Константин Андреев - Взрыв
В качестве примера таких взрывчатых веществ может служить старейшее из них — чёрный порох. Он состоит из горючего (уголь + сера) и окислителя — калиевой селитры. Формула калиевой селитры — KNO3 — показывает, что в ней на три атома кислорода приходится один атом азота и один атом калия. При взрыве селитра разлагается, азот выделяется в виде газа, калий дает окись калия К3О (образующую затем углекислую и сернокислую соли калия), а оставшийся кислород окисляет уголь и серу, образуя углекислоту и другие газы.
Однако применение в качестве окислителя калиевой селитры невыгодно; «свободного» кислорода в ней содержится только 40 процентов, и, кроме того, на разложение калиевой селитры требуется значительное количество энергии — 324 большие калории на килограмм, По этой причине теплота взрыва чёрного пороха сравнительно небольшая — около 700 больших калорий на килограмм, в то время как при взрыве смеси угля с жидким кислородом выделяется 2200 больших калорий.
Помимо этого, чёрный порох при взрыве только наполовину превращается в газы, остальные продукты взрыва являются твёрдыми веществами.
По этим причинам взрывное действие чёрного пороха мало, и в настоящее время он почти полностью вытеснен во взрывных работах взрывчатыми смесями, главной составной частью которых является аммиачная селитра (NH4NO3). Такие смеси имеют большую теплоту взрыва и при взрыве полностью превращаются в газы.
Если механические смеси состоят из твёрдых окислителя и горючего, то их необходимо сильно измельчать и тщательно смешивать. Химическая реакция вначале протекает только на поверхности частиц, и чем больше эта поверхность, тем быстрее идёт реакция, а только при большой скорости реакция, как мы видели, имеет характер взрыва.
Широко применяется при получении взрывчатых веществ другой способ сочетания горючих элементов й кислорода, обеспечивающий идеальную равномерность состава. Этот способ заключается в получении таких химических соединений, в молекулу которых входят и горючие элементы (углерод и водород) и кислород. Сгорание таких взрывчатых веществ происходит за счёт собственных внутренних запасов кислорода, входящего в молекулы соединения.
Например, клетчатка (C6H10O5), являющаяся главной составной частью древесины, содержит много углерода и водорода, а азотная кислота (HNO3) — много кислорода. При химическом взаимодействии клетчатки и азотной кислоты в определенных условиях и образуется нитроклетчатка, о которой мы говорили выше, Это химическое соединение содержит в своей молекуле как углерод и водород, так и кислород. При этом кислород в большей своей части связан с углеродом не непосредственно, а через атом азота[7]). Такое соединение относительно непрочно и при сильном воздействии, например при ударе, слабая связь между кислородом и азотом разрывается, и кислород соединяется с углеродом и водородом с образованием углекислоты и воды и большим выделением тепла. Происходит взрыв.
Химические соединения, содержащие в своих молекулах атомы горючих элементов и кислорода, разъединённые азотом, могут быть получены не только из клетчатки. Обрабатывая глицерин азотной кислотой, получают маслянистую, не растворимую в воде жидкость — нитроглицерин, главную составную часть динамитов.
Сильнейший динамит — гремучий студень — готовится из 93 частей нитроглицерина и 7 частей определённого вида нитроклетчатки, растворяющейся в нём с образованием полупрозрачной упругой и вязкой желатины, напоминающей, как показывает само название, студень.
Более распространены желатин–динамиты, которые содержат, кроме нитроглицерина и нитроклетчатки, также селитру и древесную муку.
Динамиты имеют большую энергию взрыва и принадлежат к числу самых сильных взрывчатых веществ. До Великой Октябрьской социалистической революции они были основным типом взрывчатых веществ в горной промышленности нашей страны. Теперь динамиты у нас совершенно не применяются из–за своей относительно высокой чувствительности к удару и нагреву, которая делает их опасными в применении.
Иначе обстоит дело в капиталистических странах. Стремление хозяев шахт и владельцев заводов взрывчатых веществ к получению максимальных прибылей, отсутствие заботы о безопасности рабочих тормозят прогресс и в области взрывного дела. До сих пор в горном деле там широко применяются динамиты. Из–за этого ежегодно гибнут и получают тяжёлые увечья тысячи горняков.
В Советском Союзе учёными разработаны новые типы взрывчатых веществ, которые не уступают по эффективности динамитам, но намного безопаснее их.
Из чего же получаются эти взрывчатые вещества?
При сухой перегонке каменного угля, а также при переработке нефти получаются разнообразные углеводороды — соединения, состоящие из углерода и водорода в различных соотношениях. Например, при сухой перегонке угля из одной его тонны получается около 5 килограммов бензола, 0,05 килограмма фенола и до 1,5 килограмма толуола. Путём взаимодействия с азотной кислотой могут быть получены нитросоединения, углеводородов, содержащие кислород, соединённый с углеродом через азот.
Наиболее широко применяется нитросоединение одного из углеводородов — толуола — тринитротолуол, или тротил. Он представляет собой светложёлтый порошок, плавящийся при 80 градусах в прозрачную густую жёлтую жидкость, которая при охлаждении превращается в твёрдую массу, напоминающую застывшую серу.
Тротил является основным взрывчатым веществом для военных целей. Часто его применяют не в чистом виде, а в виде смесей с аммиачной селитрой. Такие смеси являются основным типом взрывчатых веществ для горной промышленности.
Аммиачная селитра — белый кристаллический порошок, легко поглощающий влагу из воздуха, — получается при соединении азотной кислоты и аммиака и широко применяется в качестве основного азотистого удобрения. Аммиак готовится из азота и водорода[8]) и является промежуточным продуктом при производстве азотной кислоты, получаемой окислением аммиака кислородом воздуха.
Таким образом, исходными продуктами для получения азотной кислоты являются вода и воздух, имеющиеся в неограниченных количествах, и размеры её производства ограничиваются только мощностью заводов. Давно уже стало известно, что аммиачная селитра даже сама по себе способна к взрыву. Это и неудивительно. Ведь в аммиачной селитре содержится и водород аммиака и кислород азотной кислоты; при их соединении выделяется достаточно тепла и газов, чтобы реакция могла идти со взрывом. Однако сила этого взрыва невелика, так как в аммиачной селитре кислорода содержится значительно больше, чем его нужно для окисления водорода, и часть кислорода при взрыве остаётся неиспользованной. Если к аммиачной селитре добавить в тонко измельчённом виде какое–либо вещество, содержащее много горючих элементов, например торфяную муку, муку сосновой коры, муку хлопкового жмыха и т. п., то углерод и водород добавленного вещества будут окисляться избыточным кислородом аммиачной селитры — произойдёт дополнительное выделение тепла и увеличится сила взрыва. Такие взрывчатые вещества — динаммоны — имеют значительное применение в народном хозяйстве, особенно тогда, когда нужно экономить тротил.
За разработку взрывчатых веществ этого типа группа инженеров — В. Н. Красельщик, Н. Е. Яременко и др. — была удостоена Сталинской премии.
Недостатком смесей аммиачной селитры с невзрывчатыми горючими вроде торфа является их малая чувствительность к возбуждению взрыва. По этой причине более целесообразно применять в качестве добавки к селитре такие вещества, которые не только содержат много горючих элементов, но и сами являются взрывчатыми–Таков, например, тот же тротил, в котором кислорода меньше, чем нужно для окисления углерода и водорода.
Смешивая аммиачную селитру с тротилом в соотношении 80:20, получают порошкообразное взрывчатое вещество — амматол 80/20 или аммонит № 6; в нём содержание кислорода как раз такое, какое необходимо для полного окисления углерода и водорода. Благодаря наличию в ней взрывчатого тротила такая смесь легко и надёжно взрывается в обычных условиях применения и в то же время достаточно безопасна в обращении.
Эта смесь значительно дешевле, чем тротил; кроме того, её можно применять также для взрывных работ под землёй, для которых тротил не может быть использован, так как он образует при взрыве много ядовитой окиси углерода (угарного газа), отравляющей воздух шахты.
Особые и наиболее строгие требования предъявляются к аммонитам, применяемым в угольных шахтах. В этих шахтах, если они сухие, всегда имеется угольная пыль; кроме того, из угля выделяется горючий газ — метан, образующий в определённых соотношениях с воздухом смеси, способные к взрыву. При хорошей вентиляции весь метан, выделяющийся из угля, разбавляется воздухом настолько, что смесь утрачивает способность к взрыву. Можно также предотвратить образование взрывоопасного пылевоздушного облака, увлажняя угольную пыль или покрывая поверхность выработки слоем негорючей пыли, а также другими способами.
