Explosivo

Un material explosivo, chamado tamén sinxelamente explosivo,^[1] é unha substancia reactiva que contén unha gran cantidade de enerxía potencial que pode producir unha explosión se é liberada repentinamente, usualmente acompañada dunha produción de luz, calor, son, e presión nun périodo moi breve de tempo. Un explosivo é un artefacto máis ou menos sinxelo, habitualmente provisto dun mecanismo accionador e dun material que se expande. Unha carga explosiva é unha certa cantidade de material explosivo, que pode estar composto por un só ingrediente ou unha combinación de dous ou máis.

Sinal de precaución por explosivos

Símbolo eurocomunitario dos explosivos segundo a diretiva 67/548/EEC

1.25-lb M112 cargas de demolición consistentes nun C-4 explosivo de armamento degradado para destrución.

Hai moitos tipos de explosivo segundo a súa composición química. En xeral, os materiais explosivos deben cumprir dúas características principais:

1. Son quimicamente inestables.
2. O proceso de iniciación produce unha expansión súbita do material e un cambio de presión, tipicamente acompañados dun flash e un forte ruído: a explosión.

A enerxía potencial almacenada nun material explosivo pode ser, por exemplo:

• enerxía química, como a nitroglicerina ou o explosión de po
• gas presurizado, como unha bombona de gas, lata de aerosol ou unha explosión de vapor en expansión ao ferver un líquido
• enerxía nuclear, como nos isótopos fisionables uranio-235 e plutonio-239

Os materiais explosivos poden clasificarse segundo a velocidade á que se expanden. Os materiais que detonan (a parte dianteira da reacción química móvese máis rápido a través do material que a velocidade do son) denomínanse "explosivos de alta potencia" e os materiais que deflagran denomínanse "explosivos de baixa potencia". Os explosivos tamén poden clasificarse segundo a súa sensibilidade. Os materiais sensibles que poden iniciarse cunha cantidade relativamente pequena de calor ou presión son primarios, e os materiais que son relativamente insensibles son secundarios ou explosivos terciarios.

Hai unha gran variedade de produtos químicos que poden estoupar, pero só uns poucos fabrícanse especificamente para ser utilizados como explosivos. O resto son demasiado perigosos, sensibles, tóxicos, caros, inestables ou propensos á descomposición ou degradación en pouco tempo.

Pola contra, algúns materiais son simplemente combustibles ou inflamables se se queiman sen estoupar. Con todo, a distinción non sempre é clara. Certos materiais —pos, gas ou líquidos orgánicos volátiles— poden ser simplemente combustibles ou inflamables en condicións normais, pero volvense explosivos en situacións ou formas específicas, como nubes dispersas no aire, confinamento ou liberación repentina.

O explosivo máis antigo coñecido é a pólvora. No século XIX inventouse a nitroglicerina, que é moi inestable, e máis tarde Alfred Nobel perfeccionouna e inventou a dinamita, que é máis estable.

Os explosivos son perigosos, e hainos de moitos tipos que se poden facer con produtos caseiros, do tipo de combinar ácido clorhídrico con ácido acetilsalicílico.

Historia

Great Western Powder Company de Toledo, Ohio, fabricante de explosivos, en 1905

As antigas armas do estilo do lume grego, antecesoras dos explosivos, teñen existido dende antigo, mais considérase que o primeiro explosivo amplamente usado en guerras e minería foi a pólvora negra, inventada na China.^[2][3] Durante a dinastía Tang no século IX, os alquimistas da China taoísta trataban de atopar o elixir da inmortalidade.^[4] No proceso, tropezaron coa invención da pólvora, feita de carbón, salitre e sulfuro en 1044. A pólvora foi a primeira forma de explosivo químico e contra 1161 os chineses empregaron explosivos por primeira vez en nun conflito armada.^[5][6][7] Os chineses realizaron explosivos que disparaban tubos de bambú ou bronce. Tamén inseriron ratas dentro dos tubos de bambú para lanzar contra o inimigo, creando grandes ramificacións psicolóxicas, asustando os soldados inimigos e desbocando as cabalarías.^[8] Este material era sensible á auga, e emitía unha gran cantidade de fume negro.

O primeiro explosivo versátil máis forte que a pólvora negra foi a nitroglicerina, inventada no 1847. Como a nitroglicerina era inestable, foi substituída por nitrocelulosa, pólvora sen fume, dinamita e gelignita (as dúas últimas, inventos de Alfred Nobel). Durante a primeira guerra mundial adoptouse o TNT nos proxectís de artillaría. E na segunda guerra mundial viuse un uso extensivo de novos explosivos que, con posterioridade, foron substituídos na súa maioría por explosivos modernos como o trinitrotolueno (TNT) e o C-4. Con todo, o C-4 e o PETN reaccionan co metal e prenden lume facilmente, aínda que ao contrario que o TNT, son resistente á auga e maleables.^[9]

Amais, a crecente dispoñibilidade de produtos químicos ten permitido a construción de improvisados aparellos explosivos.

Tipos

Química

Unha explosión é un tipo de reacción química espontánea que, unha vez iniciada, é impulsada tanto por un gran cambio exotérmico (gran liberación de calor) como por un gran cambio de entropía positiva (libéranse grandes cantidades de gases) ao pasar de reactivos a produtos, constituíndo un proceso termodinamicamente favorable ademais dun que se propaga moi rapidamente. Así, os explosivos son substancias que conteñen unha gran cantidade de enerxía almacenada en enlaces químicos. A estabilidade enerxética dos produtos gasosos e, polo tanto, a súa xeración provén da formación de especies fortemente unidas como o monóxido de carbono, o dióxido de carbono e o (di)nitróxeno, que conteñen fortes enlaces dobres e triplos con forzas de enlace de case 1 MJ/mol. En consecuencia, a maioría dos explosivos comerciais son compostos orgánicos que conteñen grupos -NO₂, -ONO₂ e -NHNO₂ que, cando son detonados, liberan gases como o mencionado (por exemplo, nitroglicerina, TNT, HMX, PETN, nitrocelulosa).^[10]

Un explosivo clasifícase como un explosivo baixo ou alto segundo a súa velocidade de combustión: os explosivos baixos arden rapidamente (ou deflagran), mentres que os explosivos altos detonan. Aínda que estas definicións son distintas, o problema de medir con precisión a descomposición rápida dificulta a clasificación práctica dos explosivos.

A mecánica dos explosivos tradicionais baséase na oxidación rápida do carbono e do hidróxeno sensible aos golpes a dióxido de carbono, monóxido de carbono e auga en forma de vapor. Os nitratos normalmente proporcionan o osíxeno necesario para queimar o carbono e o hidróxeno. Os explosivos altos adoitan ter o osíxeno, o carbono e o hidróxeno contidos nunha molécula orgánica, e os explosivos menos sensibles como o ANFO son combinacións de combustible e nitrato de amonio. Pódese engadir un sensibilizador como o aluminio en po a un explosivo para aumentar a enerxía da detonación. Unha vez detonada, a porción de nitróxeno da formulación explosiva emerxe como nitróxeno gas e óxidos nítricos tóxicos.

Descomposición

A descomposición química dun explosivo pode tardar anos, días, horas ou unha fracción de segundo. Os procesos de descomposición máis lentos teñen lugar durante o almacenamento e só son interesantes desde o punto de vista da estabilidade. Máis interesantes son as outras dúas formas rápidas, ademais da descomposición: a deflagración e a detonación.

Deflagración

Na deflagración, a descomposición do material explosivo propágase mediante unha fronte de chama que se move relativamente lento a través do material explosivo, é dicir, a velocidades inferiores á velocidade do son dentro da substancia (que adoita ser superior a 340 m/s ou 340 km/h na maioría dos materiais líquidos ou sólidos).^[11] A diferenza da detonación, que se produce a velocidades superiores á do son, a deflagración é unha característica dos materiais explosivos de baixa potencia.

Detonación

Este termo utilízase para describir un fenómeno explosivo no que a descomposición se propaga mediante unha onda de choque que atravesa o material explosivo a velocidades superiores á velocidade do son dentro da substancia.^[12] A fronte de choque é capaz de atravesar o material altamente explosivo a velocidades supersónicas, normalmente miles de metros por segundo.

Exóticos

Ademais dos explosivos químicos, existen outros materiais explosivos máis exóticos e métodos exóticos para provocar explosións. Algúns exemplos son os explosivos nucleares e o quecemento brusco dunha substancia até alcanzar o estado plasma mediante un láser de alta intensidade ou un arco eléctrico.

O quecemento por láser ou por arco utilízase en detonadores láser, de ponte explosiva e de lámina explosiva, nos que se crea unha onda de choque e, a continuación, prodúcese a detonación nun material explosivo químico convencional mediante quecemento por láser ou arco eléctrico. Actualmente, a enerxía láser e a enerxía eléctrica non se utilizan na práctica para xerar a maior parte da enerxía necesaria, senón só para iniciar as reaccións.

Clasificación de substancias explosivas

A clasificación das substancias explosivas de diferentes tipos pode efectuarse de moitos xeitos. Poden distinguirse explosivos químicos e exóticos.

Ademais dos explosivos químicos, hai unha serie de materiais e métodos máis exóticos de causar explosións. Algúns exemplos inclúen os explosivos nucleares e o quecemento brusco dunha substancia ata un estado de plasma cun láser de alta intensidade ou arco eléctrico.

O quecemento con láser e arco úsase en detonadores láser, detonadores de cables de ponte en explosión e iniciadores de follas explosivas, onde se crea unha onda de choque e despois a detonación nun material químico explosivo convencional mediante o quecemento de arco láser ou eléctrico. Actualmente a enerxía eléctrica e láser non se usa na práctica para xerar a maior parte da enerxía requirida, senón só para iniciar reaccións.

Hai tres formas principais aceptadas de xeito xeral para clasificar os explosivos: por natureza, por sensibilidade e por utilización. Máis aínda, na clasificación é moi difícil e é frecuente atopar tipoloxías con base nun un grupo químico funcional e en nomes comerciais cando se trata de mesturas de substancias explosivas.

Substancias explosivas segundo a súa natureza explosiva

Deflagrantes

Son os explosivos nos que a reacción iníciase por mecanismos químicos tradicionais: activación termocinética. A velocidade destes no supera a velocidade do son (medida no medio explosivo, xa que, ó ser sólido ou líquido, é moi superior á do aire). A barreira do son modula a enerxía cedida, de xeito que non son moi potentes. O seu interese é pequeno: pirotecnia e algunhas aplicacións nas que se require baixa potencia.

Os propelentes considéranse subgrupo dos explosivos deflagrantes.

Exemplos:

• Pólvora negra
• Outras pólvoras ou explosivos que usan de oxidante o Nitrato de Potasio e o Clorato de Potasio polo xeral son deflagrantes.

Detonantes

A reacción neste grupo autoabastécese por unha onda de choque, supersónica (no medio que percorre), que activa ó explosivo ó ir chegando ó lugar no que está. Pola alta velocidade de reacción, son explosivos moi potentes. Nesta clase pódense incluír tódalas substancias explosivas seguintes:

Substancias explosivas por sensibilidade

Primarios

Un "explosivo primario" é un explosivo extremadamente sensible a estímulos como o impacto, a fricción, o calor, a electricidade estática ou a radiación electromagnética. Algúns explosivos primarios tamén se coñecen como explosivos de contacto. Requírese unha cantidade relativamente pequena de enerxía para a súa iniciación. Como regra moi xeral, considéranse explosivos primarios aqueles compostos que son máis sensibles que o pent. Como medida práctica, os explosivos primarios son o suficientemente sensibles como para que poidan iniciarse de forma fiable cun golpe de martelo; con todo, o pent tamén pode iniciarse normalmente desta maneira, polo que se trata só dunha pauta moi xeral. Ademais, varios compostos, como o triioduro de nitróxeno, son tan sensibles que nin sequera se poden manipular sen detonar. O triioduro de nitróxeno é tan sensible que se pode detonar de forma fiable coa exposición á radiación alfa.^[13][14]

Os explosivos primarios utilízanse a miúdo en detonadores ou para disparar cargas máis grandes de explosivos secundarios menos sensibles. Os explosivos primarios utilízanse habitualmente en cápsulas detonantes e cápsulas fulminantes para traducir un sinal de choque físico. Noutras situacións, utilízanse diferentes sinais, como choques eléctricos ou físicos ou, no caso dos sistemas de detonación por láser, a luz, para iniciar unha acción, é dicir, unha explosión. Unha pequena cantidade, normalmente miligramos, é suficiente para iniciar unha carga maior de explosivo, que adoita ser máis segura de manipular.

Teñen un gran perigo e en xeral úsanse 'flegmatizados' (insensibilizados ou desensibilizados). De calquera xeito, a súa potencia é relativamente pequena en comparación coa dos demais subgrupos.

A enerxía liberada polos explosivos primarios na súa detonación nos casos máis comúns, representan calores de explosión arredor dos 1700 kJ/kg (400 kcal/kg), fronte a valores de 4000 kJ/kg, e superiores, típicos dos explosivos secundarios.

• Triioduro de amonio
• Fulminato de mercurio
• Fulminato de prata
• Azida de chumbo o nitruro de chumbo.
• Azida de prata
• Estifnato de chumbo o trinitroresorcinato de chumbo.
• Hexanitrato de manitol
• Acetiluro de prata

Secundarios

Un explosivo secundario é menos sensible que un explosivo primario e require substancialmente máis enerxía para ser iniciado. Debido a que son menos sensibles, pódense usar nunha maior variedade de aplicacións e son máis seguros de manipular e almacenar. Os explosivos secundarios úsanse en maiores cantidades nun tren de explosivos e adoitan ser iniciados por unha cantidade menor dun explosivo primario

Responden con enerxías de activación intermedias (aínda que son abondo inhomoxéneos). As potencias son moi altas, na orde dos GW.

• Nitroglicerina Moi sensible. En xeral, aplícaselle un desensibilizador.
• Trilita ou TNT (Trinitrotolueno)
• Hexóxeno, RDX Ciclonita (trinitrofenilmetilnitramina)
• Pentrita, PT, PETN Tetranitrato de pentaeritrita
• Ácido pícrico ou TNP (Trinitrofenol)
• Picrato de amonio
• Tetranitrometano
• Octóxeno ou HMX (Ciclotetrametilentetranitramina)
• Nitrocelulosa
• Cloratita

Terciarios

Os "explosivos terciarios", tamén chamados "axentes detonantes", son tan insensibles aos golpes que non poden detonarse de forma fiable con cantidades prácticas de explosivo primario, senón que requiren un potenciador explosivo intermedio de explosivo secundario. Utilízanse a miúdo por motivos de seguridade e polo seu menor custo de material e manipulación. Os principais consumidores son as grandes explotacións mineiras e as obras de construción.

A maioría dos explosivos terciarios inclúen un combustible e un oxidante.

Familia constituída case exclusivamente por NAFOS (nitrato de amonio e fuelóleo), é coñecida pola súa grande insensibilidade.

O ANFO pode ser un explosivo terciario si a súa velocidade de reacción é lenta. ANFO (en inglés; correspondendo a NAFO en galego).

Substancias explosivas por utilización

Iniciador

É un material enerxético, cunha enerxía de activación relativamente baixa, empregado para iniciar un explosivo secundario. Adoitan ser explosivos de alta sensibilidade (primarios) en combinación, de acordo ao impulso requirido: impacto, eléctrico ou térmico. Chámanse detonadores por estaren encartuchados comercialmente.

Carga

É a masa base que estoupará e é obxecto do deseño da voladura. O iniciador é o responsable de iniciar a carga. Algunhas substancias poden non requirir iniciador: a pólvora, a nitroglicerina ou a pentrita inflámanse con relativa facilidade baixo a chama.

Multiplicador

En ocasións a carga non detona co iniciador, polo que se require un explosivo intermedio que sexa sensible ao iniciador e á vez inicie a carga. Con moita frecuencia os ANFO requiren deste tipo de carga.

Propiedades

• Sensibilidade: refírese á facilidade coa que se pode acender ou detonar un explosivo, é dicir, a cantidade e intensidade de choque, fricción ou calor que se requiren. Cando se usa o termo sensibilidade, hai que ter coidado de aclarar que tipo de sensibilidade está en discusión. A sensibilidade relativa dun determinado explosivo ao impacto pode variar moito da súa sensibilidade á fricción ou á calor.
• Sensibilidade á iniciación: O índice da capacidade dun explosivo para iniciarse na detonación de xeito sostido. Defínese pola potencia do detonador que seguramente dirixe o explosivo a unha detonación continua e mantida. Fai referencia á escala Sellier-Bellot que consiste nunha serie de 10 detonadores, numerados do 1 ao 10, cada un dos cales corresponde a un peso de carga crecente. Na práctica, a maioría dos explosivos no mercado son sensibles como un detonador número 8, onde a carga corresponde a 2 gramos de fulminato de mercurio.
• Velocidade de detonación: é a velocidade coa que se propaga o proceso de reacción na masa do explosivo. A maioría dos explosivos mineiros comerciais teñen velocidades de detonación que oscilan entre os 1800 m/s e os 8000 m/s. Hoxe, a velocidade de detonación pódese medir con precisión. Xunto coa densidade é un elemento importante que inflúe no rendemento da enerxía transmitida tanto pola sobrepresión atmosférica como pola aceleración do chan. Por definición, un "baixo explosivo", como o po negro ou a pólvora sen fume ten unha taxa de queimadura de 171 a 631 m/s.^[15] Pola contra, un "explosivo alto", xa sexa un primario, como un cable detonante, ou un secundario, como o TNT ou C-4, ten unha taxa de queima significativamente maior.^[16]
• A estabilidade é a capacidade de almacenamento dun explosivo sen deterioración.
• O termo potencia ou rendemento aplicado a un explosivo refírese á súa capacidade para traballar. Na práctica defínese como a capacidade do explosivo para realizar o que se pretende na forma de entrega de enerxía (é dicir, proxección de fragmentos, explosión de aire, chorro de alta velocidade, choque subacuático, enerxía de burbullas etc.). A potencia ou rendemento explosivo avalíase mediante unha serie de probas a medida para avaliar o material para o seu uso previsto.
• Ademais da resistencia, os explosivos presentan unha segunda característica, que é o seu efecto esnaquizante ou brisura (da palabra francesa para "romper"), que se diferencia da súa capacidade total de traballo. Esta característica ten unha importancia práctica para determinar a efectividade dunha explosión en fragmentar cunchas, bombas, granadas e similares. A rapidez coa que un explosivo alcanza a súa máxima presión (potencia) é unha medida da súa brisura.
• A densidade de carga refírese á masa dun explosivo por unidade de volume.
• A volatilidade é a rapidez coa que se vaporiza unha substancia. A volatilidade excesiva a miúdo resulta no desenvolvemento de presión dentro de roldas de munición e na separación de mesturas nos seus compoñentes. A volatilidade afecta á composición química do explosivo de xeito que pode producirse unha redución marcada da estabilidade, o que resulta nun aumento do perigo de manipulación.
• Higroscopicidade: A introdución de auga nun explosivo é altamente indesexable xa que reduce a sensibilidade, a forza e a velocidade de detonación do explosivo. A higroscopicidade é unha medida das tendencias de absorción de humidade dun material. A humidade afecta negativamente aos explosivos ao actuar como un material inerte que absorbe a calor cando se vaporiza e ao actuar como un medio disolvente que pode provocar reaccións químicas non desexadas. A sensibilidade, a forza e a velocidade de detonación redúcense con materiais inertes que diminúen a continuidade da masa explosiva. Cando o contido de humidade se evapora durante a detonación, prodúcese un arrefriamento, o que reduce a temperatura de reacción. A estabilidade tamén se ve afectada pola presenza de humidade xa que a humidade promove a descomposición do explosivo e, ademais, provoca a corrosión do recipiente metálico do explosivo.
• Toxicidade: Moitos explosivos son tóxicos ata certo punto. A súa fabricación tamén pode producir compostos orgánicos ou materiais perigosos que requiren unha dedicación especial debido a riscos (como os canceríxenos). Os produtos de descomposición, os sólidos residuais ou os gases dalgúns explosivos poden ser tóxicos, mentres que outros son inofensivos, como o dióxido de carbono e a auga.

Regulamentación

A legalidade de posesión ou uso de explosivo varía segundo a xurisdición. Varios países do mundo redactaron leis sobre explosivos e requiren licenzas para fabricar, distribuír, almacenar, empregar e posuír explosivos ou os seus ingredientes.

España

En España o uso civil e comercial de explosivos está cuberto polo Real Decreto 130/2017 de armas e explosivos que regula a adquisición, uso, tenencia, portación, transmisión por calquera título, transporte, introdución ao país e importación de armas de fogo e de lanzamento a man ou por calquera clase de dispositivo, agresivos químicos de toda natureza e demais.^[17]

Países Baixos

Nos Países Baixos, o uso civil e comercial de explosivos está cuberto pola Wet explosieven voor civiel gebruik (Lei de explosivos para uso civil), de acordo coa directiva da UE n. 93/15/EEG.^[18] O uso ilegal de explosivos está cuberto pola Wet Wapens en Munitie (Lei de armas e municións).^[19]

Reino Unido

O novo regulamento sobre explosivos de 2014 (ER 2014)^[20] entrou en vigor o 1 de outubro de 2014 e define «explosivo» como:

a) calquera artigo explosivo ou substancia explosiva que:

(i) se están embalados para o transporte, estar clasificados de acordo coas Recomendacións das Nacións Unidas como pertencentes á Clase 1; ou

(ii) estar clasificado de acordo coas Recomendacións das Nacións Unidas como:

aa) ser excesivamente sensibles ou tan reactivos como para estar suxeitos a unha reacción espontánea e, por tanto, demasiado perigosos para o transporte, e

(bb) pertencer á clase 1; ou

(b) un explosivo insensibilizado,

pero non inclúe unha substancia explosiva producida como parte dun proceso de fabricación que posteriormente a reprocesa para producir unha substancia ou preparación que non sexa unha substancia explosiva.^[20]

Calquera que desexe adquirir ou conservar os explosivos pertinentes debe porse en contacto co seu oficial de enlace de explosivos da policía local. Todos os explosivos son explosivos relevantes, excepto os enumerados no Anexo 2 das Regulacións sobre Explosivos de 2014.^[21]

Estados Unidos

Durante a primeira guerra mundial, creáronse numerosas leis para regular as industrias relacionadas coa guerra e aumentar a seguridade dentro dos Estados Unidos. En 1917, o 65.º Congreso dos Estados Unidos creou moitas leis, incluída a Lei de Espionaxe de 1917 e a Lei de explosivos de 1917.

A Lei de explosivos de 1917 (sesión 1, capítulo 83, 40 Stat. 385) asinouse o 6 de outubro de 1917 e entrou en vigor o 16 de novembro do mesmo ano. O resumo legal é "Unha lei para prohibir a fabricación, distribución, almacenamento, uso, e posesión en tempo de guerra de explosivos, establecendo normas para a fabricación, distribución, almacenamento, uso e posesión seguros dos mesmos e para outros fins". Esta foi a primeira regulación federal de concesión de licenzas para a compra de explosivos. A lei foi desactivada despois de que terminou a primeira guerra mundial.^[22]

Despois de que Estados Unidos entrase na segunda guerra mundial, reactivouse a Lei de Explosivos de 1917. En 1947, a lei foi desactivada polo presidente Truman.^[23]

A Lei de Control do Crime Organizado de 1970 (Pub. L. 91–452) transferiu moitas regulacións sobre explosivos á Axencia de Alcol, Tabaco, Armas de fogo e Explosivos (ATF) do Departamento do Tesouro. O proxecto de lei entrou en vigor en 1971.^[24]

Actualmente, as regulacións réxense polo Título 18 do Código dos Estados Unidos e o Título 27 do Código de Regulacións Federais:

• «Importación, Fabricación, Distribución e Almacenamento de Materiais Explosivos» (18 O.S.C. Capítulo 40).^[25]
• «Comercio de explosivos» (27 C.F.R. Capítulo II, Parte 555).^[26]