Експлозив

Знак за опасност од експлозивних материја према одлуци 67/548/EWG Европског хемијског бироа.

Експлозиви су једињења или смесе који могу за врло кратко време да развију велику запремину гасова на високој температури. Процес веома брзог стварања топлотне и механичке енергије уз ослобађање гасова назива се експлозија.

Експлозију прате звук, светлост, механичко дејство и сличне појаве, које остављају снажан утисак на човека. Сагоревањем 1 kg петролеума ослобађа 46000 КЈ, ако се сагоревање врши на пример у лампи ова енергија се постепено преноси у околину, без икаквог механичког дејства. Међутим, ако се помеша 1 kg петролеума са довољном количином течног кисеоника и паљење изврши иницијалном капислом, настаће велика експлозија у којој се тренутно (хиљадити део секунде) ослобађа око 46.000 КЈ, температуре достиже и до 4.000 °C, изазива се и притисак од око 100 тона по квадратном центиметру (подразумева се да ударни талас има разорно дејство).

Основна разлика експлозива од осталих запаљивих материја је у томе сто се кисеоник потребан за сагоревање налази у молекулима у виду нитро или хитратне, хлоратне или перхлоратне групе, при чему треба знати да присуство интерних гасова смањује број калорија ослобођених при експлозији.

Историјски развој

• 1190. п. н. е. – Тројанске трупе користиле су запаљива средства против грчке морнарице.
• 500-470. п. н. е. – у тактици кинеза Фау Ли Јена описана је употреба камених кугли и запаљивих лопти приликом опсаде градова.
• 160-122. п. н. е. – Кинези пронашли црни барут, смесу 76,2% калијум-нитрата, 15,4% дрвеног угља и 8,4% сумпора.
• 222 год. – Римљани почели да користе у поморским биткама, запаљиву смесу израђену од негашеног креча и асфалта која се палила у додиру са водом.
• Средином VII века Грк Калиникос је усавршио римску запаљиву смесу и пронашао “грчку ватру” која се састоји од нафте, сумпора, смоле и негашеног креча.
• 1073. – Мађари су при опсади Београда први користили црни барут у Европи.
• 1250. – Калуђер Р. Бацон дао је следећи састав црног барута: 41,2% калијумнитрат, 29,4% сумпора и 19,4% дрвеног угља.
• 1326. – У Венецији су израђени метални топови који су избацивали ђулад под притиском гасова насталих сагоревањем барута.
• 1627. – К. Виендл (Wiendl) први је користио црни барут за откопавање руда.
• 1654. – Ј. Р. Клубер (Clauber) пронашао је амонијум-нитрат (који се користи као оксиданс у привредним експлозивима).
• крајем XVII века Ј. Ловстерн (Lowestern) пронашао је живин-фулминат.
• 1780. – Ц. Л. Бертхолет (Berthollet) пронашао је калијум-хлорат.
• 1845. – Откривена нитроцелулоза, а А. Собореро (Soborero) пронашао нитроглицерин.
• 1853. – Аустрија замењује црни барут нитроцелулозним барутом који стављају у батерије топова
• 1867. – Алфред Нобел је пронашао динамит
• 1873. – Пронађен пластични експлозив (нитроцелулоза + нитроглицерин)
• 1884. – Пронађен двобазни барут
• 1870. – Добијен је тринитротролуен (ТНТ)
• 1891. – Т. Куртис (Curtis) пронашао олово-азид
• 1894. – Произведен је пентрит.
• У току Другог светског рата направљено је много нових експлозивних смеса.
• 1944. – Почела је производња ливених двобазних барута за погон ракетних пројектила.

Класификација експлозива

Према пореклу ослобођене топлоте

Према пореклу топлоте која се ослобађа експлозиви се деле на:

• експлозиве са ендотермним молекулима
• експлозиве са егзотермним молекулима

Молекул експлозива је ендотерман онда када настаје из елемената уз везивање топлоте. Овакви експлозиви обично не садрже кисеоник, а топлота се ослобађа искључиво распадањем молекула на своје елементе.

Pb(N₃) _{2 → Pb + 3N2}

При овом процесу се за сваки молекул азота ослобађа 447 КЈ енергије.

Молекул експлозива је егзотерман када се ствара из елемената уз ослобађање топлоте. Молекул садржи кисеоничне групе, НО₂ и О, и до ослобађања енергије долази сагоревањем самог молекула, односно реакцијом водоника и угљеника са једне и кисеоничних група са друге стране. При томе настају угљен-диоксид, угљен-моноксид и вода. Такође је потребно да кисеоник у молекулу није директно везан за угљеник да би једињење било експлозивно. У ову групу експлозива улазе и експлозивне смесе које се увек састоје из једног тела које потпомаже сагоревање (нитрати, хлорати, кисеоник итд.) и једног сагорљивог тела (угаљ, угљоводоници, нитро деривати итд.). У ову групу спада већина експлозива.

Према начину дејства

Експлозиви се према начину дејства дела на:

• иницијалне (примарни) и
• бризантне (секундарни) експлозиве

Иницијалне експлозивне материје имају веома малу енергију активирања и веома су осетљиве на удар, варнице, трење, топлоту, јер могу изазвати њихово разлагање. У ову групу експлозива спадају: живин-фулминат Hg(OCN)₂, олово-тринитрорезорцилат, сребро-фулиминат AgONC, сребро-азид AgN₃, олово-азид NaN₃, динитродиазо-фенол и пероксиди (H₂О₂, ROOH, ROOR).

Бризантне експлозивне материје су мање осетљиве на механичке и топлотне утицаје и експлодирају под дејством ударног таласа иницијалних експлозива. У ову групу спадају нитро једињења која садрже C-NO₂ везу, као што су динитробензен, динитротлуен, хексанитро-стилбен, триаминонитробензен, тринитротолуен (ТНТ), и друга, затим нитратни естри који садрже C-O-NO₂ групу, као што су нитроцелулоза и пентаеритит-тетранитрит (пентрит, ПЕТН). Такође се у ову групу сврставају и нитроамини који имају C-N-NO₂ групу, као сто су циклотетрааметилен-тетраамин (октоген), циклотриметил-триамин (хексоген), нитрогуанидин.

Привредни експлозиви

Постоји велика могућност комбиновања разних експлозивних једињења, адитива и припремања експлозивних смеса за различите намене. Од посебног значаја су такозвани привредни експлозиви. То су углавном експлозивне смесе које садрже неколико компоненти, а припремају се за специјалне намене и минирања у рударству и грађевини. Најпознатији су гранулисани експлозиви, као на пример, смеса која садржи амонијум-нитрат (90%), угљену прашину (7%), карбоксиметил-целулозу (1%) и дизел гориво (2%) или експлозивна смеса која садржи амонијум-нитрат (87,9%), тринитротолуен (5,5%), дрвено брашно (4,5%) и дизел-гориво (2,5%). Ова врста експлозива користи се за минирање средње тврдих и меких стена и руда.

Постоје и кашасти – водопластични експлозиви који имају кашасто – пластичну конзистенцију. Одликују се високом густином и добром водоотпорношћу. Ова врста експлозива сачињена је од смесе амонијум-нитрата (40%), натријум-нитрата (20%), алуминијума у праху (15%), тринитротолуена (15%), воде (10%) и средства за згрушавање (0,5-2%). Ови привредни експлозиви користе се у рударству за минирање у условима где је потребна водоотпорност и за директно убризгавање у бушотине.

Остале експлозивне материје

Експлозије

Барути су експлозивне материје у којима се хемијско разлагање врши искључиво термичком проводљивошћу, при чему сагоревање може да буде различите брзине, од неколико милиметара до неколико центиметара у секунди. При таквим брзинама могуће је искоришћавање гасова, производа сагоревања, за покретање пројектила у цеви оружја, или ракетног пројектила.

Постоје:

• колоидни (хомогени) и

• композитни барути.

Колоидни барути се добијају желатинизирањем молекула нитроцелулозе растворене у неком органском растварачу и неког другог експлозивног једињења. У зависности од броја основних активних материја постоје једнобазни колоидни барути који су изграђени само из нитроцелулозе, али у ову групу спадају и барути који садрже и динитротолуен. Двобазни колоидни барути су изграђени од нитроцелулозе и нитроглицерина, при чему нитроглицерина има између 12% и 45%. У ову групу барута сврставају се и нови састави који садрже октоген, хексоген и пентрит ради повећавања специфицног импулса. Тробазни колоидни барути садрже три експлозивне компоненте: нитроцелулозу, нитроглицерин и нитрогуанидин.

У композитне баруте сврстава се црни барут који се добија мешањем сумпора, угљеника и калијум-нитрата. Поред црног барута, у ову групу улазе композитна ракетна горива која се састоје од оксиданса (углавном амонијум-хлората, 60-80%), везива које обезбеђује кохезију и хомогеност оксиданса и горива, формирају се од преполимера (полибутадиен), умреживача (толиуендиизоцијанат), адхезивних агенаса (триетаноламин), пластификатора (диизооктил-азелат), катализатора умреживача (фери-ацетонилацетонат, олово-хромат), затим од редуктанса (алуминијум, око 25%), убрзивача сагоревања (фери-оксид, фероцен), успоривача сагоревања (нитрогуанидин, амонијум-нитрат), конзерванса (антиоксиданси на бази фенола и амина) и стабилизатора сагоревања (ацетиленска чађ, алуминијум у праху).

Од осталих експлозивних материја и смеса треба поменути експлозивне направе на бази смесе горива и ваздуха. То су такозване аеросолне експлозивне смесе. Прве аеросолне авионске бомбе произведене су 1960. године. Основни принцип у функционисању ове врсте бомби је распрашивање лако испарљивих угљоводоника или металних прахова у ваздуху, при чему настаје експлозивна гасна смеса у виду облака, која се накнадно пали помоћу централно постављеног пуњења високо бизантног експлозива. После одабраног упарења, које омогућава мешање горива и ваздуха, смеса се пали и настаје велика експлозија. Као горива у аеросолним бомбама користе се разна једињења која са ваздухом у одређеним концетрацијама граде експлозивну смесу. Ударни талас аеросолних бомби руши све препреке у пречнику од 500 m, а убија на растојању од 1.000 m. Секундарно дејство ових бомби је одузимање кисеоника из околине, што изазива гушење живих организама. Бомбе су тежине до 7 тона. Као гориво најчешће се користи керозин са додатком хептана и адитива, као што су: пропилен-оксид, пропил-нитрат и бутил-нитрат.

Треба још поменути и такозване пиротехничке смесе, које представљају смесу експлозивних једињења и оксиданса. Пиротехничке смесе реагују егзотермно тако што производе специфичне ефекте: дим, пламен, ударни талас, светлост, гасове, звук или топлоту. Према намени или жељеним ефектима које производе, пиротехничке смесе могу да буду:

• припалне,
• иницијалне,
• осветљавајуће,
• димне,
• запаљиве и
• са звучним сигналима.

За добијање обојених светлосних ефеката додају се разни адитиви, као што су бакар(II)-оксид за плаву боју, соли баријума и борне киселине дају зелену боју, соли натријума жуту, соли силицијума дају црвену светлост, а магнезијумове соли дају бљештаво плаву боју.

Примена

Експлозиви и барути имају веома дугу историју и нашли су примену у разним обаластима људске делатности, пре свега као оружје, затим у привреди (рударству, каменоломима и сл.), као гориво у ракетним моторима и као лекови.

Спољашње везе

• Знање