взрыва;
скорость детонации;
бризантность;
фугасность.

На последних двух пунктах следует остановиться отдельно. Бризантность ВВ – это его способность разрушать прилегающую к нему среду (горную породу, металл, дерево). Данная характеристика во многом зависит от физического состояния, в котором находится взрывчатка (степень измельчения, плотность, однородность). Бризантность напрямую зависит от скорости детонации взрывчатого вещества — чем она выше, тем лучше ВВ может дробить и разрушать окружающие предметы.

Повышенной мощности: гексоген, тетрил, оксоген;
Средней мощности: тротил, мелинит, пластид;
Пониженной мощности: ВВ на основе аммиачной селитры.

Не менее важным свойством взрывчатых веществ является его фугасность. Это самая общая характеристика любого ВВ, она показывает насколько та или иная взрывчатка обладает разрушающей способностью. Фугасность напрямую зависит от количества газов, которые образовываются при взрыве. Следует отметить, что бризантность и фугасность, как правило, не связаны между собой.

Существует общепринятый способ определения мощности различных взрывчатых веществ. Это так называемый тротиловый эквивалент, когда мощность тротила условно принимается за единицу. Используя этот способ можно высчитать, что мощность 125 гр тротила равна 100 гр гексогена и 150 гр аммонита.

Чтобы лучше показать, насколько важна эта характеристика взрывчатого вещества, можно сказать, что американцы разработали специальный стандарт (STANAG 4439) для чувствительности взрывчатых веществ. И на это им пришлось пойти не от хорошей жизни, а после череды тяжелейших несчастных случаев: при подрыве на американской базе ВВС «Бьен-Хо» во Вьетнаме погибли 33 человека, вследствие взрывов на авианосце «Форрестол» были повреждены около 80 самолетов, а также после детонации авиаракет на авианосце «Орискани» (1966 год). Так что хороша не просто мощная взрывчатка, а детонирующая именно в нужный момент — и никогда больше.

Все современные ВВ – это либо химические соединения, либо механические смеси. К первой группе относятся гексоген, тротил, нитроглицерин, пикриновая кислота. Химические взрывчатые вещества, как правило, получают нитрованием различных видов углеводородов, что приводит к введению в их молекулы азота и кислорода. Ко второй группе – аммиачно-селитренные ВВ. В состав взрывчатых веществ подобного типа обычно входят вещества, богатые кислородом и углеродом. Для повышения температуры взрыва в смеси часто добавляют порошки металлов: алюминия, бериллия, магния.

Кроме всех вышеперечисленных свойств, любое взрывчатое вещество должно быть химически стойким и пригодным для длительного хранения. В 80-х годах прошлого века китайцы сумели синтезировать мощнейшую взрывчатку – трициклическую мочевину. Ее мощность превосходила тротил в двадцать раз. Проблема была в том, что через несколько дней после изготовления вещество разлагалось и превращалось в слизь, непригодную для дальнейшего использования.

Физическое состояние

Американская бомба BLU-82/B содержит 5700 кг аммонала. Это одна из самых мощных неядерных бомб.

Эта классификация весьма обширна. Она включает в себя не только три состояния вещества (газ, жидкость, твердое тело), но и всевозможные дисперсные системы (гели, суспензии, эмульсии). Типичный представитель жидких взрывчатых веществ — нитроглицерин — при растворении в нем нитроцеллюлозы превращается в гель, известный как «гремучий студень», а при смешивании этого геля с твердым абсорбентом образуется твердый динамит.

Так называемые «гремучие газы», то есть смеси водорода с кислородом или хлором, практически не используются ни в промышленности, ни в военном деле. Они крайне нестабильны, обладают исключительно высокой чувствительностью и не позволяют производить точное взрывное воздействие. Существуют, однако, так называемые боеприпасы объемного взрыва, к которым военные проявляют большой интерес. Они не попадают в категорию газообразных взрывчатых веществ, но достаточно близки к ней.

Большинство современных промышленных составов — водные суспензии композитов, состоящих из аммиачной селитры и горючих компонентов. Такие составы очень удобны для транспортировки к месту проведения взрывных работ и заливки в шпуры. А широко распространенные составы Шпренгеля хранятся раздельно и готовятся непосредственно на месте применения в необходимом количестве.

Взрывчатые вещества военного применения, как правило, твердые. Всемирно известный тринитротолуол плавится без разложения и потому позволяет создавать монолитные заряды. А не менее известные гексоген и ТЭН при плавлении разлагаются (иногда с взрывом), поэтому заряды из таких взрывчатых веществ формируются прессованием кристаллической массы во влажном состоянии с последующим высушиванием. Аммониты и аммоналы, используемые при снаряжении боеприпасов, обычно гранулируют для облегчения засыпки.

Ядерные цепные реакции

Ядерная цепная реакция была предложена Силардом в 1933 году, вскоре после того , как нейтрон был обнаружен, но более чем за пять лет до ядерного деления было впервые обнаружено. Силард знал о цепных химических реакциях, и он читал о ядерной реакции, производящей энергию, с участием протонов высокой энергии, бомбардирующих литий, продемонстрированной Джоном Кокрофтом и Эрнестом Уолтоном в 1932 году. Теперь Сцилард предложил использовать нейтроны, теоретически произведенные из некоторых ядерных источников. реакции в легких изотопах, чтобы вызвать дальнейшие реакции в легких изотопах, которые производят больше нейтронов. Теоретически это вызовет цепную реакцию на уровне ядра. Он не рассматривал деление как одну из этих реакций с образованием нейтронов, поскольку в то время эта реакция не была известна. Предложенные им эксперименты с использованием бериллия и индия провалились.

Позже, после того, как в 1938 году было обнаружено деление, Сцилард немедленно осознал возможность использования нейтронно-индуцированного деления в качестве особой ядерной реакции, необходимой для создания цепной реакции, при условии, что деление также производит нейтроны. В 1939 году с участием Энрико Ферми Сцилард доказал эту реакцию размножения нейтронов в уране. В этой реакции нейтрон плюс делящийся атом вызывает деление, приводящее к большему количеству нейтронов, чем один нейтрон, который был израсходован в начальной реакции. Так родилась практическая цепная ядерная реакция по механизму нейтронно-индуцированного деления ядер.

В частности, если один или несколько образовавшихся нейтронов сами взаимодействуют с другими делящимися ядрами, и они также подвергаются делению, тогда существует вероятность того, что макроскопическая общая реакция деления не остановится, а будет продолжаться во всем реакционном материале. Тогда это самораспространяющаяся и, следовательно, самоподдерживающаяся цепная реакция. Это принцип ядерных реакторов и атомных бомб .

Демонстрация самоподдерживающейся цепной ядерной реакции была осуществлена Энрико Ферми и другими при успешной эксплуатации первого искусственного ядерного реактора Chicago Pile-1 в конце 1942 года.

Общая характеристика задач оценки

Для принятия решений по защите от воздействия воздушной ударной волны (ВУВ) взрыва на здания, сооружения, технику или на людей, а также для выработки мер взрывобезопасности необходимы данные, характеризующие взрывы, которые могут происходить во время военных действий, в производственной сфере и в быту. Наиболее достоверные сведения о взрыве можно получить путем проведения эксперимента. Однако, такой подход не всегда применим. Поэтому наиболее распространены расчетные методы, позволяющие определять значения параметров, характеризующих взрывы. В ходе расчетов используются следующие показатели:

вид и количество взрывчатого вещества (ВВ);
условия взрыва;
расстояние от места взрыва до места оценки его последствий;
параметры ударной волны;
степень повреждения (разрушения) зданий, сооружений, техники или степень поражения людей.

Для проведения расчетов разработано и представлено в технической литературе значительное количество функциональных зависимостей, которые связывают между собой эти показатели. Конкретный вид расчетных соотношений, выражающих эти функциональные зависимости, определяется условиями взрыва, к которым относятся: тип ВВ (конденсированное ВВ, газовоздушные смеси, пылевоздушные смеси и др.), место взрыва (воздушный, наземный или заглубленный взрыв), наличие преград, отражающих ударную волну и другие условия.

Разные авторы предлагают разные виды функциональных зависимостей для определения одних и тех же показателей, позволяющие получить либо большую точность, либо простоту, либо какие-нибудь другие преимущества при проведении расчетов

Поэтому при выборе того или иного соотношения для проведения расчетов следует особое внимание обращать на систему ограничений, определяющих возможность его использования

Вся совокупность задач по проведению расчетов может быть разделена на две группы: задачи прогнозирования последствий взрыва по заданному количеству ВВ и задачи определения количества ВВ по заданным последствиям взрыва.

Задачи прогнозирования соответствуют ситуации, когда взрыва еще не было, т.е. требуется рассчитать показатели, характеризующие будущий взрыв. В таких задачах в качестве исходных данных обычно используются сведения о количестве ВВ и об условиях взрыва. При этом в результате расчетов должны быть получены значения параметров ударной волны (или других поражающих факторов) на заданном расстоянии от места взрыва (прямая задача), или определено расстояние от места взрыва, на котором параметры ударной волны будут иметь заданное значение (обратная задача).

Задачи определения исходных характеристик ВВ по результатам взрыва обычно приходится решать при расследовании и анализе причин аварийных взрывов. В этих задачах известны условия взрыва, место взрыва и степень разрушений по мере удаления от его эпицентра. В результате решения должно быть определено количество взорвавшегося вещества. Для расчетов в этих задачах используются те же функциональные зависимости между степенью повреждения, количеством ВВ и расстоянием от места взрыва, что и при решении задач прогнозирования.

Настоящий курс лекций не предусматривает подробного рассмотрения всего многообразия вариантов проведения расчетов для различных условий взрыва и поражающих факторов. Далее будут рассматриваться только приближенные методы проведения расчетов, связанные с наиболее распространенными типами взрывов конденсированных ВВ и ГВС в открытом, не замкнутом пространстве. Из числа поражающих факторов взрыва будет рассматриваться только воздушная ударная волна.

Расчетные соотношения, используемые при решении задач.

Тротиловый эквивалент массы ВВ.

Количество взрывчатого вещества или его массу М_BB при проведении расчетов выражают через тротиловый эквивалент М_Т. Тротиловый эквивалент представляет собой массу тротила, при взрыве которой выделяется столько же энергии, сколько выделится при взрыве заданного количества конкретного ВВ. Значение тротилового эквивалента определяется по соотношению:

Химические взрывы

Единого мнения о том, какие именно химические процессы следует считать взрывом, не существует. Это связано с тем, что высокоскоростные процессы могут протекать в виде детонации или дефлаграции (медленного горения). Детонация отличается от горения тем, что химические реакции и процесс выделения энергии идут с образованием ударной волны в реагирующем веществе, и вовлечение новых порций взрывчатого вещества в химическую реакцию происходит на фронте ударной волны, а не путём теплопроводности и диффузии, как при медленном горении. Различие механизмов передачи энергии и вещества влияют на скорость протекания процессов и на результаты их действия на окружающую среду, однако на практике наблюдаются самые различные сочетания этих процессов и переходы горения в детонацию и обратно. В связи с этим обычно к химическим взрывам относят различные быстропротекающие процессы без уточнения их характера.

Химический взрыв неконденсированных веществ от горения отличается тем, что горение происходит, когда горючая смесь образуется в процессе самого горения.

Существует более жёсткий подход к определению химического взрыва как исключительно детонационному. Из этого условия с необходимостью следует, что при химическом взрыве, сопровождаемом окислительно-восстановительной реакцией (сгоранием), сгорающее вещество и окислитель должны быть перемешаны, иначе скорость реакции будет ограничена скоростью процесса доставки окислителя, а этот процесс, как правило, имеет диффузионный характер. Например, природный газ медленно горит в горелках домашних кухонных плит, поскольку кислород медленно попадает в область горения путём диффузии. Однако, если перемешать газ с воздухом, он взорвётся от небольшой искры — объёмный взрыв. Существуют очень немногие примеры химических взрывов, не имеющих своей причиной окисление/восстановление, например реакция мелкодисперсного оксида фосфора(V) с водой, но её можно рассматривать и как паровой взрыв.

Индивидуальные взрывчатые вещества, как правило, содержат кислород в составе своих собственных молекул. Это метастабильные вещества, которые способны храниться более или менее долгое время при нормальных условиях. Однако при инициировании взрыва веществу передаётся достаточная энергия для самопроизвольного распространения волны горения или детонации, захватывающей всю массу вещества. Подобными свойствами обладают нитроглицерин, тринитротолуол и другие вещества. Бездымные пороха и чёрный порох, который состоит из механической смеси угля, серы и селитры, в обычных условиях не способны к детонации, но их традиционно также относят к взрывчатым веществам.

Ядерные взрывы

Ядерный взрыв — это неуправляемый процесс высвобождения большого количества тепловой и лучевой энергии в результате цепной ядерной реакции расщепления атома или реакции термоядерного синтеза. Искусственные ядерные взрывы в основном используются в качестве мощнейшего оружия, предназначенного для уничтожения крупных объектов и скоплений.