Faktisk sitter djevelen i sprengstoffene, klar til enhver tid å begynne å ødelegge og bryte alt rundt. Å holde denne helvetes skapningen i sjakk og slippe den bare når det er nødvendig, er hovedproblemet som kjemikere og pyroteknikere må løse når de lager og bruker sprengstoff. I historien om opprettelse og utvikling av eksplosiver (sprengstoff), som i en vanndråpe, vises historien om fremveksten, utviklingen og ødeleggelsen av stater og imperier.
Forbereder oversikten over leksjonene, oppdaget forfatteren gjentatte ganger at landene hvis herskere var oppmerksom på utviklingen av vitenskaper, og fremfor alt til matematikernes naturlige treenighet - fysikk - kjemi - nådde høyder i utviklingen. Et slående eksempel kan være den raske oppstigningen på verdensscenen i Tyskland, som på et halvt århundre gjorde et sprang fra en forening av forskjellige stater, hvorav noen selv på et detaljert kart over Europa var vanskelig å se uten et "lite omfang", til et imperium som måtte regnes med i halvannet århundre. Uten å redusere fordelene til den store Bismarck i denne prosessen, vil jeg sitere hans setning, som han sa etter den seirende slutten på den fransk-prøyssiske krigen: "Denne krigen ble vunnet av en enkel tysklærer." Forfatteren vil gjerne vie sin anmeldelse til det kjemiske aspektet ved å øke hærens og statens kampevne, som alltid, uten i det hele tatt å hevde å være eksklusiv for hans mening.
Når han publiserer artikkelen, unngår forfatteren, i likhet med Jules Verne, bevisst å spesifisere spesifikke teknologiske detaljer og fokuserer sin oppmerksomhet på rent industrielle metoder for å skaffe sprengstoff. Dette skyldes ikke bare vitenskapsmannens ganske forståelige ansvarsfølelse for resultatene av verkene hans (det være seg praktisk eller journalistisk), men også det faktum at emnet for studien er spørsmålet Hvorfor var alt slik og ikke ellers?”Og ikke“Hvem var den første som fikk det? substans”.
I tillegg ber forfatteren leserne om tilgivelse for tvungen bruk av kjemiske termer - vitenskapens attributter (som vist av hans egen pedagogiske erfaring, ikke den mest elskede av skolebarn). Innse at det er umulig å skrive om kjemikalier uten å nevne kjemiske termer, vil forfatteren prøve å minimere spesielt ordforråd.
Og det siste. Tallene fra forfatteren skal på ingen måte betraktes som den ultimate sannheten. Dataene om egenskapene til sprengstoff i forskjellige kilder er forskjellige og noen ganger ganske sterke. Dette er forståelig: Ammunisjonens egenskaper avhenger veldig betydelig av deres "salgbare" type, tilstedeværelse / fravær av fremmede stoffer, introduksjon av stabilisatorer, syntesemoduser og mange andre faktorer. Metodene for å bestemme egenskapene til sprengstoff skiller seg heller ikke ved ensartethet (selv om det vil bli mer standardisering her), og de lider heller ikke av spesiell reproduserbarhet.
BB -klassifisering
Avhengig av typen eksplosjon og følsomhet for ytre påvirkninger, er alle sprengstoffene delt inn i tre hovedgrupper:
1. Starter BB.
2. Sprengning av sprengstoff.
3. Kaster sprengstoff.
Starter BB. De er svært følsomme for ytre påvirkninger. Resten av deres egenskaper er vanligvis lave. Men de har en verdifull egenskap - deres eksplosjon (detonasjon) har en detonasjonseffekt på sprengning og fremdrift av eksplosiver, som vanligvis ikke er følsomme for andre typer ytre påvirkninger i det hele tatt eller har svært lav følsomhet. Derfor brukes initieringsstoffer bare for å stimulere eksplosjonen av sprengning eller fremdrift av eksplosiver. For å sikre sikkerheten ved bruk av startende eksplosiver, er de pakket i beskyttelsesinnretninger (kapsel, kapselhylse, detonatorhette, elektrisk detonator, sikring). Typiske representanter for igangsetting av sprengstoff: kvikksølv fulminat, blyazid, tenres (TNPC).
Sprengning av sprengstoff. Dette er faktisk det de sier og skriver om. De utstyrer skjell, gruver, bomber, raketter, landminer; de sprenger broer, biler, forretningsmenn …
Sprengstoff sprengningsstoff er delt inn i tre grupper i henhold til deres eksplosive egenskaper:
- økt kraft (representanter: RDX, HMX, PETN, Tetril);
- normal effekt (representanter: TNT, melinitt, plast);
- redusert effekt (representanter: ammoniumnitrat og dets blandinger).
Eksplosiver med økt effekt er noe mer følsomme for ytre påvirkninger, og derfor brukes de oftere i en blanding med flegmatisatorer (stoffer som reduserer følsomheten til eksplosiver) eller i en blanding med eksplosiver med normal kraft for å øke effekten til sistnevnte. Noen ganger brukes eksplosiver med høy effekt som mellomliggende detonatorer.
Kaster sprengstoff. Dette er forskjellige krutt - svart røykfylt, røykfritt pyroksylin og nitroglyserin. De inkluderer også forskjellige pyrotekniske blandinger for fyrverkeri, signal- og belysningsbluss, lysskall, gruver og luftbomber.
Om svart pulver og Black Berthold
I flere århundrer var den eneste typen sprengstoff som ble brukt av mennesker svart pulver. Med dens hjelp ble kanonkuler kastet mot fienden, og eksplosive skall ble fylt med den. Krutt ble brukt i underjordiske gruver for å ødelegge festningene, for å knuse stein.
I Europa ble det kjent fra 1200 -tallet, og enda tidligere i Kina, India og Bysantium. Den første registrerte beskrivelsen av krutt til fyrverkeri ble beskrevet av den kinesiske forskeren Sun-Simyao i 682. Maximilian the Greek (XIII-XIV århundrer) i avhandlingen "Book of Lights" beskrev en blanding basert på kaliumnitrat, brukt i Byzantium som berømt "gresk ild" og består av 60% nitrat, 20% svovel og 20% kull.
Den europeiske historien om oppdagelsen av krutt begynner med en engelskmann, fransiskanermunken Roger Bacon, som i 1242 i sin bok "Liber de Nullitate Magiae" gir en oppskrift på svart pulver til raketter og fyrverkeri (40% saltpeter, 30% kull og 30 % svovel) og den semi-mytiske munken Berthold Schwartz (1351). Imidlertid er det mulig at dette var én person: bruk av pseudonymer i middelalderen var ganske vanlig, det samme var den påfølgende forvirringen med datering av kilder.
Enkelheten i sammensetningen, tilgjengeligheten av to av de tre komponentene (innfødt svovel er fremdeles ikke uvanlig i de sørlige regionene i Italia og Sicilia), enkel forberedelse - alt dette garanterte kruttet en triumfmarsj gjennom Europas land og Asia. Det eneste problemet var å skaffe store mengder kaliumnitrat, men denne oppgaven ble vellykket håndtert. Siden det eneste kjente kaliumnitratforekomsten på den tiden var i India (derav det andre navnet - indisk), ble lokal produksjon etablert i nesten alle land. Det var umulig å kalle ham hyggelig, selv med en solid tilførsel av optimisme: råvarene for ham var gjødsel, dyreinnmat, urin og dyrehår. De minst ubehagelige ingrediensene i denne illeluktende og sterkt skitne blandingen var lime og potash. All denne rikdommen dumpet i flere måneder i groper, der den gjæret under påvirkning av azotobakterier. Den frigjorte ammoniakken ble oksidert til nitrater, noe som til slutt ga det ettertraktede nitratet, som ble isolert og renset ved omkrystallisering - også et yrke, vil jeg si, ikke det hyggeligste. Som du kan se, er det ikke noe spesielt komplisert i prosessen, råvarene er ganske rimelige og tilgjengeligheten av krutt ble også snart universell.
Svart (eller røykfylt) krutt var et universelt sprengstoff på den tiden. Verken vaklende eller rulle, i mange år ble det brukt både som et prosjektil og som fylling for de første bombene - prototypene til moderne ammunisjon. Fram til slutten av den første tredjedelen av 1800 -tallet møtte kruttet fullt ut behovene til fremgang. Men vitenskap og industri sto ikke stille, og snart sluttet det å oppfylle datidens krav på grunn av sin lille kapasitet. Slutten på kruttmonopolet kan tilskrives 70 -tallet på 1600 -tallet, da A. Lavoisier og C. Berthollet organiserte produksjonen av bertholletsalt basert på kaliumklorat oppdaget av Berthollet (bertholletsalt).
Historien om Berthollets salt kan spores tilbake til det øyeblikket da Claude Berthollet studerte egenskapene til klor som nylig ble oppdaget av Carl Scheele. Ved å føre klor gjennom en varm konsentrert løsning av kaliumhydroksid, oppnådde Berthollet et nytt stoff, senere kalt av kjemikere kaliumklorat, og ikke av kjemikere - Berthollet salt. Det skjedde i 1786. Og selv om djevelens salt aldri ble et nytt eksplosiv, oppfylte det sin rolle: for det første tjente det som et insentiv til å lete etter nye erstatninger for den forfallen "krigsguden", og for det andre ble det grunnleggeren av nye typer eksplosiver - initiativtakere.
Eksplosiv olje
Og i 1846 foreslo kjemikere to nye sprengstoff - pyroksylin og nitroglyserin. I Torino oppdaget den italienske kjemikeren Ascagno Sobrero at det var nok å behandle glyserin med salpetersyre (nitrering) for å danne en fet, gjennomsiktig væske - nitroglyserin. Den første trykte rapporten om ham ble publisert i tidsskriftet L'Institut (XV, 53) 15. februar 1847, og den fortjener noen sitater. Den første delen sier:
"Ascagno Sobrero, professor i teknisk kjemi fra Torino, i et brev sendt av prof. Peluzom, rapporterer at han lenge har mottatt sprengstoff ved virkning av salpetersyre på forskjellige organiske stoffer, nemlig rørsukker, vinking, dekstritt, melkesukker, etc. Sobrero studerte også effekten av en blanding av salpetersyre og svovelsyre på glyserin, og erfaring viste ham at det er oppnådd et stoff som ligner på skramlende bomull …"
Videre er det en beskrivelse av nitreringseksperimentet, bare interessant for organiske kjemikere (og selv da bare fra et historisk synspunkt), men vi vil bare merke en funksjon: nitro-derivater av cellulose, så vel som deres evne til å eksplodere, var allerede ganske godt kjent da [11].
Nitroglyserin er et av de kraftigste og mest følsomme sprengstoffene og krever spesiell forsiktighet og oppmerksomhet ved håndtering.
1. Følsomhet: kan eksplodere fra å bli skutt av en kule. Følsomhet for slag med en 10 kg kettlebell falt fra en høyde på 25 cm - 100%. Forbrenning blir til detonasjon.
2. Energi for eksplosiv transformasjon - 5300 J / kg.
3. Detonasjonshastighet: 6500 m / s.
4. Brisance: 15-18 mm.
5. Eksplosivitet: 360-400 kubikkmeter. se [6].
Muligheten for å bruke nitroglyserin ble vist av den berømte russiske kjemikeren N. N. Zinin, som i 1853-1855 under Krimkrigen, sammen med militæringeniøren V. F. Petrushevsky, produserte en stor mengde nitroglyserin.
Professor ved Kazan University N. N. Zinin
Militæringeniør V. F. Petrushevsky
Men djevelen som bodde i nitroglyserin viste seg å være ond og opprørsk. Det viste seg at stoffets følsomhet for ytre påvirkninger bare er litt dårligere enn eksplosivt kvikksølv. Den kan eksplodere allerede i nitreringstidspunktet, den kan ikke ristes, varmes og avkjøles, eller utsettes for solen. Det kan eksplodere under lagring. Og hvis du setter den i brann med en fyrstikk, kan den brenne ganske rolig …
Og likevel var behovet for kraftige sprengstoff ved midten av 1800 -tallet allerede så stort at til tross for mange ulykker begynte nitroglyserin å bli mye brukt i sprengningsoperasjoner.
Forsøk på å dempe den onde djevelen ble utført av mange, men herligheten til temmeren gikk til Alfred Nobel. Opp- og nedturene på denne veien, samt skjebnen til inntektene fra salget av dette stoffet, er allment kjent, og forfatteren anser det som unødvendig å gå inn på detaljene deres.
Å bli "klemt" inn i porene til et inert fyllstoff (og flere titalls stoffer ble prøvd som sådan, det beste av det var infusorisk jord - porøst silikat, 90% av volumet faller på porene som grådig kan absorbere nitroglyserin), nitroglyserin ble mye mer "imøtekommende", og holdt med ham nesten all sin ødeleggende kraft. Som du vet ga Nobel denne blandingen, som ser ut som torv, navnet "dynamitt" (fra det greske ordet "dinos" - styrke). Skjebnens ironi: et år etter at Nobel fikk patent på produksjon av dynamitt, blander Petrushevsky helt uavhengig nitroglyserin med magnesia og mottar sprengstoff, senere kalt "russisk dynamitt".
Nitroglyserin (nærmere bestemt glyserintrinitrat) er en komplett ester av glyserin og salpetersyre. Det oppnås vanligvis ved å behandle glyserin med en svovelsyre -salpetersyreblanding (på kjemisk språk - forestringsreaksjonen):
Eksplosjonen av nitroglyserin er ledsaget av frigjøring av en stor mengde gassformige produkter:
4 C3H5 (NO2) 3 = 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Esterifisering foregår sekvensielt i tre stadier: i det første oppnås glyserolmononitrat, i det andre - glyseroldinitrat, og i det tredje - glyseroltrinitrat. For et mer komplett utbytte av nitroglyserin tas et 20% overskudd av salpetersyre utover den teoretisk nødvendige mengden.
Nitreringen ble utført i porselenspotter eller loddede blykar i et bad med isvann. Omtrent 700 g nitroglyserin ble oppnådd i en runde, og i løpet av en time ble slike operasjoner utført i 3-4.
Men de økende behovene har gjort sine egne justeringer av teknologien for produksjon av nitroglyserin. Over tid (i 1882) ble det utviklet en teknologi for produksjon av eksplosiver i nitratorer. I dette tilfellet ble prosessen delt inn i to trinn: på det første trinnet ble glyserin blandet med halve mengden svovelsyre, og dermed ble det meste av frigjort varme utnyttet, hvoretter en ferdig blanding av salpetersyre og svovelsyre ble introdusert i samme fartøy. Dermed var det mulig å unngå hovedproblemet: overdreven overoppheting av reaksjonsblandingen. Omrøring utføres med trykkluft ved et trykk på 4 atm. Produktiviteten til prosessen er 100 kg glyserin på 20 minutter ved 10 - 12 grader.
På grunn av nitroglyserins (1, 6) og avfallssyre (1, 7) forskjellige vekt, samler den seg ovenfra med et skarpt grensesnitt. Etter nitrering vaskes nitroglyserin med vann, vaskes deretter fra syrerester med brus og vaskes igjen med vann. Blanding i alle stadier av prosessen utføres med trykkluft. Tørking utføres ved filtrering gjennom et lag med kalsinert bordsalt [9].
Som du kan se, er reaksjonen ganske enkel (husk terrorbølgen på slutten av 1800 -tallet, reist av "bombefly" som mestret den enkle vitenskapen om anvendt kjemi) og tilhører antall "enkle kjemiske prosesser" (A. Stetbacher). Nesten hvilken som helst mengde nitroglyserin kan lages under de enkleste forholdene (å lage svart pulver er ikke mye enklere).
Forbruket av reagenser er som følger: For å få 150 ml nitroglyserin må du ta: 116 ml glyserin; 1126 ml konsentrert svovelsyre;
649 ml salpetersyre (minst 62% konsentrasjon).
Dynamitt i krig
Dynamitt ble først brukt i den fransk-prøyssiske krigen 1870-1871: Preussiske sappere sprengte franske festninger med dynamitt. Men sikkerheten til dynamitten viste seg å være relativ. Militæret fant umiddelbart ut at når det ble skutt av en kule, eksploderer det ikke verre enn stamfaren, og forbrenning blir i visse tilfeller til en eksplosjon.
Men fristelsen til å skaffe kraftig ammunisjon var uimotståelig. Gjennom ganske farlige og komplekse eksperimenter var det mulig å finne ut at dynamitt ikke vil detonere hvis belastningene ikke øker umiddelbart, men gradvis, og holder akselerasjonen til prosjektilet innenfor sikre grenser.
Løsningen på problemet på teknisk nivå ble sett ved bruk av trykkluft. I juni 1886 testet og forfinet løytnant Edmund Ludwig G. Zelinsky fra det femte artilleriregimentet i den amerikanske hæren det originale amerikanske ingeniørdesignet. En pneumatisk kanon med et kaliber på 380 mm og en lengde på 15 m ved hjelp av luft komprimert til 140 atm kan kaste prosjektiler med en lengde på 3,35 m fra 227 kg dynamitt ved 1800 mA prosjektillengde på 1,83 m med 51 kg dynamitt og alle 5 tusen m
Drivkraften ble levert av to sylindre med trykkluft, og den øvre var koblet til verktøyet med en fleksibel slange. Den andre sylinderen var en reserve for å mate den øvre, og trykket i den selv ble opprettholdt ved hjelp av en damppumpe begravet i bakken. Det dynamittbelastede prosjektilet var formet som en pil - en artilleripil - og hadde et 50 pund stridshode.
Hertugen av Cambridge beordret hæren til å teste et slikt system i Milford Haven, men pistolen brukte nesten all ammunisjonen før den til slutt traff målet, som imidlertid ble ødelagt veldig effektivt. Amerikanske admiraler var glade for den nye kanonen: i 1888 ble det frigjort penger til å lage 250 dynamittkanoner til kystartilleri.
I 1885 grunnla Zelinsky Pneumatic Gun Company for å introdusere pneumatiske kanoner med dynamittskall i hæren og marinen. Eksperimentene hans førte til at vi snakket om luftvåpen som et lovende nytt våpen. Den amerikanske marinen bygde til og med den 944 tonn tunge Vesuvius dynamittkrysseren i 1888, bevæpnet med tre av disse 381 mm kanonene.
Diagram over "dynamitt" -krysseren "Vesuvius"
[senter]
Og slik så hans stasjonære våpen ut[/senter]
Men en merkelig ting: Etter noen år ga entusiasme plass til skuffelse. "Under den spansk-amerikanske krigen", sa de amerikanske artillerimennene om dette, "disse pistolene traff aldri det rette stedet." Og selv om det ikke handlet så mye om pistolene som om artillerimennens evne til å skyte nøyaktig og den stive festingen av pistolene, fikk dette systemet ikke videre utvikling.
I 1885 installerte Holland Zelinskys luftkanon på ubåten nr. 4. Imidlertid kom saken ikke til de praktiske testene, tk. båten pådro seg en alvorlig ulykke under sjøsetting.
I 1897 bevæpnet Holland ubåten nr. 8 med en ny Zelinsky-kanon. Bevæpningen besto av et 18-tommers (457 mm) baugtorpedorør med tre Whitehead-torpedoer, samt en Zelinsky-luftpistol for dynamittskall (7 runder på 100,7 kg). På grunn av den for korte fatet, begrenset av båtens størrelse, hadde denne pistolen imidlertid en kort skytebane. Etter praktisk skyting demonterte oppfinneren den i 1899.
I fremtiden installerte verken Holland eller andre designere våpen (apparater) for å skyte kasteminer og dynamittskall på ubåtene. Så pistolene til Zelinsky umerkelig, men forlot raskt scenen [12].
Søsken av nitroglyserin
Fra et kjemisk synspunkt er glyserin den enkleste representanten for klassen av treverdige alkoholer. Det er dens diatomiske analog - etylenglykol. Er det rart at kjemikere etter å ha blitt kjent med nitroglyserin vendte oppmerksomheten mot etylenglykol i håp om at det ville være mer praktisk å bruke.
Men også her viste djevelen av sprengstoff hans lunefulle karakter. Egenskapene til dinitroetylenglykol (dette sprengstoffet fikk aldri sitt eget navn) viste seg ikke å være veldig forskjellige fra nitroglyserin:
1. Følsomhet: detonasjon når en 2 kg last faller fra en høyde på 20 cm; følsom for friksjon, brann.
2. Energi for eksplosiv transformasjon - 6900 J / kg.
3. Detonasjonshastighet: 7200 m / s.
4. Brisance: 16,8 mm.
5. Høy eksplosivitet: 620-650 kubikkmeter. cm.
Den ble først oppnådd av Henry i 1870. Den oppnås ved forsiktig nitrering av etylenglykol i henhold til en fremgangsmåte som ligner fremstilling av nitroglyserin (nitreringsblanding: H2SO4 - 50%, HNO3 - 50%; forhold - 1 til 5 mht. etylenglykol).
Nitreringsprosessen kan utføres ved en lavere temperatur, noe som er en disposisjon for et høyere utbytte [7, 8].
Til tross for at sensitiviteten til DNEG generelt viste seg å være noe lavere enn NG, lovet bruken ikke betydelige fordeler. Hvis vi legger til en høyere volatilitet enn NG, og en lavere tilgjengelighet av råvarer, blir det klart at denne veien også ledet ingen steder.
Imidlertid viste det seg heller ikke at han var helt ubrukelig. Først ble det brukt som tilsetning til dynamitt, under andre verdenskrig, på grunn av mangel på glyserin, ble det brukt som en erstatning for nitroglyserin i røykfrie pulver. Slike pulver hadde kort holdbarhet på grunn av flyktigheten til DNEG, men under krigstid spilte dette ingen rolle: ingen skulle lagre dem på lenge.
Christian Schönbein Forkle
Det er ikke kjent hvor lang tid militæret ville ha brukt på å lete etter måter å roe nitroglyserin på hvis industriell teknologi for å produsere en annen nitroester på slutten av 1800 -tallet ikke hadde kommet. Kort fortalt er historien til utseendet som følger [16].
I 1832 oppdaget den franske kjemikeren Henri Braconneau at når stivelse og trefibre ble behandlet med salpetersyre, ble det dannet et ustabilt, brannfarlig og eksplosivt materiale, som han kalte xyloidin. Det var sant at saken var begrenset til budskapet om denne oppdagelsen. Seks år senere, i 1838, bearbeidet en annen fransk kjemiker, Théophile-Jules Pelouse papir og papp på en lignende måte og produserte et lignende materiale, som han kalte nitramidin. Hvem hadde trodd da, men årsaken til umuligheten av å bruke nitramidin til tekniske formål var nettopp dens lave stabilitet.
I 1845 utførte den sveitsiske kjemikeren Christian Friedrich Schönbein (som da hadde blitt berømt for oppdagelsen av ozon) eksperimenter i laboratoriet sitt. Hans kone forbød ham strengt tatt å ta med kolbene til kjøkkenet, så han hadde det travelt med å fullføre forsøket i hennes fravær - og sølte etsende blanding på bordet. I et forsøk på å unngå en skandale, tørket han, i de beste tradisjonene med sveitsisk nøyaktighet, det med sitt forkle, siden det ikke var for mye blanding. Så, også i tradisjonen med sveitsisk nøysomhet, vasket han forkleet med vann og hang det over komfyren for å tørke. Hvor lenge eller kort det hang der, historien er stille, men at etter tørking av forkleet plutselig forsvant, er det kjent med sikkerhet. Dessuten forsvant han ikke stille, på engelsk, men høyt, kan man til og med si fortryllende: i et blunk og et høyt klapp av en eksplosjon. Men her er det som fanget Schönbeins oppmerksomhet: eksplosjonen skjedde uten den minste røyksky!
Og selv om Schönbein ikke var den første som oppdaget nitrocellulose, var det han som var bestemt til å trekke en konklusjon om viktigheten av funnet. På det tidspunktet ble det brukt svart pulver i artilleri, sotet som skitnet pistolene fra at de i intervaller mellom skuddene måtte rengjøres, og etter de første volleyene dukket det opp et slikt røykforheng at de måtte kjempe nesten blindt. Unødvendig å si pustene med svart røyk indikerte perfekt plasseringen av batteriene. Det eneste som lyste opp livet var erkjennelsen av at fienden var i samme posisjon. Derfor reagerte militæret med entusiasme på eksplosivet, som gir mye mindre røyk, og dessuten er det også kraftigere enn svart pulver.
Nitrocellulose, uten mangler ved svart pulver, gjorde det mulig å etablere produksjon av røykfritt pulver. Og i tradisjonene på den tiden bestemte de seg for å bruke det både som drivmiddel og som eksplosiv. I 1885, etter mange eksperimentelle arbeider, mottok og testet den franske ingeniøren Paul Viel flere kilo pyroxylin flakpulver, kalt krutt "B" - det første røykfrie pulveret. Tester har vist fordelene med det nye drivstoffet.
Imidlertid var det ikke lett å etablere produksjon av store mengder nitrocellulose for militære behov. Nitrocellulose var for utålmodig til å vente på slag og fabrikker fløy som regel opp i luften med misunnelsesverdig regelmessighet, som om de konkurrerte med nitroglyserinproduksjon. Utviklingen av teknologien for industriell produksjon av pyroksylin måtte overvinne hindringer som ingen andre eksplosiver. Det tok et helt kvart århundre å utføre en rekke arbeider av forskere fra forskjellige land til dette originale fibrøse sprengstoffet ble egnet for bruk og til det ble funnet mange midler og metoder som på en eller annen måte garanterte mot en eksplosjon under langvarig lagring av produktet. Uttrykket "på noen måte" er ikke et litterært virkemiddel, men en refleksjon av vanskeligheten som kjemikere og teknologer har møtt med å definere stabilitetskriterier. Det var ingen fast dom over tilnærmingene til å bestemme stabilitetskriteriene, og med ytterligere utvidelse av bruksområdet for dette eksplosivet avslørte konstante eksplosjoner flere og mer mystiske trekk ved oppførselen til denne særegne komplekse eteren. Det var først i 1891 at James Dewar og Frederick Abel klarte å finne en trygg teknologi.
Produksjonen av pyroksylin krever et stort antall hjelpeapparater og en langvarig teknologisk prosess, der alle operasjoner må utføres like nøye og grundig.
Det opprinnelige produktet for produksjon av pyroxylin er cellulose, den beste representanten er bomull. Naturlig ren cellulose er en polymer som består av glukoserester, som er en nær slektning til stivelse: (C6H10O5) n. I tillegg kan avfall fra papirfabrikker gi gode råvarer.
Fibernitrering ble mestret i industriell skala tilbake på 60 -tallet av 1800 -tallet og ble utført i keramiske potter med ytterligere spinning i sentrifuger. På slutten av århundret ble imidlertid denne primitive metoden erstattet av amerikansk teknologi, selv om den under WWI ble gjenopplivet på grunn av den lave kostnaden og enkelheten (nærmere bestemt primitivisme).
Raffinert bomull fylles i en nitrator, en nitreringsblanding (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, vann - 7%) tilsettes basert på 15 kg fiber 900 kg av blandingen, noe som gir et utbytte på 25 kg pyroxylin.
Nitratorene er koblet til batterier, bestående av fire reaktorer og en sentrifuge. Nitratorene lastes med et tidsintervall (ca. 40 minutter) lik ekstraksjonstiden, noe som sikrer prosessens kontinuitet.
Pyroxylin er en blanding av produkter med varierende grad av cellulosanitrering. Pyroksylin, oppnådd ved bruk av fosforsyre i stedet for svovelsyre, er svært stabil, men denne teknologien slo ikke rot på grunn av den høyere kostnaden og lavere produktiviteten.
Det pressede pyroksylinet har egenskapen til selvantennelse og må fuktes. Vannet som brukes til vask og stabilisering av pyroksylin bør ikke inneholde alkaliske midler, siden produktene av alkalisk ødeleggelse er autoignasjonskatalysatorer. Sluttørking til nødvendig fuktighetsinnhold oppnås ved å skylle med absolutt alkohol.
Men fuktet nitrocellulose er heller ikke fri for problemer: den er utsatt for forurensning av mikroorganismer som forårsaker mugg. Beskytt den ved å vokse overflaten. Det ferdige produktet hadde følgende egenskaper:
1. Følsomheten til pyroksylin er sterkt avhengig av fuktighet. Tørr (3 - 5% fuktighet) antennes lett fra åpen flamme eller berøring av et varmt metall, boring, friksjon. Den eksploderer når en 2 kg last faller fra en høyde på 10 cm. Når fuktigheten stiger, reduseres følsomheten og ved 50% vann forsvinner detonasjonsevnen.
2. Energi for eksplosiv transformasjon - 4200 MJ / kg.
3. Detonasjonshastighet: 6300 m / s.
4. Brisance: 18 mm.
5. Høy eksplosivitet: 240 kubikkmeter. cm.
Og likevel, til tross for manglene, passet det kjemisk mer stabile pyroksylinet militæret mer enn nitroglyserin og dynamitt, men følsomheten kunne justeres ved å endre fuktighetsinnholdet. Derfor begynte presset pyroksylin å finne bred bruk for å utstyre stridshoder til gruver og skjell, men over tid ga dette enestående produktet vekk for nitrerte derivater av aromatiske hydrokarboner. Nitrocellulose forble som et drivstoffeksplosiv, men som sprengstoff har det for alltid trukket seg tilbake i fortiden [9].
Flyktig gelé og nitroglyserin krutt
"Svart pulver … representerer alle forbedringer - gjennom den vitenskapelige studien av de usynlige fenomenene som oppstår under forbrenningen. Røykfritt krutt er en ny kobling mellom landenes makt og deres vitenskapelige utvikling. Av denne grunn, som en av krigerne i russisk vitenskap, tør jeg i min avtagende styrke og år ikke analysere oppgavene til røykfritt krutt …"
Leseren, til og med litt kjent med kjemihistorien, har sannsynligvis allerede gjettet hvem ordene disse er - den strålende russiske kjemikeren D. I. Mendelejev.
Mendeleev viet mye arbeid og oppmerksomhet til porrocheliy som et felt for kjemisk kunnskap i de siste årene av sitt liv - i 1890-1897. Men som alltid ble den aktive utviklingsfasen innledet med en periode med refleksjon, akkumulering og systematisering av kunnskap.
Det hele begynte med at den utrettelige Alfred Nobel i 1875 gjorde en annen oppdagelse: en plastisk og elastisk fast løsning av nitrocellulose i nitroglyserin. Det kombinerte ganske vellykket fast form, høy tetthet, enkel støping, konsentrert energi og ufølsomhet for høy luftfuktighet. Geléen, fullstendig brent til karbondioksid, nitrogen og vann, besto av 8% dinitrocellulose og 92% nitroglyserin.
I motsetning til teknikeren Nobel, D. I. Mendeleev gikk ut fra en rent vitenskapelig tilnærming. I grunnlaget for forskningen sin la han en helt bestemt og kjemisk strengt begrunnet idé: det nødvendige stoffet under forbrenning bør avgi maksimalt gassformige produkter per vektenhet. Fra et kjemisk synspunkt betyr dette at det bør være nok oksygen i denne forbindelsen til å fullstendig omdanne karbon til gassformig oksid, hydrogen til vann og oksidasjonsevnen til å gi energi til hele denne prosessen. En detaljert beregning førte til formelen for følgende sammensetning: C30H38 (NO2) 12O25. Når du brenner, bør du få følgende:
C30H38 (NO2) 12O25 = 30 CO + 19 H2O + 6 N2
Det er ikke en lett oppgave å utføre en målrettet syntesereaksjon av et stoff med en slik sammensetning, selv i dag, derfor ble det i praksis brukt en blanding av 7-10% nitrocellulose og 90-93% nitroglyserin. Andelen nitrogeninnhold er omtrent 13, 7%, noe som litt overstiger dette tallet for pyrocollodia (12, 4%). Operasjonen er ikke spesielt vanskelig, krever ikke bruk av komplekst utstyr (det utføres i væskefasen) og fortsetter under normale forhold.
I 1888 mottok Nobel patent på krutt laget av nitroglyserin og kolloksylin (lavt nitrert fiber), kalt pyroxylin røykfritt krutt. Denne komposisjonen er praktisk talt uendret til nå under forskjellige tekniske navn, de mest kjente av dem er korditt og ballistitt. Hovedforskjellen er i forholdet mellom nitroglyserin og pyroksylin (i korditt er det høyere) [13].
Hvordan forholder disse sprengstoffene seg til hverandre? La oss se på tabellen:
Tabell 1.
BB …… Følsomhet…. Energi… Hastighet …… Brisance… Høy eksplosivitet
……… (kg / cm /% av eksplosjoner)….eksplosjon….detonasjon
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
Egenskapene til alle sprengstoff er ganske like, men forskjellen i fysiske egenskaper dikterte forskjellige nisjer for deres anvendelse.
Som vi allerede har sett, gledet verken nitroglyserin eller pyroksylin militæret med sin karakter. Årsaken til den lave stabiliteten til disse stoffene, synes jeg, ligger på overflaten. Begge forbindelsene (eller tretelling og dinitroetylenglykol) er representanter for eterklassen. Og estergruppen er på ingen måte en av lederne innen kjemisk motstand. Hun kan heller bli funnet blant de utenforstående. Nitrogruppen, som inneholder nitrogen i en ganske merkelig oksidasjonstilstand på +5 for den, er heller ikke en modell for stabilitet. Symbiosen til dette sterke oksidasjonsmiddelet med et så godt reduksjonsmiddel som hydroksylgruppen alkoholer fører uunngåelig til en rekke negative konsekvenser, hvorav det mest ubehagelige er lunefullhet i påføringen.
Hvorfor brukte kjemikere og militæret så mye tid på å eksperimentere med dem? Som det ser ut, har mange og mange vunnet. Militæret - den høye kraften og tilgjengeligheten av råvarer, noe som økte hærens kampeffektivitet og gjorde den ufølsom for levering i krigstid. Teknologer - milde synteseforhold (ikke behov for å bruke høye temperaturer og forhøyet trykk) og teknologisk bekvemmelighet (til tross for flertrinnsprosessene, fortsetter alle reaksjonene i ett reaksjonsvolum og uten behov for å isolere mellomprodukter).
Det praktiske utbyttet av produkter var også ganske høyt (tabell 2), noe som ikke medførte et presserende behov for å lete etter kilder til store mengder billig salpetersyre (problemet med svovelsyre ble løst mye tidligere).
Tabell 2.
BB …… Forbruk av reagenser per 1 kg….. Antall trinn…. Antall utsendte produkter
……… Salpetersyre.. Svovelsyre
GN …….10 ……………..23 ……………..3 …………………… 1
DNEG….16, 5 …………..16, 5 …………… 2 …………………… 1
NK ……..8, 5 …………… 25 ……………..3 …………………… 1
Situasjonen endret seg dramatisk da nye inkarnasjoner av djevelen av eksplosiver dukket opp på scenen: trinitrofenol og trinitrotoluen.
(Fortsettelse følger)
