Ja, djävulen sitter i sprängämnena, redo när som helst att börja förstöra och bryta allt runt omkring. Att hålla denna helvetes varelse i schack och släppa den bara vid behov är det största problemet som kemister och pyrotekniker måste lösa när de skapar och använder sprängämnen. I historien om skapande och utveckling av sprängämnen (sprängämnen), som i en vattendroppe, visas historien om uppkomsten, utvecklingen och förstörelsen av stater och imperier.
För att förbereda lektionernas kontur uppmärksammade författaren upprepade gånger att de länder vars härskare ägnade vaksam uppmärksamhet åt utvecklingen av vetenskaper, och framför allt till den naturliga treenigheten hos matematiker - fysik - kemi - nådde höjder i sin utveckling. Ett slående exempel kan vara den snabba uppstigningen på Tysklands världscen, som på ett halvt sekel gjorde ett språng från en förening av olika stater, varav några även på en detaljerad karta över Europa var svåra att se utan ett "litet omfång", till ett imperium som man måste räkna med i ett och ett halvt sekel. Utan att minska den stora Bismarcks meriter i denna process kommer jag att citera hans fras, som han sade efter det segerrika slutet av det fransk-preussiska kriget: "Detta krig vann en enkel tysklärare." Författaren vill ägna sin granskning åt den kemiska aspekten av att öka arméns och statens stridsförmåga, som alltid, utan att alls påstå sig vara exklusiv för hans åsikt.
När han publicerar artikeln undviker författaren, liksom Jules Verne, avsiktligt att specificera specifika tekniska detaljer och fokuserar sin uppmärksamhet på rent industriella metoder för att få fram sprängämnen. Detta beror inte bara på vetenskapsmannens ganska begripliga ansvarskänsla för resultaten av hans verk (vare sig det är praktiskt eller journalistiskt), utan också av att ämnet för studien är frågan”Varför var allt så här och inte annars?”Och inte” Vem var först med att få det? substans”.
Dessutom ber författaren läsarna om förlåtelse för tvångsanvändning av kemiska termer - vetenskapens attribut (vilket framgår av hans egen pedagogiska erfarenhet, inte den mest älskade av skolbarn). Inse att det är omöjligt att skriva om kemikalier utan att nämna kemiska termer, kommer författaren att försöka minimera speciellt ordförråd.
Och det sista. De siffror som författaren har gett ska inte på något sätt betraktas som den yttersta sanningen. Uppgifterna om egenskaperna hos sprängämnen i olika källor skiljer sig åt och ibland ganska starkt. Detta är förståeligt: ammunitionens egenskaper beror mycket signifikant på deras "säljbara" typ, förekomst / frånvaro av främmande ämnen, introduktion av stabilisatorer, synteslägen och många andra faktorer. Metoderna för att bestämma egenskaperna hos sprängämnen utmärks inte heller av enhetlighet (även om det kommer att bli mer standardisering här) och de lider inte heller av särskild reproducerbarhet.
BB -klassificering
Beroende på typen av explosion och känslighet för yttre påverkan är alla sprängämnen indelade i tre huvudgrupper:
1. Initierar BB.
2. Sprängning av sprängämnen.
3. Kasta sprängämnen.
Startar BB. De är mycket känsliga för yttre påverkan. Resten av deras egenskaper är vanligtvis låga. Men de har en värdefull egenskap - deras explosion (detonation) har en detonationseffekt på sprängning och drivning av sprängämnen, som vanligtvis inte är känsliga för andra typer av yttre påverkan alls eller har mycket låg känslighet. Därför används initierande ämnen endast för att stimulera explosionen av sprängning eller framdrivning av sprängämnen. För att säkerställa användningen av initierande sprängämnen förpackas de i skyddsanordningar (kapsel, kapselhylsa, detonatorlock, elektrisk detonator, säkring). Typiska representanter för initierande sprängämnen: kvicksilver fulminat, blyazid, tenres (TNPC).
Sprängning av sprängämnen. Detta är faktiskt vad de säger och skriver om. De utrustar skal, gruvor, bomber, raketer, landminor; de spränger broar, bilar, affärsmän …
Sprängämnen sprängs i tre grupper enligt deras explosiva egenskaper:
- ökad effekt (representanter: RDX, HMX, PETN, Tetril);
- normal effekt (representanter: TNT, melinit, plast);
- minskad effekt (representanter: ammoniumnitrat och dess blandningar).
Sprängämnen med ökad effekt är något mer känsliga för yttre påverkan och därför används de oftare i en blandning med flegmatiserare (ämnen som minskar sprängämnets känslighet) eller i en blandning med sprängämnen med normal effekt för att öka effekten hos den senare. Ibland används högeffektiva sprängämnen som mellanliggande detonatorer.
Kasta sprängämnen. Det här är olika krut - svart rökigt, rökfritt pyroxylin och nitroglycerin. De innehåller också olika pyrotekniska blandningar för fyrverkerier, signal- och belysningsbluss, belysning av skal, gruvor och flygbomber.
Om svart pulver och Black Berthold
Under flera århundraden var den enda typen av sprängämnen som användes av människor svart pulver. Med dess hjälp kastades kanonkulor mot fienden och explosiva skal fylldes med den. Krut användes i underjordiska gruvor för att förstöra fästningarnas murar för att krossa stenar.
I Europa blev det känt från 1200 -talet, och ännu tidigare i Kina, Indien och Bysantium. Den första inspelade beskrivningen av krut för fyrverkerier beskrevs av den kinesiska forskaren Sun-Simyao år 682. Maximilian den grekiska (XIII-XIV århundraden) i avhandlingen "Book of Lights" beskrev en blandning baserad på kaliumnitrat, som i Byzantium användes som berömd "grekisk eld" och består av 60% nitrat, 20% svavel och 20% kol.
Den europeiska historien om upptäckten av krut börjar med en engelsman, franciskanermunken Roger Bacon, som 1242 i sin bok "Liber de Nullitate Magiae" ger ett recept på svartpulver för raketer och fyrverkerier (40% saltpeter, 30% kol och 30 % svavel) och den halvmytiska munken Berthold Schwartz (1351). Det är dock möjligt att detta var en person: användningen av pseudonymer under medeltiden var ganska vanlig, liksom den efterföljande förvirringen med datering av källor.
Enkelheten i kompositionen, tillgängligheten av två av de tre komponenterna (nativt svavel är fortfarande inte ovanligt i södra Italien och Sicilien), enkel förberedelse - allt detta garanterade krutet en triumfmarsch genom Europas länder och Asien. Det enda problemet var att få stora mängder kaliumnitrat, men denna uppgift klarades framgångsrikt. Eftersom den enda kända kaliumnitratfyndigheten vid den tiden var i Indien (därav dess andra namn - indiskt), etablerades lokal produktion i nästan alla länder. Det var omöjligt att kalla honom trevlig, även med en stabil optimism: råvarorna för honom var gödsel, djurinmat, urin och djurhår. De minst obehagliga ingredienserna i denna illaluktande och starkt smutsiga blandning var lime och kalium. All denna rikedom i flera månader dumpades i gropar, där den jästes under påverkan av azotobakterier. Den frigjorda ammoniaken oxiderades till nitrater, vilket slutligen gav det åtråvärda nitratet, som isolerades och renades genom omkristallisation - också ett yrke, jag kommer att säga, inte det trevligaste. Som du kan se är det inget särskilt komplicerat i processen, råvarorna är ganska överkomliga och tillgången på krut blev också snart universell.
Svart (eller rökigt) krut var ett universellt sprängämne vid den tiden. Varken vingligt eller rullande, under många år användes det både som projektil och som fyllning för de första bomberna - prototyperna av modern ammunition. Fram till slutet av den första tredjedelen av 1800 -talet mötte krutet fullt ut behoven av framsteg. Men vetenskapen och industrin stod inte stilla, och snart upphörde den att uppfylla tidens krav på grund av sin lilla kapacitet. Slutet på krutmonopolet kan hänföras till 70 -talet på 1600 -talet, då A. Lavoisier och C. Berthollet organiserade produktionen av bertholletsalt baserat på kaliumklorat som upptäcktes av Berthollet (bertholletsalt).
Historien om Berthollets salt kan spåras tillbaka till det ögonblick då Claude Berthollet studerade egenskaperna hos klor som nyligen upptäcktes av Carl Scheele. Genom att leda klor genom en het koncentrerad lösning av kaliumhydroxid fick Berthollet ett nytt ämne, senare kallat av kemister kaliumklorat, och inte av kemister - Bertholletsalt. Det hände 1786. Och även om djävulens salt aldrig blev ett nytt sprängämne, fyllde det sin roll: för det första fungerade det som ett incitament att söka efter nya substitut för den förfallna "krigsguden", och för det andra blev det grundaren av nya typer av sprängämnen - initiativtagare.
Explosiv olja
Och 1846 föreslog kemister två nya sprängämnen - pyroxylin och nitroglycerin. I Turin upptäckte den italienska kemisten Ascagno Sobrero att det var nog att behandla glycerin med salpetersyra (nitrering) för att bilda en oljig transparent vätska - nitroglycerin. Den första tryckta rapporten om honom publicerades i tidskriften L'Institut (XV, 53) den 15 februari 1847, och den förtjänar lite citat. Den första delen säger:
”Ascagno Sobrero, professor i teknisk kemi från Turin, i ett brev som sändes av prof. Peluzom, rapporterar att han länge har fått sprängämnen genom verkan av salpetersyra på olika organiska ämnen, nämligen rörsocker, vinkning, dextrit, mjölksocker, etc. Sobrero studerade också effekten av en blandning av salpetersyra och svavelsyror på glycerin, och erfarenheten visade att ett ämne erhålls, som liknar skramlande bomull …"
Vidare finns det en beskrivning av nitreringsexperimentet, intressant endast för organiska kemister (och även då endast ur historisk synvinkel), men vi kommer bara att notera en funktion: nitro-derivat av cellulosa, liksom deras förmåga att explodera, var redan ganska välkända då [11].
Nitroglycerin är ett av de mest kraftfulla och känsliga sprängämnen och kräver särskild omsorg och uppmärksamhet vid hantering.
1. Känslighet: kan explodera från att bli skjuten av en kula. Känslighet för stötar med en 10 kg kettlebell sjönk från en höjd av 25 cm - 100%. Förbränning förvandlas till detonation.
2. Energi för explosiv omvandling - 5300 J / kg.
3. Detonationshastighet: 6500 m / s.
4. Brisance: 15-18 mm.
5. Explosivitet: 360-400 kubikmeter. se [6].
Möjligheten att använda nitroglycerin visades av den berömda ryska kemisten N. N. Zinin, som 1853-1855 under Krimkriget tillsammans med militäringenjören V. F. Petrushevsky producerade en stor mängd nitroglycerin.
Professor vid Kazan University N. N. Zinin
Militäringenjör V. F. Petrushevsky
Men djävulen som lever i nitroglycerin visade sig vara ond och upprorisk. Det visade sig att ämnets känslighet för yttre påverkan bara är något sämre än för explosivt kvicksilver. Det kan explodera redan vid nitrering, det kan inte skakas, värmas och kylas eller utsättas för solen. Det kan explodera under lagring. Och om du tänder det med en tändsticka kan det brinna ganska lugnt …
Och ändå var behovet av kraftfulla sprängämnen vid mitten av 1800 -talet redan så stort att nitroglycerin trots många olyckor började användas i stor utsträckning vid sprängningsoperationer.
Försök att stävja den onda djävulen utfördes av många, men tämjarens ära gick till Alfred Nobel. Uppgångar och nedgångar på denna väg, liksom ödet för intäkterna från försäljningen av detta ämne, är allmänt kända, och författaren anser att det är onödigt att gå in på deras detaljer.
Att "pressas" in i porerna i ett inert fyllmedel (och flera dussin ämnen försöktes som sådana, varav det bästa var infusorisk jord - poröst silikat, 90% av volymen faller på porerna som girigt kan absorbera nitroglycerin), nitroglycerin blev mycket mer "tillmötesgående" och höll med honom nästan all sin destruktiva kraft. Som ni vet gav Nobel denna blandning, som ser ut som torv, namnet "dynamit" (från det grekiska ordet "dinos" - styrka). Ödets ironi: ett år efter att Nobel fått patent på produktion av dynamit blandar Petrushevsky helt oberoende nitroglycerin med magnesia och tar emot sprängämnen, senare kallade "rysk dynamit".
Nitroglycerin (närmare bestämt glycerintrinitrat) är en komplett ester av glycerin och salpetersyra. Det uppnås vanligtvis genom att behandla glycerin med en svavelsyra -salpetersyrablandning (på kemiskt språk - förestringsreaktionen):
Explosionen av nitroglycerin åtföljs av utsläpp av en stor mängd gasformiga produkter:
4 C3H5 (NO2) 3 = 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Esterifieringen fortsätter sekventiellt i tre steg: i det första erhålls glycerolmononitrat, i det andra - glyceroldinitrat och i det tredje - glyceroltrinitrat. För ett mer fullständigt utbyte av nitroglycerin tas ett 20% överskott av salpetersyra utöver den teoretiskt erforderliga mängden.
Nitreringen utfördes i porslinspottar eller lödda blykärl i ett bad med isvatten. Cirka 700 g nitroglycerin erhölls i en körning, och under en timme utfördes sådana operationer i 3-4.
Men de växande behoven har gjort sina egna anpassningar av tekniken för att producera nitroglycerin. Med tiden (1882) utvecklades en teknik för att producera sprängämnen i nitratorer. I detta fall delades processen upp i två steg: i det första steget blandades glycerin med halva mängden svavelsyra, och därmed utnyttjades det mesta av den frigjorda värmen, varefter en färdig blandning av salpetersyra och svavelsyror infördes i samma kärl. Således var det möjligt att undvika den största svårigheten: överdriven överhettning av reaktionsblandningen. Omrörning utförs med tryckluft vid ett tryck av 4 atm. Processens produktivitet är 100 kg glycerin på 20 minuter vid 10 - 12 grader.
På grund av nitroglycerins (1, 6) och avfallssyra (1, 7) olika vikt, samlas det uppifrån med ett skarpt gränssnitt. Efter nitrering tvättas nitroglycerin med vatten, tvättas sedan från syrarester med läsk och tvättas igen med vatten. Blandning i alla steg i processen utförs med tryckluft. Torkning utförs genom filtrering genom ett lager av kalcinerat bordsalt [9].
Som du kan se är reaktionen ganska enkel (kom ihåg terrorvågen i slutet av 1800 -talet, uppvuxen av "bombplaner" som behärskade den enkla vetenskapen om tillämpad kemi) och tillhör antalet "enkla kemiska processer" (A. Stetbacher). Nästan vilken mängd nitroglycerin som helst kan tillverkas under de enklaste förhållandena (att göra svart pulver är inte mycket lättare).
Konsumtionen av reagenser är följande: för att få 150 ml nitroglycerin måste du ta: 116 ml glycerin; 1126 ml koncentrerad svavelsyra;
649 ml salpetersyra (minst 62% koncentration).
Dynamit i krig
Dynamit användes först i det fransk-preussiska kriget 1870-1871: Preussiska sapprar sprängde franska befästningar med dynamit. Men dynamitens säkerhet visade sig vara relativ. Militären fick omedelbart reda på att när den skjuts av en kula, exploderar den inte värre än sin förfader, och förbränning i vissa fall blir till en explosion.
Men frestelsen att få kraftfull ammunition var oemotståndlig. Genom ganska farliga och komplexa experiment var det möjligt att ta reda på att dynamit inte kommer att detonera om belastningarna inte ökar omedelbart utan gradvis, vilket håller projektilens acceleration inom säkra gränser.
Lösningen på problemet på teknisk nivå sågs i användningen av tryckluft. I juni 1886 testade och förfinade löjtnant Edmund Ludwig G. Zelinsky vid 5th Artillery Regiment i USA: s armé den ursprungliga American Engineering -designen. En pneumatisk kanon med en kaliber på 380 mm och en längd på 15 m med hjälp av luft komprimerad till 140 atm kan kasta projektiler med en längd av 3,35 m från 227 kg dynamit vid 1800 mA projektillängd på 1,83 m med 51 kg dynamit och alla 5 tusen m
Drivkraften tillhandahölls av två cylindrar med tryckluft, och den övre kopplades till verktyget med en flexibel slang. Den andra cylindern var en reserv för matning av den övre, och trycket i den upprätthölls med hjälp av en ångpump begravd i marken. Den dynamitbelastade projektilen formades som en pil - en artilleripil - och hade en 50 -pund stridsdel.
Hertigen av Cambridge beordrade armén att testa ett sådant system i Milford Haven, men vapnet använde nästan all ammunition innan det slutligen träffade målet, som dock förstördes mycket effektivt. Amerikanska amiraler var mycket nöjda med den nya kanonen: 1888 släpptes pengar till 250 dynamitkanoner för kustartilleri.
1885 grundade Zelinsky Pneumatic Gun Company för att introducera pneumatiska vapen med dynamitskal i armén och flottan. Hans experiment ledde till att man talade om luftpistoler som ett lovande nytt vapen. Den amerikanska flottan byggde till och med den 944 ton långa Vesuvius dynamitkryssaren 1888, beväpnad med tre av dessa 381 mm kanoner.
Diagram över "dynamiten" kryssaren "Vesuvius"
[Centrum]
Och så här såg hans stationära vapen ut[/Centrum]
Men en märklig sak: efter några år gav entusiasm plats för besvikelse. "Under det spansk-amerikanska kriget", sade de amerikanska artilleristerna om detta, "dessa vapen träffade aldrig rätt plats." Och även om det inte handlade så mycket om vapnen som om artillerimännens förmåga att skjuta exakt och vapnenas fasta fäste, fick detta system ingen vidare utveckling.
År 1885 installerade Holland Zelinskys luftkanon på hans ubåt nr 4. Emellertid kom frågan inte till dess praktiska tester, tk. båten drabbades av en allvarlig olycka vid sjösättning.
År 1897 beväpnade Holland sin ubåt nr 8 med en ny Zelinsky-kanon. Beväpningen bestod av ett 18-tums (457 mm) bågtorpedorör med tre Whitehead-torpeder, samt en Zelinsky-luftkanon för dynamitskal (7 varv på 100,7 kg). Men på grund av den för korta pipan, begränsad av båtens storlek, hade denna pistol en kort skjutfält. Efter praktisk skytte demonterade uppfinnaren den 1899.
I framtiden installerade varken Holland eller andra konstruktörer vapen (apparater) för att skjuta kastminor och dynamitskal på sina ubåtar. Så Zelinskys vapen omärkligt, men snabbt lämnade scenen [12].
Syskon med nitroglycerin
Ur kemisk synvinkel är glycerin den enklaste representanten för klassen av trevärda alkoholer. Det finns dess diatomiska analog - etylenglykol. Är det konstigt att efter att ha bekantat sig med nitroglycerin vände kemisterna sin uppmärksamhet på etylenglykol i hopp om att det skulle vara mer bekvämt att använda.
Men även här visade djävulen av sprängämnen hans nyckfulla karaktär. Egenskaperna för dinitroetylenglykol (detta sprängämne fick aldrig sitt eget namn) visade sig inte skilja sig mycket från nitroglycerin:
1. Känslighet: detonation när en 2 kg last faller från en höjd av 20 cm; känslig för friktion, eld.
2. Energi för explosiv transformation - 6900 J / kg.
3. Detonationshastighet: 7200 m / s.
4. Brisance: 16,8 mm.
5. Hög explosivitet: 620-650 kubikmeter. centimeter.
Det erhölls först av Henry 1870. Det erhålls genom noggrann nitrering av etylenglykol enligt ett förfarande som liknar beredningen av nitroglycerin (nitreringsblandning: H2SO4 - 50%, HNO3 - 50%; förhållande - 1 till 5 med avseende på etylenglykol).
Nitreringsprocessen kan utföras vid en lägre temperatur, vilket är en förutsättning för ett högre utbyte [7, 8].
Trots att känsligheten för DNEG i allmänhet visade sig vara något lägre än för NG, utlovade dess användning inte några betydande fördelar. Om vi lägger till detta en högre volatilitet än NG, och en lägre tillgänglighet av råvaror, blir det klart att denna väg inte ledde någonstans.
Han visade sig dock inte heller vara helt värdelös. Till en början användes det som tillsats till dynamit, under andra världskriget, på grund av bristen på glycerin, användes det som ett substitut för nitroglycerin i rökfria pulver. Sådana pulver hade kort hållbarhet på grund av DNEGs flyktighet, men under krigförhållanden spelade det ingen större roll: ingen skulle lagra dem på länge.
Christian Schönbein Förkläde
Det är inte känt hur mycket tid militären skulle ha ägnat åt att leta efter sätt att lugna nitroglycerin, om industriell teknik i slutet av 1800 -talet inte hade kommit fram. I korthet är dess utseende historia enligt följande [16].
År 1832 upptäckte den franske kemisten Henri Braconneau att när stärkelse och träfibrer behandlades med salpetersyra bildades ett instabilt, brandfarligt och explosivt material, som han kallade xyloidin. Det var sant att frågan var begränsad till budskapet om denna upptäckt. Sex år senare, 1838, bearbetade en annan fransk kemist, Théophile-Jules Pelouse papper och kartong på ett liknande sätt och producerade ett liknande material, som han kallade nitramidin. Vem skulle ha trott då, men anledningen till omöjligheten att använda nitramidin för tekniska ändamål var just dess låga stabilitet.
År 1845 utförde den schweiziska kemisten Christian Friedrich Schönbein (som vid den tiden hade blivit känd för upptäckten av ozon) experiment i sitt laboratorium. Hans fru förbjöd honom strikt att ta med sina kolvar till köket, så han hade bråttom att avsluta experimentet i hennes frånvaro - och spillde lite kaustisk blandning på bordet. I ett försök att undvika en skandal torkade han, i de bästa traditionerna av schweizisk noggrannhet, bort det med sitt arbetsförkläde, eftersom det inte var för mycket blandning. Sedan, även i traditionen med schweizisk sparsamhet, tvättade han förklädet med vatten och hängde det över spisen för att torka. Hur länge eller kort det hängde där, historien är tyst, men att efter torkning av förklädet plötsligt försvann, är det känt med säkerhet. Dessutom försvann han inte tyst, på engelska, men högt kan man till och med säga förtrollande: i en blixt och en hög klapp av en explosion. Men här är vad som fångade Schönbeins uppmärksamhet: explosionen inträffade utan den minsta rökrök!
Och även om Schönbein inte var den första som upptäckte nitrocellulosa, var det han som var avsedd att dra en slutsats om vikten av upptäckten. På den tiden användes svart pulver i artilleri, sotet från vilket smutsade kanonerna att de i intervallen mellan skotten måste rengöras, och efter de första salvorna uppstod en sådan rökgardin att de var tvungna att slåss nästan blindt. Det är onödigt att säga att den svarta rökpuffen indikerade perfekt plats för batterierna. Det enda som ljusnade upp livet var insikten att fienden var i samma position. Därför reagerade militären med entusiasm på sprängämnet, som ger mycket mindre rök, och dessutom är det också kraftfullare än svart pulver.
Nitrocellulosa, utan brister i svart pulver, gjorde det möjligt att etablera produktionen av rökfritt pulver. Och i den tidens traditioner bestämde de sig för att använda det både som drivmedel och som sprängämne. År 1885, efter många experimentella arbeten, mottog och testade den franske ingenjören Paul Viel flera kilo pyroxylin flagnande pulver, kallat krut "B" - det första rökfria pulvret. Tester har bevisat fördelarna med det nya drivmedlet.
Det var dock inte lätt att etablera produktionen av stora mängder nitrocellulosa för militära behov. Nitrocellulosa var för otålig för att vänta på strider och fabriker, som regel, flög i luften med avundsvärd regelbundenhet, som om de konkurrerade med nitroglycerinproduktion. Utvecklingen av tekniken för industriell produktion av pyroxylin var tvungen att övervinna hinder som inget annat sprängämne. Det tog ett helt kvart sekel att utföra ett antal arbeten av forskare från olika länder tills detta ursprungliga fibrösa sprängämne blev lämpligt för användning och tills många metoder och metoder hittades som på något sätt garanterade en explosion under långvarig lagring av produkten. Uttrycket "på något sätt" är inte en litterär enhet, utan en återspegling av svårigheten som kemister och teknologer har stött på att definiera stabilitetskriterier. Det fanns ingen bestämd bedömning av tillvägagångssätten för att fastställa stabilitetskriterierna, och med den ytterligare utökningen av användningsområdet för detta sprängämne avslöjade konstanta explosioner fler och mer mystiska drag i beteendet hos denna säregna komplexa eter. Det var inte förrän 1891 som James Dewar och Frederick Abel lyckades hitta en säker teknik.
Tillverkningen av pyroxylin kräver ett stort antal hjälpanordningar och en långvarig teknisk process, där alla operationer måste utföras lika noggrant och noggrant.
Den ursprungliga produkten för produktion av pyroxylin är cellulosa, vars bästa representant är bomull. Naturlig ren cellulosa är en polymer som består av glukosrester, som är en nära släkting till stärkelse: (C6H10O5) n. Dessutom kan avfall från pappersbruk tillhandahålla utmärkta råvaror.
Fibernitrering behärskades i industriell skala tillbaka på 60 -talet av 1800 -talet och utfördes i keramiska krukor med ytterligare centrifugering. Men i slutet av seklet ersattes denna primitiva metod av amerikansk teknik, även om den under andra världskriget återupplivades på grund av dess låga kostnad och enkelhet (närmare bestämt primitivism).
Raffinerad bomull laddas i en nitrator, en nitreringsblandning (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, vatten - 7%) tillsätts baserat på 15 kg fiber 900 kg av blandningen, vilket ger ett utbyte på 25 kg pyroxylin.
Nitratorerna är anslutna i batterier, bestående av fyra reaktorer och en centrifug. Nitratorerna laddas med ett tidsintervall (cirka 40 minuter) som är lika med extraktionstiden, vilket säkerställer processens kontinuitet.
Pyroxylin är en blandning av produkter med varierande grad av cellulosanitrering. Pyroxylin, erhållet genom att använda fosforsyra istället för svavelsyra, är mycket stabilt, men denna teknik slog inte rot på grund av dess högre kostnad och lägre produktivitet.
Det pressade pyroxylinet har egenskapen att självantända och behöver fuktas. Vattnet som används för att tvätta och stabilisera pyroxylin bör inte innehålla alkaliska medel, eftersom produkterna av alkalisk förstörelse är autoignitionskatalysatorer. Slutlig torkning till önskad fukthalt uppnås genom spolning med absolut alkohol.
Men fuktad nitrocellulosa är inte heller fri från problem: den är mottaglig för kontaminering av mikroorganismer som orsakar mögel. Skydda den genom att vaxa ytan. Den färdiga produkten hade följande egenskaper:
1. Pyroxylins känslighet är starkt beroende av luftfuktighet. Torrt (3 - 5% fukt) antänds lätt från öppen låga eller beröring av en het metall, borrning, friktion. Det exploderar när en 2 kg last faller från en höjd av 10 cm. När luftfuktigheten stiger minskar känsligheten och vid 50% vatten försvinner detonationsförmågan.
2. Energi för explosiv transformation - 4200 MJ / kg.
3. Detonationshastighet: 6300 m / s.
4. Brisance: 18 mm.
5. Hög explosivitet: 240 kubikmeter. centimeter.
Och trots att bristerna, det kemiskt stabilare pyroxylinet passade militären mer än nitroglycerin och dynamit, kunde dess känslighet justeras genom att ändra dess fukthalt. Därför började pressad pyroxylin hitta stor användning för att utrusta stridsspetsar av gruvor och skal, men med tiden gav denna produkt utan motstycke plats för nitrerade derivat av aromatiska kolväten. Nitrocellulosa förblev som ett drivmedelssprängämne, men som ett sprängämne har det för evigt dragit sig tillbaka till det förflutna [9].
Flyktigt gelé och nitroglycerin krut
”Svart pulver … representerar alla möjliga förbättringar - genom den vetenskapliga studien av de osynliga fenomen som uppstår under förbränningen. Rökfritt krut är en ny länk mellan ländernas makt och deras vetenskapliga utveckling. Av denna anledning, eftersom jag är en av de ryska vetenskapens krigare, vågar jag i min sjunkande styrka och år inte analysera uppgifterna för rökfritt krut …"
Läsaren, till och med lite bekant med kemiens historia, har antagligen redan gissat vems ord det här är - den lysande ryska kemisten D. I. Mendelejev.
Mendelejev ägnade mycket arbete och uppmärksamhet åt porrocheliy som ett område för kemisk kunskap under de sista åren av sitt liv - 1890-1897. Men som alltid föregicks den aktiva utvecklingsfasen av en period av reflektion, ackumulering och systematisering av kunskap.
Allt började med det faktum att den outtröttliga Alfred Nobel 1875 gjorde en annan upptäckt: en plastisk och elastisk fast lösning av nitrocellulosa i nitroglycerin. Det kombinerade ganska framgångsrikt fast form, hög densitet, lätt formning, koncentrerad energi och okänslighet för hög atmosfärisk luftfuktighet. Gelén, helt förbränd i koldioxid, kväve och vatten, bestod av 8% dinitrocellulosa och 92% nitroglycerin.
Till skillnad från teknikern Nobel, D. I. Mendelejev utgår från ett rent vetenskapligt synsätt. I grunden för sin forskning lade han en helt bestämd och kemiskt strikt grundad idé: det erforderliga ämnet vid förbränning bör avge högst gasformiga produkter per viktenhet. Ur kemisk synvinkel betyder det att det ska finnas tillräckligt med syre i denna förening för att helt omvandla kol till gasformig väte, till vatten och oxidationsförmågan för att ge energi för hela denna process. En detaljerad beräkning ledde till formeln för följande sammansättning: C30H38 (NO2) 12O25. När du bränner bör du få följande:
C30H38 (NO2) 12O25 = 30 CO + 19 H2O + 6 N2
Det är inte en lätt uppgift att utföra en riktad syntesreaktion av ett ämne med en sådan komposition, även för närvarande, därför användes i praktiken en blandning av 7-10% nitrocellulosa och 90-93% nitroglycerin. Andelen kvävehalt är cirka 13, 7%, vilket något överstiger denna siffra för pyrocollodia (12, 4%). Operationen är inte särskilt svår, kräver inte användning av komplex utrustning (den utförs i vätskefasen) och fortsätter under normala förhållanden.
År 1888 fick Nobel patent på krut av nitroglycerin och kolloxylin (låg-nitrerad fiber), namngiven som pyroxylin rökfritt krut. Denna komposition är praktiskt taget oförändrad fram till nu under olika tekniska namn, varav de mest kända är cordite och ballistite. Den största skillnaden är i förhållandet mellan nitroglycerin och pyroxylin (i kordit är det högre) [13].
Hur förhåller sig dessa sprängämnen till varandra? Låt oss titta på tabellen:
Bord 1.
BB …… Känslighet…. Energi… Hastighet …… Brisance… Högexplosivitet
……… (kg / cm /% av explosioner)….explosion….detonation
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
Egenskaperna för alla sprängämnen är ganska lika, men skillnaden i fysiska egenskaper dikterade olika nischer av deras tillämpning.
Som vi redan sett glädde varken nitroglycerin eller pyroxylin militären med deras karaktär. Orsaken till den låga stabiliteten hos dessa ämnen, tycks mig, ligger på ytan. Båda föreningarna (eller treräkning och dinitroetylenglykol) är representanter för eterklassen. Och estergruppen är ingalunda en av ledarna inom kemisk resistens. Hon kan snarare hittas bland utomstående. Nitrogruppen, som innehåller kväve i ett ganska konstigt oxidationstillstånd på +5 för det, är inte heller en modell för stabilitet. Symbiosen mellan detta starka oxidationsmedel med ett så bra reduktionsmedel som hydroxylgruppen alkoholer leder oundvikligen till ett antal negativa konsekvenser, varav den mest obehagliga är nyckfullhet vid applicering.
Varför ägnade kemister och militären så mycket tid åt att experimentera med dem? Som det verkar har många och många vunnit. Militären - den höga kraften och tillgången på råvaror, vilket ökade arméns stridseffektivitet och gjorde den okänslig för leverans under krigstid. Teknologer - milda syntesförhållanden (inget behov av att använda höga temperaturer och förhöjt tryck) och teknisk bekvämlighet (trots flerstegsprocesserna fortsätter alla reaktioner i en reaktionsvolym och utan att behöva isolera mellanprodukter).
Det praktiska utbytet av produkter var också ganska högt (tabell 2), vilket inte orsakade ett akut behov av att leta efter källor till stora mängder billig salpetersyra (problemet med svavelsyra löstes mycket tidigare).
Tabell 2.
BB …… Konsumtion av reagenser per 1 kg….. Antal steg…. Antal utsläppta produkter
……… Salpetersyra.. Svavelsyra
GN …….10 ……………..23 ……………..3 …………………… 1
DNEG….16, 5 …………..16, 5 …………… 2 …………………… 1
NK ……..8, 5 …………… 25 ……………..3 …………………… 1
Situationen förändrades dramatiskt när nya inkarnationer av djävulen av sprängämnen dök upp på scenen: trinitrofenol och trinitrotoluen.
(Fortsättning följer)
