СКЛАД ПРОДУКТІВ ВИБУХУ, ТЕПЛОТА ВИБУХУ

СКЛАД ПРОДУКТІВ ВИБУХУ

Для оцінки можливого руйнівного дії вибуху необхідно знати кількість і якість продуктів вибухового перетворення, що є безпосередніми передавачами енергії вибуху і виконавцями зовнішньої роботи. Кількість і якість (склад) продуктів вибуху, в свою чергу, визначаються реакцією вибухового перетворення ВВ.

Реакція вибухового перетворення може бути описана, як і будь-яка хімічна реакція, рівнянням, що виражає розпад молекул ВВ, і утворення продуктів вибуху за схемою:

г де Q - тепловий ефект вибухового перетворення.

Саме рівняння вже безпосередньо дає склад і обсяг продуктів, а також теплоту вибухового перетворення. Теоретичними розрахунками можна за рівнянням обчислити і інші характеристики вибуху: температуру, тиск, швидкість, імпульс.

Таким чином, рівняння вибухового перетворення дає можливість, не роблячи досвіду, оцінити очікуване руйнівну дію зарядів ВВ.

Для написання рівнянь необхідно знати ліву частину рівняння, т. Е. Формулу вихідного ВВ, і праву частину - формули молекул кінцевих продуктів вибухового перетворення. Крім того, рівняння має врахувати тепловий ефект перетворення, як основна ознака будь-якої хімічної реакції. Формула ВВ дає елементарний склад молекул, який в значній мірі визначає характер правій частині - склад НВ. Однак склад НВ залежить також від способу збудження реакції, температури і тиску, при яких протікає реакція, від взаємодії проміжних продуктів розпаду, щільності заряду, величини яку здійснюють роботи, матеріалу оболонки заряду, ступеня однорідності вибухових сумішей і ряду інших чинників.

Написання рівнянь вибухових перетворень є досить складним, так як напрямок і характер хімічних реакцій, що становлять вибухове перетворення в цілому, не піддаються точному експериментальному і теоретичному дослідженню. Існуючі методи розрахунків, а також дослідне визначення складу ІВ дає більш-менш наближені уявлення про дійсний рівнянні вибуху.

Написання теоретичних рівнянь проводиться на основі результатів розрахунків із застосуванням різних строгих прийомів і припущень, в залежності від елементарного складу молекул ВВ і головним чином - від вмісту кисню в молекулах ВВ.

Більшість індивідуальних ВВ в своїх молекулах має наступні елементи: С, Н, О, N. Лише деякі (переважно ініціюють ВВ) мають інший склад, наприклад, гримуча ртуть Hg (ONC) 2, азид свинцю РЬ (Из) 2 та ін. Сумішеві ВВ можуть містити метали (наприклад, А1) або їх солі (нітрати, хлорати, перхлорати). Бризантні ж ВВ (індивідуальні) в основному складаються з наведених вище чотирьох елементів. Співвідношення між цими елементами може бути різним.

В основі хімічних перетворень ВВ лежать окислювально відновні реакції, що протікають за рахунок власного кисню. В результаті перетворення утворюються продукти реакції внутрішньомолекулярного окиснення ВВ. Так, кількість кисню в основному визначає характер вибухового перетворення, т. Е. Можливий склад продуктів вибуху.

Залежно від кисневого балансу прийнято розділяти ВВ на три групи:

• 1) ВВ з позитивним або нульовим кисневим балансом, т. Е. З кількістю кисню, надмірною і достатнім для повного окислення горючих елементів, наприклад, нітрогліцерин, нітродігліколь, деякі амонійно-селітрених вибухових речовин тощо .;
• 2) ВВ з негативним кисневим балансом, т. Е. З кількістю кисню, недостатнім для повного окислення і для перетворення всього вуглецю в гази, наприклад, гексоген, ТЕН, піроксилін та ін .;
• 3) ВВ з істотно негативним кисневим балансом, т. Е. З кількістю кисню, недостатнім для окислення всього вуглецю в СО, в результаті чого в продуктах вибуху утворюється вільний вуглець, наприклад, тротил, тетрил і ін.

Розподіл ВВ на групи умовно, так як при вибуховому перетворенні ВВ, що відносяться до першої групи, можуть утворитися в невеликих кількостях продукти неповного окислення (СО і Н2) і виділятися одночасно вільний кисень, а в продуктах вибухового перетворення ВВ другої групи в залежності від умов може утворитися кілька вільного вуглецю. Найбільш просто і достатньо близько до досвідченим даними написання рівнянь для ВВ з позитивним або нульовим кисневим балансом, коли утворюються продукти повного окислення.

У цьому випадку користуються правилом необмеженого витрати кисню на повне окислення вуглецю і водню. Це правило базується на припущенні, що найбільш ймовірним є те хімічне перетворення, при якому виділяється максимальна кількість енергії (тепла).

Ознакою ВВ першої групи буде нерівність

Реакція вибухового перетворення ВВ цієї групи в загальному вигляді записується так:

Приклад рівняння вибухового перетворення нітрогліцерину:

Ознакою ВВ другої групи є нерівність

Реакція вибухового перетворення ВВ цієї групи в загальному вигляді записується так:

Приклад рівняння вибухового перетворення гексогену:

Ознакою ВВ третьої групи є нерівність

Реакція вибухового перетворення ВВ цієї групи в загальному вигляді записується так:

Приклад рівняння вибухового перетворення тротилу:

Наведені приклади рівнянь вибуху наближені, так як між продуктами вибуху відбуваються різні вторинні реакції, наприклад:

• дисоціація вуглекислого газу і води

• реакція водяного газу

• реакція доменного газу

Для точних розрахунків необхідно враховувати ці вторинні реакції.

Таблиця 1.3

Склад продуктів вибуху в молях на 1 грам-моль тротилу

У табл. 1.3 наведені склади продуктів вибуху для тротилу по наближеному до рівняння і уточненого розрахунку.