Diabol skutočne sedí vo výbušninách a je pripravený každú chvíľu začať ničiť a lámať všetko naokolo. Udržať toto pekelné stvorenie na uzde a vypustiť ho len vtedy, keď je to nevyhnutné, je hlavný problém, ktorý musia chemici a pyrotechnici pri tvorbe a použití výbušnín vyriešiť. V histórii vzniku a vývoja výbušnín (výbušnín) sa ako v kvapke vody zobrazuje história vzniku, vývoja a zániku štátov a ríš.
Pri príprave osnov hodín si autor opakovane všimol, že krajiny, ktorých vládcovia venovali bdelú pozornosť rozvoju vied, a predovšetkým prírodnej trojici matematikov - fyzika - chémia - dosiahli vo svojom rozvoji vrcholy. Pozoruhodným príkladom môže byť rýchly výstup na svetovú scénu Nemecka, ktorý za polstoročie urobil skok z únie nesúrodých štátov, z ktorých niektoré dokonca aj na podrobnej mape Európy bolo ťažké vidieť bez „malého rozsahu“., do ríše, s ktorou sa muselo počítať celé storočie a pol. Bez toho, aby som znížil zásluhy veľkého Bismarcka v tomto procese, budem citovať jeho frázu, ktorú povedal po víťaznom konci francúzsko-pruskej vojny: „Túto vojnu vyhral jednoduchý nemecký učiteľ“. Autor by chcel svoju recenziu venovať chemickému aspektu zvyšovania bojaschopnosti armády a štátu, ako vždy, pričom vôbec netvrdí, že je výlučný jeho názoru.
Pri publikovaní článku sa autor, podobne ako Jules Verne, zámerne vyhýba špecifikovaniu konkrétnych technologických podrobností a zameriava svoju pozornosť na čisto priemyselné metódy získavania výbušnín. Je to spôsobené nielen celkom pochopiteľným pocitom zodpovednosti vedca za výsledky jeho prác (či už praktickými alebo publicistickými), ale aj skutočnosťou, že predmetom štúdie je otázka „Prečo bolo všetko také a nie inak? “A nie„ Kto to ako prvý dostal? podstatu “.
Autor okrem toho prosí čitateľov o odpustenie núteného používania chemických termínov - atribútov vedy (ako ukazuje jeho vlastná pedagogická skúsenosť, nie je medzi školákmi najobľúbenejšia). Autor si uvedomil, že je nemožné písať o chemikáliách bez uvedenia chemických termínov, a preto sa pokúsi minimalizovať špeciálnu slovnú zásobu.
A posledná vec. Čísla uvedené autorom by nemali byť v žiadnom prípade považované za konečnú pravdu. Údaje o vlastnostiach výbušnín v rôznych zdrojoch sa líšia a niekedy aj dosť silne. Je to pochopiteľné: charakteristiky munície veľmi výrazne závisia od ich „predajného“typu, prítomnosti / neprítomnosti cudzích látok, zavedenia stabilizátorov, režimov syntézy a mnohých ďalších faktorov. Metódy určovania charakteristík výbušnín sa tiež neodlišujú uniformitou (aj keď tu bude väčšia štandardizácia) a tiež netrpia špeciálnou reprodukovateľnosťou.
Klasifikácia BB
V závislosti od typu výbuchu a citlivosti na vonkajšie vplyvy sú všetky výbušniny rozdelené do troch hlavných skupín:
1. Začatie BB.
2. Výbušné trhaviny.
3. Hádzanie výbušnín.
Začíname BB. Sú veľmi citlivé na vonkajšie vplyvy. Ostatné ich vlastnosti sú zvyčajne nízke. Ale majú cennú vlastnosť - ich výbuch (detonácia) má detonačný účinok na trhacie a hnacie trhaviny, ktoré zvyčajne nie sú citlivé na iné druhy vonkajších vplyvov alebo majú veľmi nízku citlivosť. Preto sa iniciačné látky používajú iba na vyvolanie výbuchu trhacích alebo hnacích výbušnín. Aby sa zaistila bezpečnosť použitia iniciačných výbušnín, sú zabalené v ochranných zariadeniach (kapsula, objímka kapsuly, uzáver rozbušky, elektrická rozbuška, poistka). Typickí predstavitelia iniciačných výbušnín: fulminát ortuti, azid olovnatý, tenres (TNPC).
Trhacie trhaviny. Práve o tom sa hovorí a píše. Vybavujú mušle, míny, bomby, rakety, nášľapné míny; vyhodia do vzduchu mosty, autá, podnikateľov …
Trhacie výbušniny sú rozdelené do troch skupín podľa ich výbušných vlastností:
- zvýšený výkon (zástupcovia: RDX, HMX, PETN, Tetril);
- normálny výkon (zástupcovia: TNT, melinit, plast);
- znížený výkon (zástupcovia: dusičnan amónny a jeho zmesi).
Výbušniny so zvýšenou silou sú o niečo citlivejšie na vonkajšie vplyvy, a preto sa častejšie používajú v zmesi s flegmatizátormi (látky, ktoré znižujú citlivosť výbušnín) alebo v zmesi s výbušninami bežnej sily na zvýšenie ich sily. Ako medziľahlé rozbušky sa niekedy používajú výbušniny s vysokým výkonom.
Hádzanie výbušnín. Ide o rôzne strelné prachy - čierny dymový, bezdymový pyroxylín a nitroglycerín. Zahŕňajú tiež rôzne pyrotechnické zmesi na ohňostroje, signálne a svetelné svetlice, zapaľovacie mušle, míny a letecké bomby.
O čiernom prášku a Black Berthold
Niekoľko storočí bol jediným typom výbušniny, ktorú ľudia používali, čierny prášok. S jeho pomocou boli na nepriateľa vrhané delové gule a boli ním naplnené výbušné strely. Pušný prach sa používal v podzemných baniach na ničenie múrov pevností, na drvenie skál.
V Európe sa stal známym od 13. storočia a ešte skôr v Číne, Indii a Byzancii. Prvý zaznamenaný popis strelného prachu na ohňostroj popísal čínsky vedec Sun-Simyao v roku 682. Maximilián grécky (storočie XIII-XIV) v pojednaní „Kniha svetiel“popísal zmes na báze dusičnanu draselného, používanú v Byzancii ako známy „grécky oheň“a pozostáva zo 60% dusičnanov, 20% síry a 20% uhlia.
Európske dejiny objavu strelného prachu začínajú Angličanom, františkánskym mníchom Rogerom Baconom, ktorý v roku 1242 vo svojej knihe „Liber de Nullitate Magiae“uvádza recept na čierny prášok do rakiet a ohňostrojov (40% soľník, 30% uhlie a 30 % síry) a polotajného mnícha Bertholda Schwartza (1351). Je však možné, že to bola jedna osoba: používanie pseudonymov v stredoveku bolo celkom bežné, rovnako ako následný zmätok s datovaním zdrojov.
Jednoduchosť zloženia, dostupnosť dvoch z troch zložiek (natívna síra stále nie je v južných oblastiach Talianska a Sicílie neobvyklá), jednoduchosť prípravy - to všetko zaručovalo strelnému prachu triumfálny pochod krajinami Európy a Ázii. Jediným problémom bolo získať veľké množstvo dusičnanu draselného, ale s touto úlohou sa úspešne stalo. Pretože jediné známe ložisko dusičnanu draselného bolo v tom čase v Indii (odtiaľ pochádza jeho druhé meno - indický), miestna výroba bola založená takmer vo všetkých krajinách. Nebolo možné ho nazvať príjemným, dokonca ani so silnou dávkou optimizmu: surovinami pre neho boli hnoj, vnútornosti zvierat, moč a zvieracie chlpy. Najmenej nepríjemnými prísadami v tejto páchnucej a silne znečistenej zmesi boli vápno a potaš. Celé toto bohatstvo niekoľko mesiacov sypalo do jám, kde kvasilo pod vplyvom azotobaktérií. Uvoľnený amoniak sa oxidoval na dusičnany, čo nakoniec poskytlo požadovaný dusičnan, ktorý sa izoloval a čistil rekryštalizáciou - povolanie, tiež poviem, nie najpríjemnejšie. Ako vidíte, v tomto procese nie je nič obzvlášť komplikované, suroviny sú celkom dostupné a dostupnosť strelného prachu sa čoskoro stala univerzálnou.
Čierny (alebo dymový) strelný prach bol v tej dobe univerzálnou výbušninou. Ani kolísavé, ani valivé, mnoho rokov sa používalo ako projektil aj ako výplň prvých bômb - prototypov modernej munície. Do konca prvej tretiny 19. storočia pušný prach plne vyhovoval potrebám pokroku. Veda a priemysel však nestáli na mieste a čoskoro prestali vyhovovať požiadavkám doby kvôli svojej malej kapacite. Koniec monopolu na strelný prach možno pripísať 70. rokom 17. storočia, kedy A. Lavoisier a C. Berthollet organizovali výrobu bertholletovej soli na báze chlorečnanu draselného objaveného Bertholletom (bertholletová soľ).
Históriu Bertholletovej soli je možné vysledovať až do okamihu, keď Claude Berthollet študoval vlastnosti chlóru, ktoré nedávno objavil Carl Scheele. Prechodom chlóru horúcim koncentrovaným roztokom hydroxidu draselného získal Berthollet novú látku, neskôr nazývanú chemikmi chlorečnan draselný, a nie chemikmi - Bertholletovu soľ. Stalo sa to v roku 1786. A hoci sa diablova soľ nikdy nestala novou výbušninou, splnila svoju úlohu: po prvé slúžila ako podnet k hľadaniu nových náhrad za zúfalý „boh vojny“a po druhé sa stala zakladateľom nových typov výbušnín - iniciátori.
Výbušný olej
A v roku 1846 chemici navrhli dve nové výbušniny - pyroxylín a nitroglycerín. V Turíne taliansky chemik Ascagno Sobrero zistil, že stačí ošetriť glycerín kyselinou dusičnou (nitráciou) za vzniku olejovitej transparentnej kvapaliny - nitroglycerínu. Prvá tlačená správa o ňom bola uverejnená v časopise L'Institut (XV, 53) 15. februára 1847 a zaslúži si citáciu. Prvá časť hovorí:
„Ascagno Sobrero, profesor technickej chémie z Turína, v liste prof. Peluzom uvádza, že už dlho dostáva výbušniny pôsobením kyseliny dusičnej na rôzne organické látky, konkrétne na trstinový cukor, kyprenie, dextrit, mliečny cukor atď. Sobrero tiež študoval vplyv zmesi kyseliny dusičnej a kyseliny sírovej na glycerín, a skúsenosti mu ukázali, že sa získava látka podobná chrastícej bavlne … “
Ďalej je tu popis nitračného experimentu, zaujímavý len pre organických chemikov (a aj to iba z historického hľadiska), ale všimneme si iba jednu vlastnosť: nitroderiváty celulózy a ich schopnosť explodovať, boli už vtedy celkom dobre známi [11].
Nitroglycerín je jednou z najsilnejších a najcitlivejších trhavín a vyžaduje si zvláštnu starostlivosť a pozornosť pri manipulácii.
1. Citlivosť: po výstrele guľkou môže explodovať. Citlivosť na náraz s 10 kg kettlebellom spadnutým z výšky 25 cm - 100%. Spaľovanie sa mení na detonáciu.
2. Energia výbušnej transformácie - 5300 J / kg.
3. Rýchlosť detonácie: 6500 m / s.
4. Brisance: 15-18 mm.
5. Výbušnosť: 360-400 metrov kubických. pozri [6].
Možnosť použitia nitroglycerínu ukázal známy ruský chemik N. N. Zinin, ktorý v rokoch 1853-1855 počas krymskej vojny spolu s vojenským inžinierom V. F. Petrushevským vyrobili veľké množstvo nitroglycerínu.
Profesor Kazanskej univerzity N. N. Zinin
Vojenský inžinier V. F. Petrushevsky
Ale diabol žijúci v nitroglyceríne sa ukázal byť zlomyseľný a vzpurný. Ukázalo sa, že citlivosť tejto látky na vonkajšie vplyvy je len o málo nižšia ako pri výbušnej ortuti. Môže explodovať už v momente nitrácie, nedá sa ním otriasť, zahriať a ochladiť ani vystaviť slnku. Počas skladovania môže explodovať. A ak ho podpálite zápalkou, môže celkom pokojne zhorieť …
A napriek tomu bola potreba silných výbušnín v polovici 19. storočia taká veľká, že napriek mnohým nehodám sa nitroglycerín začal široko používať v trhacích operáciách.
Mnohí sa pokúsili zlomiť zlého diabla, ale sláva krotiteľa bola udelená Alfredovi Nobelovi. Vzostupy a pády tejto cesty, ako aj osud výťažku z predaja tejto látky, sú všeobecne známe a autor považuje za zbytočné zachádzať do ich podrobností.
„Vtlačené“do pórov inertného plniva (a vyskúšalo sa niekoľko desiatok látok, z ktorých najlepšia bola infuzorická zemina - pórovitý kremičitan, ktorého 90% objemu pripadá na póry, ktoré môžu chamtivo absorbovať nitroglycerín), nitroglycerín sa stal oveľa „ústretovejším“, pričom v sebe udržal takmer všetku svoju ničivú silu. Ako viete, Nobel dal tejto zmesi, ktorá vyzerá ako rašelina, názov „dynamit“(z gréckeho slova „dinos“- sila). Irónia osudu: rok potom, čo Nobel získal patent na výrobu dynamitu, Petrushevsky úplne nezávisle mieša nitroglycerín s magnéziou a dostáva výbušniny, neskôr nazývané „ruský dynamit“.
Nitroglycerín (konkrétnejšie glycerintrinitrát) je kompletný ester glycerínu a kyseliny dusičnej. Obvykle sa získava pôsobením glycerínu na zmes kyseliny sírovej a dusičnej (v chemickom jazyku - esterifikačná reakcia):
Explózia nitroglycerínu je sprevádzaná uvoľňovaním veľkého množstva plynných produktov:
4 C3H5 (NO2) 3 = 12 CO2 + 10 H20 + 6 N2 + O2
Esterifikácia prebieha postupne v troch stupňoch: v prvom sa získa glycerol mononitrát, v druhom - glycerol dinitrát a v treťom - glycerol trinitrát. Pre úplnejší výťažok nitroglycerínu sa odoberie 20% nadbytok kyseliny dusičnej v prebytku teoreticky požadovaného množstva.
Nitrácia sa uskutočňovala v porcelánových hrncoch alebo spájkovaných olovených nádobách v kúpeli s ľadovou vodou. Jedným cyklom sa získalo asi 700 g nitroglycerínu a počas hodiny sa tieto operácie vykonali v priebehu 3-4.
Rastúce potreby však urobili vlastnú úpravu technológie výroby nitroglycerínu. Postupom času (v roku 1882) bola vyvinutá technológia výroby výbušnín v nitrátoch. V tomto prípade bol proces rozdelený do dvoch etáp: v prvom stupni sa glycerín zmiešal s polovičným množstvom kyseliny sírovej, a tak sa využila väčšina uvoľneného tepla, potom sa pripravila hotová zmes kyseliny dusičnej a kyseliny sírovej bol zavedený do tej istej nádoby. Bolo teda možné vyhnúť sa hlavným ťažkostiam: nadmernému prehriatiu reakčnej zmesi. Miešanie sa vykonáva stlačeným vzduchom pri tlaku 4 atm. Produktivita procesu je 100 kg glycerínu za 20 minút pri 10 - 12 stupňoch.
Vzhľadom na rôznu špecifickú hmotnosť nitroglycerínu (1, 6) a odpadovej kyseliny (1, 7) sa zbiera zhora s ostrým rozhraním. Po nitrácii sa nitroglycerín premyje vodou, potom sa zo zvyškov kyselín premyje sódou a opäť sa premyje vodou. Miešanie vo všetkých fázach procesu sa vykonáva stlačeným vzduchom. Sušenie sa vykonáva filtráciou cez vrstvu kalcinovanej kuchynskej soli [9].
Ako vidíte, reakcia je celkom jednoduchá (spomeňte si na vlnu terorizmu na konci 19. storočia, ktorú zdvihli „bombardéri“, ktorí ovládali jednoduchú vedu o aplikovanej chémii) a patrí k počtu „jednoduchých chemických procesov“(A. Stetbacher). Za najjednoduchších podmienok (výroba čierneho prášku nie je oveľa jednoduchšie) je možné vyrobiť takmer akékoľvek množstvo nitroglycerínu.
Spotreba činidiel je nasledovná: na získanie 150 ml nitroglycerínu musíte vziať: 116 ml glycerínu; 1126 ml koncentrovanej kyseliny sírovej;
649 ml kyseliny dusičnej (koncentrácia najmenej 62%).
Dynamit vo vojne
Dynamit bol prvýkrát použitý vo francúzsko-pruskej vojne v rokoch 1870-1871: pruskí ženisti vyhodili do vzduchu francúzske opevnenie dynamitom. Ukázalo sa však, že bezpečnosť dynamitu je relatívna. Armáda okamžite zistila, že pri streľbe guľkou nevybuchne horšie ako jej predchodca a spaľovanie sa v určitých prípadoch zmení na výbuch.
Ale pokušeniu získať silnú muníciu sa nedalo odolať. Prostredníctvom dosť nebezpečných a zložitých experimentov bolo možné zistiť, že dynamit nevybuchne, ak sa zaťaženie zvýši nie okamžite, ale postupne, pričom sa zrýchlenie projektilu udrží v bezpečných medziach.
Riešenie problému na technickej úrovni bolo vidieť v použití stlačeného vzduchu. V júni 1886 poručík Edmund Ludwig G. Zelinský z 5. delostreleckého pluku armády USA testoval a zdokonaľoval pôvodný americký inžiniersky dizajn. Pneumatické delo s kalibrom 380 mm a dĺžkou 15 m pomocou vzduchu stlačeného na 140 atm dokázalo vrhnúť projektily s dĺžkou 3,35 m z 227 kg dynamitu na 1800 mA dĺžky projektilu 1,83 m s 51 kg dynamit a všetkých 5 tisíc m
Hnaciu silu zabezpečovali dva valce stlačeného vzduchu a horný bol s nástrojom spojený pružnou hadicou. Druhý valec bol rezervou na napájanie horného a samotný tlak v ňom sa udržiaval pomocou parného čerpadla zakopaného v zemi. Projektil nabitý dynamitom mal tvar šípky - delostreleckého šípu - a mal 50 -librovú hlavicu.
Vojvoda z Cambridge nariadil armáde otestovať jeden taký systém v Milford Haven, ale zbraň spotrebovala takmer všetku muníciu, než konečne zasiahla cieľ, ktorý bol však veľmi efektívne zničený. Americkí admiráli boli z nového kanónu potešení: v roku 1888 boli uvoľnené peniaze na výrobu 250 dynamitových zbraní pre pobrežné delostrelectvo.
V roku 1885 Zelinský založil spoločnosť Pneumatic Gun Company, aby v armáde a námorníctve predstavila pneumatické zbrane s nábojmi dynamitu. Jeho experimenty viedli k hovoriť o vzduchových zbraniach ako o sľubnej novej zbrani. Americké námorníctvo dokonca postavilo v roku 1888 944 ton vážiaci dynamitový krížnik Vesuv vyzbrojený tromi z týchto 381 mm kanónov.
Schéma krížnika „dynamit“„Vezuv“
[stred]
A takto vyzerali jeho nehybné zbrane[/stred]
Ale zvláštna vec: nadšenie po niekoľkých rokoch vystriedalo sklamanie. „Počas španielsko-americkej vojny,“povedali o tom americkí delostrelci, „tieto zbrane nikdy nenarazili na správne miesto“. A aj keď nešlo ani tak o zbrane, ako o schopnosť delostrelcov presne strieľať a tuhé upevnenie zbraní, tento systém neprešiel ďalším vývojom.
V roku 1885 Holandsko nainštalovalo Zelinského vzduchové delo na svoju ponorku č. 4. Vec však neprišla k svojim praktickým testom, tk. čln počas štartu utrpel vážnu nehodu.
V roku 1897 Holandsko znova vyzbrojilo svoju ponorku č. 8 novým Zelinským delom. Výzbroj tvorila 18-palcová (457 mm) luková torpédometa s tromi torpédami Whitehead a tiež Zelinského zadná vzduchová pištoľ na náboje dynamitu (7 kôl s hmotnosťou 100,7 kg (222 libier)). Vzhľadom na príliš krátku hlaveň obmedzenú veľkosťou člna však mala táto pištoľ krátky dostrel. Po praktickom streľbe ho vynálezca v roku 1899 demontoval.
V budúcnosti ani Holandsko, ani iní konštruktéri nenainštalovali na svoje ponorky zbrane (prístroje) na paľbu vrhajúcich míny a náboje dynamitu. Zbrane Zelinského teda nepostrehnuteľne, ale rýchlo opustili pódium [12].
Súrodenec nitroglycerínu
Z chemického hľadiska je glycerín najjednoduchším zástupcom triedy trojsýtnych alkoholov. Existuje jeho dvojatómový analóg - etylénglykol. Niet divu, že po zoznámení sa s nitroglycerínom chemici obrátili svoju pozornosť na etylénglykol v nádeji, že použitie bude pohodlnejšie.
Ale aj tu diabol výbušnín ukázal svoj rozmarný charakter. Charakteristiky dinitroetylénglykolu (táto výbušnina nikdy nedostala svoje vlastné meno) sa ukázali byť veľmi odlišné od nitroglycerínu:
1. Citlivosť: detonácia pri páde 2 kg bremena z výšky 20 cm; citlivý na trenie, oheň.
2. Energia výbušnej transformácie - 6900 J / kg.
3. Rýchlosť detonácie: 7200 m / s.
4. Brisance: 16,8 mm.
5. Vysoká výbušnosť: 620-650 metrov kubických. cm.
Prvýkrát ho získal Henry v roku 1870. Získava sa starostlivou nitráciou etylénglykolu podľa postupu podobného príprave nitroglycerínu (nitračná zmes: H2SO4 - 50%, HNO3 - 50%; pomer - 1 až 5 vzhľadom na etylénglykol).
Proces nitrácie je možné uskutočniť pri nižšej teplote, čo je predispozíciou k vyššiemu výťažku [7, 8].
Napriek tomu, že citlivosť DNEG sa vo všeobecnosti ukázala byť o niečo nižšia ako citlivosť na NG, jeho použitie nesľubovalo významné výhody. Ak k tomu pripočítame vyššiu volatilitu ako NG a nižšiu dostupnosť surovín, potom je zrejmé, že táto cesta nikam nevedie.
Rovnako sa však neukázal byť úplne zbytočný. Najprv sa používal ako prísada do dynamitu, počas druhej svetovej vojny sa kvôli nedostatku glycerínu používal ako náhrada nitroglycerínu v bezdymových práškoch. Takéto prášky mali krátku dobu použiteľnosti kvôli prchavosti DNEG, ale vo vojnových podmienkach na tom nezáležalo: nikto ich nebude dlho skladovať.
Zástera Christian Schönbein
Nie je známe, koľko času by armáda strávila hľadaním spôsobov, ako upokojiť nitroglycerín, keby do konca 19. storočia neprišla priemyselná technológia na výrobu ďalšieho nitroesteru. Stručne povedané, história jeho vzhľadu je nasledovná [16].
V roku 1832 francúzsky chemik Henri Braconneau zistil, že keď sa škrob a drevené vlákna ošetria kyselinou dusičnou, vznikne nestabilný, horľavý a výbušný materiál, ktorý nazval xyloidín. Je pravda, že záležitosť bola obmedzená na správu o tomto objave. O šesť rokov neskôr, v roku 1838, ďalší francúzsky chemik Théophile-Jules Pelouse spracoval papier a lepenku podobným spôsobom a vyrobil podobný materiál, ktorý pomenoval nitramidín. Kto by to vtedy myslel, ale dôvodom nemožnosti použitia nitramidínu na technické účely bola práve jeho nízka stabilita.
V roku 1845 švajčiarsky chemik Christian Friedrich Schönbein (ktorý sa v tom čase preslávil objavom ozónu) robil experimenty vo svojom laboratóriu. Jeho manželka mu prísne zakázala priniesť fľaše do kuchyne, a tak sa poponáhľal dokončiť experiment v jej neprítomnosti - a vylial na stôl trochu žieravej zmesi. V snahe vyhnúť sa škandálu ho podľa najlepších tradícií švajčiarskej presnosti zotrel pracovnou zásterou, pretože zmesi nebolo príliš veľa. Potom, tiež v tradícii švajčiarskej šetrnosti, zásteru umyl vodou a zavesil nad sporák, aby sa vysušila. Ako dlho alebo krátko tam visel, história mlčí, ale že po vysušení zástera náhle zmizla, je to isté. Navyše zmizol nie potichu, v angličtine, ale nahlas, dalo by sa dokonca povedať kúzelne: bleskovo a hlasno tlesklo výbuch. Ale tu je to, čo upútalo Schönbeinovu pozornosť: výbuch nastal bez najmenšieho oblaku dymu!
A hoci Schönbein nebol prvý, kto objavil nitrocelulózu, bol to on, komu bolo súdené urobiť záver o dôležitosti tohto objavu. V tom čase sa v delostrelectve používal čierny prášok, od ktorého sadze špinili zbrane, že v intervaloch medzi výstrelmi ich bolo potrebné vyčistiť a po prvých salvách vznikla taká clona dymu, že museli bojovať takmer slepo. Nie je potrebné hovoriť, že obláčiky čierneho dymu dokonale naznačovali umiestnenie batérií. Jediná vec, ktorá rozjasnila život, bolo zistenie, že nepriateľ je v rovnakej pozícii. Armáda preto na výbušninu, ktorá dáva oveľa menej dymu, reagovala s nadšením a okrem toho je tiež silnejšia ako čierny prášok.
Nitrocelulóza zbavená nedostatkov čierneho prášku umožnila založiť výrobu bezdymového prášku. A v tradíciách tej doby sa rozhodli používať ho ako hnaciu látku, tak aj ako výbušninu. V roku 1885, po mnohých experimentálnych prácach, francúzsky inžinier Paul Viel dostal a otestoval niekoľko kilogramov pyroxylínového vločkového prášku, nazývaného strelný prach „B“- prvý bezdymový prášok. Testy preukázali výhody nového paliva.
Nebolo však ľahké založiť výrobu veľkého množstva nitrocelulózy na vojenské účely. Nitrocelulóza bola príliš netrpezlivá na to, aby čakala na bitky, a továrne spravidla lietali do vzduchu so závideniahodnou pravidelnosťou, ako keby konkurovali produkcii nitroglycerínu. Vývoj technológie na priemyselnú výrobu pyroxylínu musel prekonať prekážky ako žiadna iná výbušnina. Trvalo celé štvrťstoročie, kým sa vykonalo množstvo prác výskumníkov z rôznych krajín, kým sa táto pôvodná vláknitá trhavina stala vhodnou na použitie, a kým sa nenašli mnohé prostriedky a metódy, ktoré nejakým spôsobom zaručovali výbuch počas dlhodobého skladovania produktu. Výraz „akýmkoľvek spôsobom“nie je literárnym zariadením, ale je odrazom ťažkostí, s ktorými sa chemici a technológovia stretávajú pri definovaní kritérií stability. Neexistoval pevný úsudok o prístupoch k určovaniu kritérií stability a s ďalším rozšírením rozsahu použitia tejto výbušniny neustále výbuchy odhaľovali stále záhadnejšie črty v správaní tohto zvláštneho komplexného éteru. Až v roku 1891 sa Jamesovi Dewarovi a Frederickovi Ábelovi podarilo nájsť bezpečnú technológiu.
Výroba pyroxylínu vyžaduje veľký počet pomocných zariadení a dlhý technologický proces, v ktorom musia byť všetky operácie vykonávané rovnako starostlivo a dôkladne.
Počiatočným výrobkom na výrobu pyroxylínu je celulóza, ktorej najlepším predstaviteľom je bavlna. Prírodná čistá celulóza je polymér pozostávajúci zo zvyškov glukózy, ktorý je blízkym príbuzným škrobu: (C6H10O5) n. Navyše odpad z papierní môže poskytovať vynikajúce suroviny.
Nitrácia vlákien bola zvládnutá v priemyselnom meradle už v 60. rokoch 19. storočia a prebiehala v keramických nádobách s ďalším spriadaním v odstredivkách. Avšak do konca storočia bola táto primitívna metóda nahradená americkou technológiou, aj keď počas prvej svetovej vojny bola oživená kvôli nízkym nákladom a jednoduchosti (presnejšie primitivizmu).
Rafinovaná bavlna sa naplní do nitrátora, pridá sa nitračná zmes (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, voda - 7%) na základe 15 kg vlákna, 900 kg zmesi, čo poskytne výťažok 25 kg pyroxylínu.
Nitrátory sú spojené v batériách, ktoré pozostávajú zo štyroch reaktorov a jednej odstredivky. Nitrátory sú zaťažené časovým intervalom (približne 40 minút) rovnajúcim sa času extrakcie, čo zaisťuje kontinuitu procesu.
Pyroxylín je zmesou produktov s rôznym stupňom nitrácie celulózy. Pyroxylín získaný použitím kyseliny fosforečnej namiesto kyseliny sírovej je vysoko stabilný, ale táto technológia sa nepresadila kvôli vyšším nákladom a nižšej produktivite.
Lisovaný pyroxylín má vlastnosť samovznietenia a je potrebné ho zvlhčiť. Voda používaná na pranie a stabilizáciu pyroxylínu by nemala obsahovať zásadité činidlá, pretože produkty alkalickej deštrukcie sú katalyzátormi samovznietenia. Konečné sušenie na požadovaný obsah vlhkosti sa dosiahne prepláchnutím absolútnym alkoholom.
Navlhčená nitrocelulóza však tiež nie je bez problémov: je náchylná na kontamináciu mikroorganizmami, ktoré spôsobujú plesne. Chráňte ho voskovaním povrchu. Hotový výrobok mal nasledujúce vlastnosti:
1. Citlivosť pyroxylínu veľmi závisí od vlhkosti. Suchý (3 - 5% vlhkosť) sa ľahko vznieti z otvoreného plameňa alebo dotyku horúceho kovu, vŕtania, trenia. Vybuchne pri páde 2 kg záťaže z výšky 10 cm Keď vlhkosť stúpa, citlivosť klesá a pri 50% vody detonačná schopnosť zaniká.
2. Energia výbušnej transformácie - 4200 MJ / kg.
3. Rýchlosť detonácie: 6300 m / s.
4. Brisance: 18 mm.
5. Vysoká výbušnosť: 240 kubických metrov. cm.
A napriek tomu, napriek nedostatkom, chemicky stabilnejší pyroxylín vyhovoval armáde viac ako nitroglycerín a dynamit, jeho citlivosť sa dala upraviť zmenou obsahu vlhkosti. Lisovaný pyroxylín preto začal nachádzať široké využitie na vybavenie hlavíc baní a škrupín, ale postupom času tento bezkonkurenčný produkt ustúpil nitrovaným derivátom aromatických uhľovodíkov. Nitrocelulóza zostala ako výbušnina hnacieho plynu, ale ako trhavina navždy ustúpila do minulosti [9].
Prchavý želé a nitroglycerínový strelný prach
"Čierny prášok … predstavuje všetky predpoklady ďalšieho zlepšovania - prostredníctvom vedeckého skúmania neviditeľných javov, ktoré sa vyskytujú počas jeho spaľovania." Bezdymový strelný prach je novým spojením medzi silou krajín a ich vedeckým rozvojom. Z tohto dôvodu, pretože som jedným z bojovníkov ruskej vedy, v mojej klesajúcej sile a rokoch sa neodvažujem analyzovať úlohy bezdymového strelného prachu … “
Čitateľ, aj keď trochu oboznámený s históriou chémie, pravdepodobne už uhádol, o ktoré slová ide - geniálny ruský chemik D. I. Mendeleev.
Mendeleev venoval veľa úsilia a pozornosti porrocheliu ako oblasti chemických znalostí v posledných rokoch svojho života - v rokoch 1890-1897. Ale ako vždy, aktívnej fáze vývoja predchádzalo obdobie reflexie, akumulácie a systematizácie znalostí.
Všetko to začalo skutočnosťou, že v roku 1875 neúnavný Alfred Nobel urobil ďalší objav: plastický a elastický pevný roztok nitrocelulózy v nitroglyceríne. Celkom úspešne kombinoval pevnú formu, vysokú hustotu, ľahké tvarovanie, koncentrovanú energiu a necitlivosť na vysokú vzdušnú vlhkosť. Želé, úplne spálené na oxid uhličitý, dusík a vodu, pozostávalo z 8% dinitrocelulózy a 92% nitroglycerínu.
Na rozdiel od techie Nobel, D. I. Mendeleev vychádzal z čisto vedeckého prístupu. Na základe svojho výskumu položil úplne definitívnu a chemicky prísne podloženú myšlienku: požadovaná látka počas spaľovania by mala vypúšťať maximálne plynné produkty na jednotku hmotnosti. Z chemického hľadiska to znamená, že v tejto zlúčenine by malo byť dostatok kyslíka na úplné premenu uhlíka na plynný oxid, vodíka na vodu a oxidačnej kapacity na zabezpečenie energie pre celý tento proces. Podrobný výpočet viedol k vzorcu nasledujúceho zloženia: C30H38 (NO2) 12O25. Pri spaľovaní by ste mali dostať nasledujúce:
C30H38 (NO2) 12O25 = 30 CO + 19 H20 + 6 N2
Nie je ľahké vykonávať cielenú syntéznu reakciu látky s takýmto zložením, a to ani v súčasnosti, preto sa v praxi v praxi používala zmes 7 až 10% nitrocelulózy a 90 až 93% nitroglycerínu. Percento obsahu dusíka je asi 13,7%, čo mierne presahuje tento údaj pre pyrokolódiu (12,4%). Operácia nie je obzvlášť náročná, nevyžaduje použitie komplexného zariadenia (vykonáva sa v kvapalnej fáze) a prebieha za normálnych podmienok.
V roku 1888 získal Nobel patent na strelný prach vyrobený z nitroglycerínu a koloxylínu (vlákno s nízkym obsahom nitrátov), pomenovaný ako bezdymový strelný prach pyroxylínu. Táto kompozícia sa doteraz prakticky nemení pod rôznymi technickými názvami, z ktorých najznámejšie sú kordit a ballistite. Hlavný rozdiel je v pomere medzi nitroglycerínom a pyroxylínom (v kordite je vyšší) [13].
Ako spolu tieto výbušniny súvisia? Pozrime sa na tabuľku:
Stôl 1.
BB …… Citlivosť…. Energia… Rýchlosť …… Brisance… Vysoká výbušnosť
……… (kg / cm /% výbuchov)….explózia….detonácia
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
Charakteristiky všetkých výbušnín sú dosť podobné, ale rozdiel vo fyzikálnych vlastnostiach diktoval rôzne medzery v ich aplikácii.
Ako sme už videli, ani nitroglycerín, ani pyroxylín nepotešili armádu svojim charakterom. Zdá sa mi, že dôvod nízkej stability týchto látok leží na povrchu. Obe zlúčeniny (alebo tri - počítanie a dinitroetylénglykol) sú zástupcami triedy éterov. A esterová skupina v žiadnom prípade nepatrí k lídrom v chemickej odolnosti. Skôr sa dá nájsť medzi cudzími ľuďmi. Nitroskupina, ktorá obsahuje dusík v dosť zvláštnom oxidačnom stave +5, tiež nie je modelom stability. Symbióza tohto silného oxidačného činidla s tak dobrým redukčným činidlom, akým je hydroxylová skupina alkoholov, nevyhnutne vedie k mnohým negatívnym dôsledkom, z ktorých najnepríjemnejšou je rozmarnosť pri aplikácii.
Prečo chemici a armáda strávili toľko času experimentovaním s nimi? Ako sa zdá, mnohí a mnohí si získali. Armáda - vysoká sila a dostupnosť surovín, ktoré zvyšovali bojovú účinnosť armády a robili ju necitlivou na dodávky vo vojne. Technológovia - mierne podmienky syntézy (nie je potrebné používať vysoké teploty a zvýšený tlak) a technologické pohodlie (napriek viacstupňovým procesom všetky reakcie prebiehajú v jednom reakčnom objeme a bez potreby izolácie medziproduktov).
Praktické výťažky výrobkov boli tiež dosť vysoké (tabuľka 2), čo nespôsobilo naliehavú potrebu hľadať zdroje veľkého množstva lacnej kyseliny dusičnej (problém s kyselinou sírovou bol vyriešený oveľa skôr).
Tabuľka 2
BB …… Spotreba činidiel na 1 kg….. Počet etáp…. Počet emitovaných produktov
……… Kyselina dusičná.. Kyselina sírová
GN …….10 ……………..23 ……………..3 …………………… 1
DNEG….16, 5 …………..16, 5 …………… 2 …………………… 1
NK ……..8, 5 …………… 25 ……………..3 …………………… 1
Situácia sa dramaticky zmenila, keď sa na scéne objavili nové inkarnácie diabla výbušnín: trinitrofenol a trinitrotoluén.
(Pokračovanie nabudúce)
