Константин Андреев - Взрыв и взрывчатые вещества
Выход из этого положения практически был найден во время второй мировой войны в виде замены нитроглицерина на сходное с ним взрывчатое вещество — диэтиленгликольдинитрат. Главным его преимуществом является то, что он готовится не из жиров, а из газа этилена, получающегося в больших количествах при переработке каменного угля и нефти. При этом порох на основе диэтиленгликольдинитрата не уступает по качеству нитроглицериновому, а в некоторых отношениях даже его превосходит.
Серьезные трудности в обеспечении порохового производства сырьем встречались также в отношении нитроклетчатки. Долгое время она готовилась только из хлопка, который представляет собой почти чистую клетчатку. Во время первой мировой войны в связи с ростом потребности в порохах и нехваткой хлопка, особенно в Германии, были разработаны способы получения достаточно чистой клетчатки из древесины. Из нее с тех пор и делают нитроклетчатку для бездымных порохов.
Важнейшую роль в изучении нитроклетчатки и ее использовании для порохов сыграли исследования гениального русского химика, творца периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Эти исследования привели к созданию нового, более совершенного вида бездымного пороха, так называемого пироколлодийного пороха.
В царской России открытие Менделеева ее получило признания и применения; оно было использовано на пороховых заводах США, производивших в значительных количествах пироколлодийный порох и даже поставлявших его России в годы первой мировой войны. Вклад Д. И. Менделеева в пороходелие этим не ограничился. Он предложил и ввел в производство новый способ обезвоживания нитроклетчатки, упростивший и обезопасивший этот процесс. Работы З. В. Калачева, Г. Г. Сухачева, А. В. Сухинского, А. В. Сапожникова и др. еще более способствовали дальнейшему усовершенствованию производства пороха в нашей стране.
Нитроглицерин как взрывчатое вещество отличается от тротила и других ароматических нитросоединений тем, что в нем кислорода ее только достаточно для полного сгорания углерода и водорода, но даже несколько больше. В связи с этим по количеству энергии, выделяющейся при взрыве, и, следовательно, по силе взрыва нитроглицерин значительно превосходит тротил (приблизительно в полтора раза).
Нитроглицерин и динамиты по сравнению с тротилом очень чувствительны и применять их для снаряжения боеприпасов, особенно же артиллерийских снарядов, нельзя. То же относится и к большинству других взрывчатых веществ, близких нитроглицерину по строению.
Однако одно вещество составляет исключение. Это тэн, как сокращенно называется пентаэритриттетранитрат (С5Н8N4O12), по внешнему виду — белый порошок, плавящийся при 140°. Будучи по силе взрыва близок к нитроглицерину, тэн обладает много меньшей чувствительностью к удару, а также большей химической стойкостью, что тоже очень желательно. Поэтому тэн оказалось возможным применить, правда обычно с примесями, понижающими его чувствительность, для снаряжения малокалиберных артиллерийских снарядов, а также в других боеприпасах, где требуется особенно сильное действие.
Наряду с тэном во второй мировой войне был применен в качестве взрывчатого вещества повышенной мощности циклотриметилентринитрамин (С3Н6N6O6) — сокращенно гексоген. Гексоген не уступает тэну по бризантности и фугасному действию и в то же время обладает несколько меньшей чувствительностью; он имеет также гораздо бóльшую химическую стойкость, приближаясь в этом отношении к тротилу.
Гексоген получается при действии азотной кислоты на уротропин, применяемый также в качестве лекарства.
Тэн и гексоген были использованы в военной технике впервые во время второй мировой войны. Это был значительный шаг вперед по сравнению с тротилом и смесями на его основе в деле повышения разрушительного действия взрыва.
Исследователи продолжают работу по получению новых взрывчатых веществ. Два главных мотива лежат в основе этих исследований. С одной стороны, хотя толуол вырабатывается промышленностью переработки каменного угля и нефти в больших количествах, но все же во время большой войны его может не хватить. В то же время, помимо толуола, из угля и нефти получают большие количества других химических соединений, из которых также можно получить взрывчатые вещества. Конечно, требуется, чтобы такие вещества были не хуже тротила по своим свойствам. Если бы удалось разработать рациональные способы их производства, то сырьевые ресурсы промышленности взрывчатых веществ резко увеличились бы. С другой стороны, пример гексогена показывает, что можно получить взрывчатые вещества, значительно превосходящие тротил по взрывному действию и в то же время достаточно стойкие и не очень чувствительные. Поэтому химики, работая над новыми взрывчатыми веществами, имеют в виду также и задачу превзойти тротил, а еще лучше и тэн и гексоген по взрывному эффекту.
Во время второй мировой войны внимание американских химиков привлекали два вещества — этилендинитрамин (С2Н6N4O4) и динитрат диэтанолнитрамина (С4Н8N4O8), получившие в США названия эдна и дина. Эдна может готовиться из этилена (С2Н4) и азотной кислоты различными, еще не вполне отработанными способами; таким образом, она имеет широкую сырьевую базу. В то же время эдна, по силе взрыва не уступая тетрилу, менее чувствительна к удару, что очень желательно для применения в боеприпасах. Дину также можно готовить, исходя из этилена, и по силе взрыва она значительно превосходит эдну. Однако дина имеет существенные недостатки — более низкую химическую стойкость и в известных условиях высокую чувствительность к удару, которые затрудняют ее широкое внедрение, как взрывчатого вещества.
Следует полагать, что эдна и дина не единственные и, вероятно, даже не лучшие из разработанных новых взрывчатых веществ; это видно хотя бы из того, что сведения об их свойствах и способах получения были уже опубликованы в открытой печати.
Во всех рассмотренных взрывчатых веществах энергия выделяется главным образом за счет окисления горючих элементов — углерода и водорода кислородом, подобно тому, как это происходит при горении; обычных топлив.
Существуют и такие взрывчатые вещества (некоторые из них применяются в технике), которые не содержат ни углерода, ни кислорода. При взрыве таких взрывчатых веществ тепло выделяется не в результате окисления кислородом, а за счет других реакций. Примером этих взрывчатых веществ может служить соединение азота с водородом, содержащее на один атом водорода три атома азота — азотистоводородная кислота (HN3).
Образование этого соединения из азота и водорода сопряжено со значительной затратой энергии — около 1500 больших калорий на килограмм кислоты. Соответственно этому распад азотистоводородной кислоты на азот и водород сопровождается большим выделением тепла и может протекать в форме взрыва.
Сама азотистоводородная кислота — жидкость с низкой температурой кипения (37 градусов), очень чувствительная к малейшим воздействиям, крайне опасна в обращении и поэтому не может применяться в качестве взрывчатого вещества. Практическое значение имеют соединения ее с некоторыми металлами, в первую очередь свинцовая соль азотистоводородной кислоты — азид свинца (PbN6), который является очень эффективным инициирующим взрывчатым веществом.
Более 20 лет назад проф. Солонина и инженер Владимиров разработали и внедрили у нас в производство безопасный способ изготовления азида свинца и снаряжения им капсюлей-детонаторов.
Реакция взрыва азида свинца представляет собой распад молекулы азида, состоящей из атома свинца и шести атомов азота, на свинец и азот и сопровождается так же, как и в случае распада азотистоводородной кислоты, значительным выделением тепла.
Таким образом, реакция взрыва может быть основана также на распаде химического соединения на элементы, если этот распад идет с большим выделением тепла.
Наконец, возможны и комбинированные случаи, когда наряду с распадом на элементы происходят и реакции окисления кислородом, содержащимся в молекуле того же соединения или в молекулах других составных частей взрывчатого вещества. Так именно обстоит дело при взрыве тетрила, гексогена и некоторых других взрывчатых веществ, образование которых из элементов происходит с поглощением энергий.
Обычный воспламенительный состав, применяемый в капсюлях-воспламенителях для огнестрельного оружия, содержит гремучую ртуть [Hg(ONC)2] и бертоллетову соль (КСlO3). При воспламенении состава, вызываемом ударом бойка, гремучая ртуть распадается со значительным выделением тепла, которое было затрачено при ее образовании из элементов; кроме того, тепло выделяется за счет окисления углерода, содержащегося в молекуле гремучей ртути, кислородом бертоллетовой соли, а также тем, который содержится в самой гремучей ртути.
