Loading AI tools
химическое соединение, смесь, способная взрываться Из Википедии, свободной энциклопедии
Взры́вчатое вещество́ (разг. взрывчатка, сокращается как ВВ) — конденсированное химическое вещество или смесь таких веществ, способное при определённых условиях под влиянием внешних воздействий к быстрому самораспространяющемуся химическому превращению (взрыву) с выделением большого количества тепла и газообразных продуктов[2][3][4][5][6][7].
В зависимости от химического состава и внешних условий взрывчатые вещества могут превращаться в продукты реакции в режимах медленного (дефлаграционного) горения, быстрого (взрывного) горения или детонации. Поэтому традиционно к взрывчатым веществам также относят соединения и смеси, которые не детонируют, а горят с определённой скоростью (метательные пороха, пиротехнические составы)[4][7]. Взрывчатые вещества относятся к энергетическим конденсированным системам[8]. Горючие газы, пары легковоспламеняющихся жидкостей, взвешенные горючие аэрозоли могут вызывать взрывы. Однако разрушительное действие таких взрывоопасных смесей является слабым по сравнению с взрывчатыми веществами из-за того, что одна из составных частей (воздух) до взрыва занимает большой объем и давление взрыва получается небольшим[9].
Взрывное превращение, как правило, носит кратковременный характер, протекает при температурах от 2500 до 4500 K и сопровождается выделением огромного количества высокотемпературных газов и тепла[7][10]. Взрывная реакция не требует наличия в окружающем воздухе окислителя (в качестве которого обычно выступает кислород), поскольку он содержится в химически связанном виде в ингредиентах взрывчатки[7].
Суммарное количество энергии, которая высвобождается при взрыве, относительно невелико и обычно в пять или шесть раз меньше теплотворной способности нефтепродуктов аналогичной массы[2][7]. Тем не менее, несмотря на скромную энергетическую отдачу, огромная скорость реакции, которая по закону Аррениуса является следствием большой температуры, обеспечивает достижение высоких значений мощности[7].
Высвобождение большого количества газообразных продуктов сгорания считается другим признаком химической реакции в виде взрыва[7]. При этом, стремительная трансформация взрывчатого вещества в высокотемпературные газы сопровождается скачкообразным изменением давления (до 10—30 ГПа), которое носит название ударной волны[7]. Распространение этой волны способствует передаче энергии от одного слоя взрывчатки к другому и сопровождается возбуждением в новых слоях аналогичной химической реакции. Этот процесс получил название детонации, а инициирующая его ударная волна стала называться детонационной волной[7].
Существует ряд веществ, способных к нехимическому взрыву (например, ядерные и термоядерные материалы, антивещество). Также существуют методы воздействия на различные вещества, приводящие к взрыву (например, лазером или электрической дугой). Обычно такие вещества не называют «взрывчатыми».
Человек разрабатывал и изучал взрывчатые вещества вкупе с возможностями их применения на практике в течение довольно длительного периода времени. Исторически первым прообразом современных взрывчатых веществ можно считать т. н. «греческий огонь»; авторство данного изобретения приписывается греку по имени Каллиник, а в качестве даты создания состава называется 667 год н. э. Указанное вещество впоследствии использовалось различными древними народами Европы и Ближнего Востока, однако в ходе исторического процесса рецепт его изготовления был утрачен; предполагается, что «греческий огонь» состоял из серы, смолы, соли и негашеной извести. Особенностью данного взрывчатого вещества являлось повышение интенсивности возгорания при попытке тушения вызванного им пламени водой. Через некоторое время, в 682 году, в Китае были разработаны первые прототипы дымного пороха, в состав которых входили селитра, сера и древесный уголь[5][нет в источнике]; изначально смесь применялась в пиротехнике, а затем приобрела и военное значение.
Что касается стран Европы, то порох начал упоминаться в исторических документах с XIII века[5] (приблизительно в 1250 году), хотя историки не располагают точными данными о том, кто именно выступил в роли первооткрывателя этого взрывчатого вещества. Среди возможных кандидатур в профильных исследованиях называются, в частности, имена Бертольда Шварца и Роджера Бэкона, а итальянские специалисты полагают, что первое применение пороха следует ассоциировать с городом Болоньей начала века (1216 год).
Имеются также сведения[от кого?] о том, что данное взрывчатое вещество в его китайской версии использовалось монгольскими завоевателями под предводительством Чингисхана, которые задействовали его для подрыва крепостных стен при осаде. Этот факт позволяет некоторым исследователям утверждать, что на основе пороха было создано в первую очередь взрывное, и лишь затем — огнестрельное оружие. Некоторое время спустя, в начале XIV века, рассматриваемое взрывчатое вещество нашло применение в артиллерии, обеспечивая метание снарядов из орудий[5]; известно, что ближе к концу того же столетия, в 1382 году, пушки использовались против войск хана Тохтамыша, осаждавших Москву. Кроме того, XIV веком датируется также и появление первых образцов ручного огнестрельного оружия: пороховые ружья были впервые задействованы на Руси в 1389 году, также в ходе обороны Москвы. Хотя преимущественно порох использовался именно в военном деле, предпринимались попытки приспособить возможности данного взрывчатого вещества для мирных целей: так, в первой трети XVII века в Венгрии (по другим данным — в Словакии[5]) оно было впервые опробовано при ведении горных работ, а впоследствии соответствующая технология распространилась также и на дорожно-туннельное строительство. Примерно в это же время начала осваиваться технология производства артиллерийских гранат, то есть — снаряжения артиллерийских ядер пороховым зарядом[5].
В течение нескольких веков традиционный дымный порох оставался не только единственной разновидностью пороха, но и вообще единственным взрывчатым веществом, известным человеку, хотя на протяжении этого периода времени предпринимались определённые попытки по его совершенствованию. В России, к примеру, соответствующие исследования проводил М. В. Ломоносов, в середине XVIII века подготовивший специализированный научный труд — «Диссертацию о рождении и природе селитры» (1749); в этой работе взрывчатое разложение пороха было впервые описано и истолковано с научной точки зрения. Параллельно аналогичные вопросы изучались во Франции химиками А. Л. Лавуазье и К. Л. Бертолле, которые к началу последней четверти того же столетия разработали формулу хлоратного пороха; в его составе вместо селитры использовалась хлорновато-калиевая («бертоллетова») соль. Тем не менее, дымный порох продолжал оставаться на вооружении военных вплоть до второй половины XIX века, где активно применялся в основном для снаряжения артиллерийских метательных зарядов, разрывных снарядов, в устройстве подземных мин и т. п.[3]
Следующий этап в развитии взрывчатых веществ связан с концом XVIII века, когда было открыто «гремучее серебро», характеризовавшееся довольно высоким уровнем опасности для того времени. Тогда же, в 1788 году, была получена пикриновая кислота, нашедшая применение в изготовлении артиллерийских снарядов. Научный консенсус приписывает открытие «гремучей ртути» британскому исследователю Э. Говарду (1799), однако имеются сведения о её изобретении ещё в конце XVII века[5]. Несмотря на то, что её способность к детонации не была подробно изучена[5], с точки зрения своих основных характеристик гремучая ртуть имела определённые преимущества по отношению к традиционному дымному пороху. Затем, в конце первой трети XIX века, путём смешивания древесины с азотной и серной кислотами был получен пироксилин, также пополнивший арсенал известных человеку взрывчатых веществ и послуживший для создания бездымного пороха. В 1847 году итальянский химик А. Собреро впервые синтезировал нитроглицерин, проблема неустойчивости и небезопасности которого была впоследствии отчасти решена А. Нобелем путём изобретения динамита. В 1884 году французский инженер П. Вьель предложил рецепт бездымного пороха[5]. Во второй половине века был создан целый ряд новых взрывчатых веществ, в частности — тротил (1863), гексоген (1897) и некоторые другие, нашедшие активное применение при производстве вооружений[5][11], однако их практическое применение стало возможным только после изобретения русским инженером Д. И. Андриевским в 1865 году и шведским изобретателем А. Нобелем в 1867 году капсюля-детонатора на основе гремучей ртути[5]. До появления этого устройства отечественная традиция применения нитроглицерина взамен чёрного пороха при подрывных работах полагалась на режим взрывного горения[5]. С открытием явления детонации бризантные взрывчатые вещества начали повсеместно использоваться для военных и промышленных целей[5].
Среди промышленных взрывчатых веществ изначально широкое распространение по патентам А. Нобеля получили гурдинамиты, затем пластичные динамиты и порошкообразные нитроглицериновые смесевые взрывчатые составы[5]. Стоит подчеркнуть, что первые патенты на некоторые рецепты аммиачно-селитренных взрывчатых веществ были получены ещё И. Норбином и И. Ольсеном (Швеция) в 1867 году, однако их практическое использование для снаряжения боеприпасов и для промышленных целей выпало на годы Первой мировой войны[5]. Так как этот вид взрывчатки проявил себя гораздо более безопасным и экономичным, чем традиционный динамит, то начиная с 30-х годов XX века масштабы его использования в промышленных приложениях существенно выросли[5]. После Великой Отечественной войны на территории Советского Союза аммиачно-селитренные подрывные составы (поначалу — в виде тонкодисперсных аммонитов) стали доминирующим видом промышленных взрывчатых веществ[5]. За рубежом процесс массового переоснащения промышленности с динамитов на аммиачно-селитренные взрывчатые вещества начался примерно в 50-х годах XX века[5].
Начиная с 70-х годов XX века основной разновидностью промышленной взрывчатки становятся простейшие составы гранулированных и водосодержащих аммиачно-селитренных рецептур, не содержащие в себе нитросоединений или других индивидуальных взрывчатых веществ. Кроме них также используются смеси с нитросоединениями[5]. Некоторое практическое значение сохранили тонкодисперсные аммиачно-селитренные взрывчатые составы, прежде всего — для снаряжения патронов-боевиков и для проведения некоторых специфических видов взрывных работ[5]. Индивидуальные взрывчатые вещества, в основном — тротил, продолжают применяться для изготовления шашек. Помимо этого их используют для длительного заряжания обводнённых скважин в чистом виде (гранулотол) и составе разнообразных высоководоустойчивых смесей (гранулированных и суспензионных)[5]. Для выполнения прострелочных работ в глубоких нефтяных скважинах до сих пор продолжает применяться октоген и гексоген[5].
Сложность и разнообразие химии и технологии взрывчатых веществ, политические и военные противоречия в мире, стремление к засекречиванию любой информации в этой области привели к неустойчивым и разнообразным формулировкам терминов.
Действующая редакция 2011 года принятой ООН Согласованной на глобальном уровне системы классификации и маркировки химических веществ (СГС) даёт следующие определения[12]:
2.1.1.1 Взрывчатое вещество (или смесь) — твердое или жидкое вещество (или смесь веществ), которое само по себе способно к химической реакции с выделением газов при такой температуре и таком давлении и с такой скоростью, что это вызывает повреждение окружающих предметов. Пиротехнические вещества включаются в эту категорию даже в том случае, если они не выделяют газов.
Пиротехническое вещество (или смесь) — вещество или смесь веществ, которые предназначены для производства эффекта в виде тепла, огня, звука или дыма или их комбинации в результате самоподдерживающихся экзотермических химических реакций, протекающих без детонации.
Под взрывчатыми веществами понимаются как индивидуальные взрывчатые вещества, так и взрывчатые составы, содержащие одно или несколько индивидуальных взрывчатых веществ, флегматизаторы, металлические добавки и другие компоненты. Взрывчатое превращение взрывчатых веществ характеризуется следующими условиями:
В России в рамках стандартизации в области техногенных чрезвычайных ситуаций к взрывоопасным относят вещества, взрывающиеся при воздействии пламени или проявляющие чувствительность к сотрясениям или трениям большую, чем динитробензол[13].
Любое взрывчатое вещество обладает следующими характеристиками:
Важнейшими характеристиками взрывчатых веществ являются[3]:
При детонации разложение взрывчатых веществ происходит настолько быстро (за время от 10−6 до 10−2 с), что газообразные продукты разложения с температурой в несколько тысяч градусов оказываются сжатыми в объёме, близком к начальному объёму заряда. Резко расширяясь, они являются основным первичным фактором разрушительного действия взрыва.
Различают два основных вида действия взрывчатых веществ: бризантное (местного действия) и фугасное (общего действия).
Существенное значение при хранении взрывчатых веществ и обращении с ними имеет их стабильность.
В прикладных сферах широко используется не более двух-трёх десятков взрывчатых веществ и их смесей[4]. Основные характеристики наиболее распространённых из них сведены в следующую таблицу (данные приведены при плотности заряда 1600 кг/м3)[4]:
Взрывчатое вещество | Кислородный баланс, % | Теплота взрыва, МДж/кг | Объём продуктов взрыва, м3/кг | Скорость детонации, км/с |
---|---|---|---|---|
Тротил | -74,0 | 4,2 | 0,75 | 7,0 |
Тетрил | -47,4 | 4,6 | 0,74 | 7,6 |
Гексоген | -21,6 | 5,4 | 0,89 | 8,1 |
Тэн | -10,1 | 5,9 | 0,79 | 7,8 |
Нитроглицерин | +3,5 | 6,3 | 0,69 | 7,7 |
Аммонит № 6[15] | 0 | 4,2 | 0,89 | 5,0[16] |
Нитрат аммония | +20,0 | 1,6 | 0,98 | ≈1,5[16] |
Азид свинца | неприменимо | 1,7 | 0,23 | 5,3[17] |
Баллиститный порох[18] | -45 | 3,56 | 0,97 | 7,0 |
Ежегодно в мире производится несколько миллионов тонн взрывчатых веществ[8]. Ежегодный расход взрывчатых веществ в странах с развитым промышленным производством даже в мирное время составляет сотни тысяч тонн. В военное время расход взрывчатых веществ резко возрастает. Так, в период 1-й мировой войны в воюющих странах он составил около 5 миллионов тонн, а во 2-й мировой войне превысил 10 миллионов тонн. Ежегодное использование взрывчатых веществ в США в 1990-х годах составляло около 2 миллионов тонн.
В военном деле взрывчатые вещества используются в качестве метательных зарядов для различного рода оружия и предназначаются для придания снаряду (пуле) определённой начальной скорости.
Их также применяют для снаряжения боевых частей ракет различных классов, снарядов реактивной и ствольной артиллерии, артиллерийских и инженерных мин, авиационных бомб, торпед, глубинных бомб, ручных гранат и т. д.
Взрывчатые вещества широко используются в промышленности для производства различных взрывных работ.
Существуют произведения монументального искусства, изготовленные с помощью взрывчатых веществ (монумент Crazy Horse в штате Южная Дакота, США).
В Российской Федерации запрещена свободная реализация взрывчатых веществ, средств взрывания, порохов, всех видов[источник не указан 2570 дней] ракетного топлива, а также специальных материалов и специального оборудования для их производства, нормативной документации на их производство и эксплуатацию.
В научно-исследовательской сфере взрывчатые вещества широко используются как простое средство достижения в экспериментах значительных температур, сверхвысоких давлений и больших скоростей[4].
По своему химическому составу всё многообразие взрывчатых веществ разделяется на взрывчатые химические соединения и взрывчатые смеси[3]:
По своему значению и взрывчатым свойствам ВВ подразделяются на инициирующие и бризантные[3]; целый ряд авторитетных источников к этим двум добавляет также метательные взрывчатые вещества (пороха и пиросоставы)[4][7].
Инициирующие (первичные) взрывчатые вещества предназначаются для возбуждения взрывчатых превращений в зарядах других, более стабильных, взрывчатых веществ. Уже при атмосферном давлении их горение протекает неустойчиво и любой начальный импульс воспламенения немедленно запускает детонацию[7]. Помимо этого, инициирующие взрывчатые вещества отличаются повышенной чувствительностью и легко взрываются от многих других видов начального воздействия: удара, трения, накола жалом, электрической искры и прочих[7]. Основой инициирующих взрывчатых веществ являются гремучая ртуть, азид свинца, тринитрорезорцинат свинца (ТНРС), тетразен, диазодинитрофенол (или их смеси) и прочие с высокой скоростью детонации (свыше 5000 м/с)[3].
В военном деле и в промышленности инициирующие взрывчатые вещества применяются для снаряжения капсюлей-воспламенителей, капсюльных втулок, запальных трубок, различных электровоспламенителей, артиллерийских и подрывных капсюлей-детонаторов, электродетонаторов и др.[3] Они используются также в различных средствах пироавтоматики: пирозарядах, пиропатронах, пирозамках, пиротолкателях, пиромембранах, пиростартёрах, катапультах, разрывных болтах и гайках, пирорезаках, самоликвидаторах и др.[3]
Бризантные (вторичные) — вещества с высокой бризантностью, которой соответствует большая скорость распространения взрывной волны в веществе. От инициирующих отличаются меньшей чувствительностью, а их горение при сравнительно невысокой величине давления (которое, тем не менее, должно быть выше атмосферного) вполне может привести к детонации[7].
Бризантные взрывчатые вещества менее чувствительны ко внешним воздействиям, и возбуждение взрывных превращений в них осуществляется главным образом с помощью инициирующих взрывчатых веществ. В качестве бризантных взрывчатых веществ применяются обычно различные нитросоединения (тротил, нитрометан, нитронафталины и др.), N-нитрамины (тетрил, гексоген, октоген, этилен-N,N'-динитрамин и др.), нитраты спиртов (пентаэритриттетранитрат, нитроглицерин, нитрогликоль), нитраты целлюлозы и др. Часто эти соединения применяют в виде смесей между собой и с другими веществами[3].
Бризантные взрывчатые смеси часто называют по виду окислителя[3]:
По методу производства зарядных элементов бризантные взрывчатые вещества нередко подразделяют на литьевые, прессовочные и шнековочные, а по обратимости деформации — пластичными и эластичными[3].
Бризантные взрывчатые вещества применяют для снаряжения боевых частей ракет различных классов, снарядов реактивной и ствольной артиллерии, артиллерийских и инженерных мин, авиационных бомб, торпед, глубинных бомб, ручных гранат и т. д.
В ядерных боеприпасах бризантные взрывчатые вещества используются в зарядах, предназначенных для перевода ядерного горючего в надкритическое состояние.
В различных вспомогательных системах ракетно-космической техники бризантные взрывчатые вещества применяют в качестве основных зарядов для разделения конструкционных элементов ракет и космических аппаратов, отсечки тяги, аварийного выключения и подрыва двигателей, выброса и отсечки парашютов, аварийного вскрытия люков и др.
В авиационных системах пироавтоматики бризантные взрывчатые вещества используются для аварийного отделения кабин, взрывного отброса винтов вертолётов и т. д.
Значительное количество бризантных взрывчатых веществ расходуется в горном деле (вскрышные работы, добыча полезных ископаемых), в строительстве (подготовка котлованов, разрушение скальных пород, разрушение ликвидируемых строительных конструкций), в промышленности (сварка взрывом, импульсная обработка металлов и др.).
По действующим в Российской Федерации нормативным документам пороховые и пиротехнические составы к взрывчатым веществам не относятся, ввиду того, что они перестали применяться в качестве подрывных и разрывных зарядов[3].
Метательные взрывчатые вещества (пороха и ракетные топлива) служат источниками энергии для придания необходимой кинетики разнообразным метательным снарядам (артиллерийским минам, пулям и т. п.) в ствольных и реактивных ракетно-артиллерийских системах[7]. Их отличительная особенность — способность к взрывчатому превращению в форме быстрого устойчивого сгорания, которое не переходит в детонацию в диапазоне давлений вплоть до нескольких ГПа[7]. Однако, они сохраняют свойство поддаться детонации от детонационного импульса[7].
Пороха делятся на дымные и бездымные. Представителями первой группы могут служить черные пороха, представляющие собой смесь селитры, серы и угля, например артиллерийский и ружейный пороха, состоящие из 75 % калиевой селитры, 10 % серы и 15 % угля. Температура вспышки дымных порохов равна 290—310 °С. Ко второй группе относятся пироксилиновые, нитроглицериновые, дигликолевые и другие пороха. Температура вспышки бездымных порохов равна 180—210 °С.
Пиротехнические составы (зажигательные, осветительные, сигнальные и трассирующие), применяемые для снаряжения специальных боеприпасов, представляют собой механические смеси из окислителей и горючих веществ. При обычных условиях применения они, сгорая, дают соответствующий пиротехнический эффект (зажигательный, осветительный и т. д.). Многие из этих составов обладают также и взрывчатыми свойствами и при определённых условиях могут детонировать.
Пиротехнические составы применяются для получения пиротехнических эффектов (светового, дымового, зажигательного, звукового и т. д.). Основной вид взрывчатых превращений пиротехнических составов — горение.
Существуют различные системы классификации взрывчатых веществ по степени опасности. Наиболее известны:
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.