Взрыв и взрывчатые вещества

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 б'oльшую 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.

До сих пор мы говорили о таких взрывчатых веществах, которые представляют собой определенные химические соединения. Однако на практике редко такие соединения применяются в чистом виде. Обычно к ним добавляют различные, небольшие по количеству, примеси, изменяющие их свойства в нужном направлении. Очень часто применяют такие примеси, которые снижают чувствительность взрывчатого вещества к удару, как говорят, флегматизируют взрывчатое вещество, не уменьшая при этом сильно его взрывное действие. Так, к тротилу, когда его применяют для бронебойных снарядов, добавляют воск, парафин, или такие малочувствительные взрывчатые вещества, как динитробензол; гексоген и тэн флегматизируют парафином, чувствительность пикриновой кислоты снижают, применяя ее не в чистом виде, а в виде сплава с динитронафталином.

Еще более широкое применение имеют такие взрывчатые смеси, в которых все или некоторые составные части в отдельности не взрывчаты или слабо взрывчаты. В последнем случае в состав смеси обычно вводят некоторое количество сильно взрывчатого вещества, облегчающего и убыстряющего прохождение взрыва в ней.

Из смесей, содержащих только невзрывчатые составные части, напомним дымный порох и оксиликвиты, о которых уже шла речь. За рубежом применялись также смеси из бертоллетовой соли (КClO₃) и различных взрывчатых или невзрывчатых горючих, вроде керосина. При взрыве бертоллетова соль взаимодействует с горючим, отдавая ему свой кислород и превращаясь в хлористый калий (KCl). При этом выделяются газы (углекислота, пары воды) и тепло. Однако наряду с газами получается и много твердого вещества — хлористого калия. Это ослабляет действие взрыва по сравнению с теми взрывчатыми веществами (вроде оксиликвитов), которые при взрыве полностью превращаются в газы. Взрывчатые вещества на основе бертоллетовой соли не получили у нас применения главным образом из-за большой чувствительности к трению, делающей их опасными в применении.

В горной промышленности за рубежом, особенно в США, широко используются и до настоящего времени динамиты.

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 России.

В СССР, где забота о безопасности труда стоит на первом месте, применение динамитов давно уже почти полностью прекращено из-за их относительно высокой чувствительности к удару и нагреву, которая делает динамиты 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 тяжелые увечья тысячи горняков.

Следует добавить, что уже давно, в 1867 г., почти одновременно с динамитами, были изобретены взрывчатые вещества другого типа — аммиачноселитренные взрывчатые вещества (аммониты), несравненно менее опасные, чем динамиты. Однако это открытие постигла та судьба, которая часто бывает уделом передовых изобретений в капиталистических странах. Нобель был заинтересован в первую очередь в получении наибольших прибылей от широко организованного им производства динамитов. Опасаясь конкуренции им со стороны аммиачноселитренных взрывчатых веществ, Нобель купил патент на эти вещества, положил его под сукно и этим задержал внедрение новых, менее опасных, взрывчатых веществ в промышленность на несколько десятилетий.