Dejansko hudič sedi v eksplozivu in je pripravljen vsako sekundo začeti uničiti in zlomiti vse okoli. Glavni problem, ki ga morajo kemiki in pirotehničarji rešiti pri ustvarjanju in uporabi eksploziva, je nadzorovati to peklensko bitje in ga izpustiti le, kadar je to potrebno. V zgodovini nastajanja in razvoja eksplozivov (eksplozivov), kot v kapljici vode, je prikazana zgodovina nastanka, razvoja in uničenja držav in imperijev.
Avtor je pri pripravi orisa lekcij večkrat opazil, da so države, katerih vladarji so budno pozornost namenjali razvoju znanosti, predvsem pa naravni trojici matematikov - fizika - kemija, dosegle vrhunce v svojem razvoju. Osupljiv primer je lahko hiter vzpon na svetovni oder Nemčije, ki je v pol stoletja skočila iz zveze različnih držav, nekatere pa je bilo tudi na podrobnem zemljevidu Evrope težko videti brez "majhnega obsega", v imperij, s katerim je bilo treba računati stoletje in pol. Ne da bi pri tem zmanjšal zasluge velikega Bismarcka v tem procesu, bom citiral njegovo frazo, ki jo je izrekel po zmagovitem koncu francosko-pruske vojne: "To vojno je dobil preprost učitelj nemščine." Avtor bi rad svoj pregled kot vedno namenil kemijskemu vidiku povečanja bojne sposobnosti vojske in države, ne da bi sploh trdil, da je izključno njegovega mnenja.
Avtor se pri objavi članka, tako kot Jules Verne, namerno izogiba navajanju posebnih tehnoloških podrobnosti in se osredotoča na izključno industrijske metode pridobivanja eksploziva. To ni posledica le povsem razumljivega občutka odgovornosti znanstvenika za rezultate njegovih del (pa naj gre za praktične ali novinarske), ampak tudi za dejstvo, da je predmet študije vprašanje »Zakaj je bilo vse tako in ne drugače? «In ne» Kdo je prvi dobil? snov «.
Poleg tega avtor bralce prosi za odpuščanje zaradi prisilne uporabe kemijskih izrazov - atributov znanosti (kar kažejo njegove lastne pedagoške izkušnje, ki pa niso najbolj priljubljene pri šolarjih). Zavedajoč se, da je nemogoče pisati o kemikalijah brez omembe kemičnih izrazov, bo avtor skušal minimizirati poseben besednjak.
In zadnja stvar. Številke, ki jih je navedel avtor, nikakor ne veljajo za zadnjo resnico. Podatki o značilnostih eksplozivov v različnih virih se razlikujejo in včasih precej močno. To je razumljivo: lastnosti streliva so zelo pomembno odvisne od njihove "tržne" vrste, prisotnosti / odsotnosti tujih snovi, uvedbe stabilizatorjev, načinov sinteze in številnih drugih dejavnikov. Metode za določanje značilnosti eksplozivov prav tako ne odlikujejo enotnost (čeprav bo tukaj več standardizacije) in tudi ne trpijo zaradi posebne ponovljivosti.
Klasifikacija BB
Glede na vrsto eksplozije in občutljivost na zunanje vplive so vsi eksplozivi razdeljeni v tri glavne skupine:
1. Zagon BB.
2. Razstreljevanje.
3. metanje eksploziva.
Začetek BB. So zelo občutljivi na zunanje vplive. Preostale značilnosti so običajno nizke. Imajo pa dragoceno lastnost - njihova eksplozija (detonacija) ima detonacijski učinek na razstreljevanje in poganjanje eksplozivov, ki običajno sploh niso občutljivi na druge vrste zunanjih vplivov ali pa imajo zelo nizko občutljivost. Zato se sprožilne snovi uporabljajo samo za vzbujanje eksplozije peskanja ali pogonskega eksploziva. Zaradi varnosti uporabe sprožilnih eksplozivov so pakirani v zaščitne naprave (kapsula, tulca za kapsule, pokrov detonatorja, električni detonator, varovalka). Tipični predstavniki sprožilnih eksplozivov: živosrebrni fulminat, svinčev azid, tenres (TNPC).
Razstreljevanje. Pravzaprav o tem govorijo in pišejo. Opremljajo granate, mine, bombe, rakete, kopenske mine; razstrelijo mostove, avtomobile, poslovneže …
Razstreljevanje je razdeljeno v tri skupine glede na eksplozivne lastnosti:
- povečana moč (predstavniki: RDX, HMX, PETN, Tetril);
- normalna moč (predstavniki: TNT, melinit, plastika);
- zmanjšana moč (predstavniki: amonijev nitrat in njegove zmesi).
Eksplozivi s povečano močjo so nekoliko bolj občutljivi na zunanje vplive, zato se pogosteje uporabljajo v mešanici s flegmatizatorji (snovmi, ki zmanjšujejo občutljivost eksploziva) ali v mešanici z eksplozivi normalne moči za povečanje moči slednjih. Včasih se eksplozivi velike moči uporabljajo kot vmesni detonatorji.
Metanje eksploziva. To so različni smodniki - črni dimljeni, brezdimni piroksilin in nitroglicerin. Vključujejo tudi različne pirotehnične mešanice za ognjemete, signalne in svetlobne rakete, lupine, mine in letalske bombe.
O črnem prahu in Črnem Bertholdu
Več stoletij je bil edini tip eksploziva, ki so ga uporabljali ljudje, črni prah. Z njegovo pomočjo so na sovražnika metali topovske krogle, vanj pa so napolnili eksplozivne granate. Smodnik so uporabljali v podzemnih rudnikih za uničenje zidov trdnjav, za drobljenje kamenja.
V Evropi je postalo znano iz 13. stoletja, še prej pa na Kitajskem, v Indiji in v Bizantu. Prvi zabeleženi opis smodnika za ognjemete je opisal kitajski znanstvenik Sun-Simyao leta 682. Maksimilijan Grk (XIII-XIV stoletje) je v razpravi "Knjiga luči" opisal mešanico na osnovi kalijevega nitrata, ki so jo v Bizantu uporabljali kot znameniti "grški ogenj", sestavljen iz 60% nitrata, 20% žvepla in 20% premoga.
Evropska zgodovina odkritja smodnika se začne z Angležom, frančiškanskim menihom Rogerjem Baconom, ki leta 1242 v svoji knjigi "Liber de Nullitate Magiae" poda recept za črni prah za rakete in ognjemete (40% soli, 30% premoga in 30 % žvepla) in pol-mitski menih Berthold Schwartz (1351). Možno pa je, da je šlo za eno osebo: uporaba psevdonimov v srednjem veku je bila precej pogosta, prav tako tudi poznejša zmeda z datiranjem virov.
Enostavnost sestave, razpoložljivost dveh od treh sestavin (domače žveplo še vedno ni redkost v južnih regijah Italije in na Siciliji), enostavnost priprave - vse to je smodniku zagotovilo zmagovit pohod po državah Evrope in Azija. Edina težava je bila pridobiti velike količine kalijevega nitrata, vendar se je s to nalogo uspešno spopadla. Ker je bilo edino znano nahajališče kalijevega nitrata v tistem času v Indiji (od tod tudi drugo ime - indijsko), so lokalno proizvodnjo ustanovili v skoraj vseh državah. Nemogoče ga je imenovati prijetnega, tudi s trdno zalogo optimizma: surovine zanj so bili gnoj, drobovje živali, urin in živalska dlaka. Najmanj neprijetni sestavini v tej smrdljivi in močno umazani mešanici sta bila apno in pepelika. Vse to bogastvo je več mesecev odlagalo v jame, kjer je pod vplivom azotobakterij fermentiralo. Sproščeni amoniak je bil oksidiran v nitrate, kar je na koncu dalo želeni nitrat, ki je bil izoliran in očiščen s prekristalizacijo - prav tako bom rekel, da ni najbolj prijeten poklic. Kot vidite, v tem procesu ni nič posebej zapletenega, surovine so precej dostopne, razpoložljivost smodnika pa je kmalu postala tudi univerzalna.
Črni (ali zadimljen) smodnik je bil takrat univerzalni eksploziv. Niti tresljaj niti zvitek, dolga leta so ga uporabljali tako kot izstrelek kot polnilo za prve bombe - prototipe sodobnega streliva. Do konca prve tretjine 19. stoletja je smodnik v celoti zadovoljil potrebe napredka. Toda znanost in industrija nista mirovali in kmalu je zaradi majhnih zmogljivosti prenehala izpolnjevati zahteve časa. Konec monopola smodnika lahko pripišemo 70. letih 17. stoletja, ko sta A. Lavoisier in C. Berthollet organizirala proizvodnjo bertoletne soli na osnovi kalijevega klorata, ki jo je odkril Berthollet (bertholletova sol).
Zgodovino Bertholletove soli lahko zasledimo do trenutka, ko je Claude Berthollet preučil lastnosti klora, ki jih je nedavno odkril Carl Scheele. S prehajanjem klora skozi vročo koncentrirano raztopino kalijevega hidroksida je Berthollet dobil novo snov, ki so jo kemiki pozneje imenovali kalijev klorat, in ne kemiki - Bertholletovo sol. Zgodilo se je leta 1786. In čeprav hudičeva sol nikoli ni postala nov eksploziv, je izpolnila svojo vlogo: prvič, služila je kot spodbuda za iskanje novih nadomestkov za dotrajanega "boga vojne", drugič pa je postala ustanovitelj novih vrst eksplozivov - pobudniki.
Eksplozivno olje
Leta 1846 so kemiki predlagali dva nova eksploziva - piroksilin in nitroglicerin. V Torinu je italijanski kemik Ascagno Sobrero odkril, da je dovolj, da glicerin obdelamo z dušikovo kislino (nitriranje), da nastane oljna prozorna tekočina - nitroglicerin. Prvo tiskano poročilo o njem je bilo objavljeno v reviji L'Institut (XV, 53) 15. februarja 1847 in si zasluži nekaj citatov. Prvi del pravi:
»Ascagno Sobrero, profesor tehnične kemije iz Torina, je v pismu, ki ga je poslal prof. Peluzom poroča, da že dolgo prejema eksplozive zaradi delovanja dušikove kisline na različne organske snovi, in sicer trsni sladkor, vabljenje, dekstrit, mlečni sladkor itd. Sobrero je preučeval tudi učinek mešanice dušikove in žveplove kisline na glicerin, izkušnje pa so mu pokazale, da se pridobi snov, podobna ropotajočemu bombažu …"
Poleg tega obstaja opis poskusa nitriranja, ki je zanimiv le za organske kemike (in tudi takrat le z zgodovinskega vidika), vendar bomo opazili le eno značilnost: nitro-derivate celuloze in njihovo sposobnost eksplozije, so bile takrat že precej znane [11].
Nitroglicerin je eden najmočnejših in najobčutljivejših eksplozivnih eksplozivov, ki pri rokovanju zahteva posebno nego in pozornost.
1. Občutljivost: lahko eksplodira zaradi strela s kroglo. Občutljivost na udarce z 10 kg kettlebell padel z višine 25 cm - 100%. Zgorevanje se spremeni v detonacijo.
2. Energija eksplozivne transformacije - 5300 J / kg.
3. Hitrost detonacije: 6500 m / s.
4. Brisance: 15-18 mm.
5. Eksplozivnost: 360-400 kubičnih metrov. glej [6].
Možnost uporabe nitroglicerina je pokazal slavni ruski kemik N. N. Zinin, ki je v letih 1853-1855 med krimsko vojno skupaj z vojaškim inženirjem V. F. Petruševskim proizvedel veliko količino nitroglicerina.
Profesor univerze Kazan N. N. Zinin
Vojaški inženir V. F. Petruševski
Toda hudič, ki živi v nitroglicerinu, se je izkazal za zlobnega in uporniškega. Izkazalo se je, da je občutljivost te snovi na zunanje vplive le nekoliko slabša od občutljivosti eksplozivnega živega srebra. Lahko eksplodira že v trenutku nitriranja, ni ga mogoče pretresati, segreti in ohladiti ali izpostaviti soncu. Med shranjevanjem lahko eksplodira. In če ga zažgete z vžigalico, lahko precej mirno gori …
In vendar je bila potreba po močnih eksplozivih do sredine 19. stoletja že tako velika, da se je kljub številnim nesrečam nitroglicerin začel široko uporabljati pri peskanju.
Poskusi, da bi zajezili hudega hudiča, so se lotili mnogi, a slavo krotilca je prejel Alfred Nobel. Vzponi in padci te poti, pa tudi usoda prihodkov od prodaje te snovi, so splošno znani in avtor meni, da se ni treba spuščati v njihove podrobnosti.
"Stisnjen" v pore inertnega polnila (in kot takšnih je bilo preizkušenih več ducat snovi, najboljša med njimi je infuzijska zemlja - porozni silikat, katere 90% prostornine pade na pore, ki lahko pohlepno absorbirajo nitroglicerin), nitroglicerin je postal veliko bolj "ustrežljiv" in je obdržal skoraj vso svojo uničujočo moč. Kot veste, je Nobel tej mešanici, ki je videti kot šota, dal ime "dinamit" (iz grške besede "dinos" - moč). Ironija usode: leto po tem, ko je Nobel prejel patent za proizvodnjo dinamita, Petruševski popolnoma samostojno zmeša nitroglicerin z magnezijem in prejme eksploziv, pozneje imenovan "ruski dinamit".
Nitroglicerin (natančneje glicerin trinitrat) je popoln ester glicerina in dušikove kisline. Običajno ga dobimo z obdelavo glicerina z mešanico žveplove dušikove kisline (v kemijskem jeziku - reakcija esterifikacije):
Eksplozijo nitroglicerina spremlja sproščanje velike količine plinastih produktov:
4 C3H5 (NO2) 3 = 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Esterifikacija poteka zaporedno v treh stopnjah: v prvi se pridobi glicerol mononitrat, v drugi - glicerol dinitrat, v tretji - glicerol trinitrat. Za popolnejši izkoristek nitroglicerina se vzame 20% presežek dušikove kisline, ki presega teoretično zahtevano količino.
Nitriranje je bilo izvedeno v porcelanastih lončkih ali spajkanih svinčenih posodah v kopeli z ledeno vodo. V enem ciklu smo pridobili približno 700 g nitroglicerina, v eni uri pa so bile takšne operacije izvedene v 3-4.
Toda naraščajoče potrebe so same prilagodile tehnologijo za proizvodnjo nitroglicerina. Sčasoma (leta 1882) se je razvila tehnologija za proizvodnjo eksploziva v nitratorjih. V tem primeru je bil postopek razdeljen na dve stopnji: na prvi stopnji so glicerin pomešali s polovico količine žveplove kisline in tako je bila večina sproščene toplote izrabljena, nakar je bila pripravljena mešanica dušikove in žveplove kisline je bil vnesen v isto posodo. Tako se je bilo mogoče izogniti glavni težavi: prekomernemu pregrevanju reakcijske mešanice. Mešanje se izvaja s stisnjenim zrakom pri tlaku 4 atm. Produktivnost postopka je 100 kg glicerina v 20 minutah pri 10 - 12 stopinjah.
Zaradi različne specifične teže nitroglicerina (1, 6) in odpadne kisline (1, 7) se od zgoraj zbira z ostrim vmesnikom. Po nitriranju nitroglicerin speremo z vodo, nato speremo s kislimi ostanki s sodo in ponovno speremo z vodo. Mešanje v vseh fazah postopka poteka s stisnjenim zrakom. Sušenje se izvede s filtriranjem skozi plast žgane kuhinjske soli [9].
Kot lahko vidite, je reakcija precej preprosta (spomnite se terorističnega vala konec 19. stoletja, ki so ga dvignili "bombniki", ki so obvladali preprosto znanost uporabne kemije) in spada v število "enostavnih kemičnih procesov" (A. Stetbacher). Skoraj vsako količino nitroglicerina je mogoče izdelati v najpreprostejših pogojih (izdelava črnega prahu ni veliko lažja).
Poraba reagentov je naslednja: za pridobitev 150 ml nitroglicerina morate vzeti: 116 ml glicerina; 1126 ml koncentrirane žveplove kisline;
649 ml dušikove kisline (vsaj 62% koncentracija).
Dinamit v vojni
Dinamit je bil prvič uporabljen v francosko-pruski vojni 1870-1871: pruski saperji so z dinamitom razstrelili francoske utrdbe. Toda varnost dinamita se je izkazala za relativno. Vojska je takoj ugotovila, da ob strelu s kroglo eksplodira nič slabše kot njen prednik, zgorevanje pa se v določenih primerih spremeni v eksplozijo.
Toda skušnjava po pridobivanju močnega streliva je bila neustavljiva. Skozi precej nevarne in zapletene poskuse je bilo mogoče ugotoviti, da dinamit ne bo eksplodiral, če se obremenitve ne povečajo takoj, ampak postopoma, pri čemer je pospešek projektila v varnih mejah.
Rešitev problema na tehnični ravni je bila vidna v uporabi stisnjenega zraka. Junija 1886 je poročnik Edmund Ludwig G. Zelinsky iz 5. topniškega polka vojske ZDA preizkusil in izpopolnil izvirno ameriško inženirsko zasnovo. Pnevmatski top s kalibrom 380 mm in dolžino 15 m s pomočjo zraka, stisnjenega do 140 atm, bi lahko izstrelil izstrelke dolžine 3,35 m iz 227 kg dinamita pri dolžini izstrelka 1800 mA 1,83 m s 51 kg dinamit in vseh 5 tisoč m
Za gonilno silo sta poskrbeli dve jeklenki stisnjenega zraka, zgornja pa je bila z gibljivo cevjo povezana z orodjem. Drugi valj je bil rezerva za napajanje zgornjega, tlak v njem samem pa se je vzdrževal s pomočjo parne črpalke, zakopane v zemljo. Izstrelek z dinamitom je bil oblikovan kot pikado - artilerijska puščica - in je imel 50 -kilogramsko bojno glavo.
Vojvoda od Cambridgea je vojski naročil, naj preizkusi en tak sistem v Milford Haven, vendar je pištola porabila skoraj vse strelivo, preden je končno zadela tarčo, ki pa je bila zelo učinkovito uničena. Ameriški admirali so bili navdušeni nad novim topom: leta 1888 so sprostili denar za izdelavo 250 dinamitnih pušk za obalno topništvo.
Leta 1885 je Zelinsky ustanovil podjetje Pneumatic Gun Company, ki je v vojski in mornarici uvedel pnevmatske pištole z dinamitnimi školjkami. Njegovi poskusi so privedli do tega, da so govorili o zračnih puškah kot obetavnem novem orožju. Ameriška mornarica je leta 1888 celo zgradila 944-tonsko dinamično križarko Vezuv, oboroženo s tremi od teh 381-milimetrskih pušk.
Diagram križarke "dinamit" Vezuv
[center]
In tako je izgledalo njegovo stacionarno orožje[/center]
Ampak čudna stvar: po nekaj letih je navdušenje popustilo razočaranju. "Med špansko-ameriško vojno," so o tem dejali ameriški topniki, "te puške nikoli niso prišle na pravo mesto." In čeprav ni šlo toliko za pištole kot za zmožnost topnikov za natančno streljanje in togo pritrditev pušk, ta sistem ni dobil nadaljnjega razvoja.
Leta 1885 je Nizozemska na svojo podmornico št. 4 namestila zračni top Zelinskega. Zadeva pa ni prišla do svojih praktičnih preizkusov, tk. čoln je med spuščanjem doživel hudo nesrečo.
Leta 1897 je Nizozemska svojo podmornico št. 8 znova oborožila z novim topom Zelinsky. Oborožitev je bila sestavljena iz 18-palčne (457 mm) premčne torpedne cevi s tremi torpedi Whitehead, pa tudi krmne zračne puške Zelinsky za dinamitne školjke (7 krogov, vsaka po 100,7 kg). Zaradi prekratke cevi, omejene z velikostjo čolna, pa je imela ta pištola kratek strelni poligon. Po praktičnem streljanju ga je izumitelj leta 1899 razstavil.
V prihodnosti niti Nizozemska niti drugi oblikovalci na svoje podmornice niso namestili pištol (aparatov) za streljanje z metami in dinamitnimi granatami. Tako so puške Zelinskega neopazno, a hitro zapustile oder [12].
Sorodnik nitroglicerina
S kemičnega vidika je glicerin najpreprostejši predstavnik razreda trihidričnih alkoholov. Obstaja njegov diatomski analog - etilen glikol. Je čudno, da so se kemiki po seznanitvi z nitroglicerinom osredotočili na etilen glikol v upanju, da bi bilo to bolj priročno za uporabo.
Toda tudi tukaj je hudič eksploziva pokazal svoj muhast značaj. Značilnosti dinitroetilen glikola (ta eksploziv nikoli ni dobil svojega imena) se niso veliko razlikovale od nitroglicerina:
1. Občutljivost: detonacija, ko 2 kg breme pade z višine 20 cm; občutljiv na trenje, ogenj.
2. Energija eksplozivne transformacije - 6900 J / kg.
3. Hitrost detonacije: 7200 m / s.
4. Meja: 16,8 mm.
5. Visoka eksplozivnost: 620-650 kubičnih metrov. cm
Prvič ga je pridobil Henry leta 1870. Pridobivajo ga s skrbnim nitriranjem etilen glikola po postopku, podobnem pripravi nitroglicerina (mešanica za nitriranje: H2SO4 - 50%, HNO3 - 50%; razmerje - 1 do 5 glede na etilen glikol).
Postopek nitriranja lahko izvedemo pri nižji temperaturi, kar je predispozicija za večji donos [7, 8].
Kljub dejstvu, da se je občutljivost DNEG na splošno izkazala za nekoliko nižjo od občutljivosti NG, njegova uporaba ni obljubila pomembnih koristi. Če k temu dodamo večjo nestanovitnost kot pri NG in manjšo razpoložljivost surovin, potem postane jasno, da tudi ta pot ni pripeljala nikamor.
Vendar se tudi ni izkazal za popolnoma neuporabnega. Sprva so ga uporabljali kot dodatek dinamitu, med drugo svetovno vojno so ga zaradi pomanjkanja glicerina uporabljali kot nadomestek za nitroglicerin v brezdimnih praških. Takšni praški so imeli zaradi nestanovitnosti DNEG -a kratek rok trajanja, vendar v vojnih razmerah to ni bilo veliko pomembno: nihče jih ne bo dolgo shranjeval.
Predpasnik Christian Schönbein
Ni znano, koliko časa bi vojska porabila za iskanje načinov za pomiritev nitroglicerina, če do konca 19. stoletja ne bi prišla industrijska tehnologija za proizvodnjo drugega nitroestra. Na kratko, zgodovina njegovega pojavljanja je naslednja [16].
Leta 1832 je francoski kemik Henri Braconneau odkril, da je pri obdelavi škroba in lesnih vlaken z dušikovo kislino nastala nestabilna, vnetljiva in eksplozivna snov, ki jo je imenoval ksiloidin. Res je, da je bila zadeva omejena na sporočilo o tem odkritju. Šest let kasneje, leta 1838, je drugi francoski kemik, Théophile-Jules Pelouse, na podoben način obdelal papir in karton in izdelal podoben material, ki ga je poimenoval nitramidin. Kdo bi si takrat mislil, a razlog za nezmožnost uporabe nitramidina v tehnične namene je bila ravno njegova nizka stabilnost.
Leta 1845 je švicarski kemik Christian Friedrich Schönbein (ki je do takrat postal znan po odkritju ozona) izvajal poskuse v svojem laboratoriju. Žena mu je strogo prepovedala, da bi svoje bučke prinesel v kuhinjo, zato se mu je mudilo, da je v njeni odsotnosti zaključil poskus - in po mizi razlil nekaj jedke mešanice. Da bi se izognil škandalu, ga je v najboljših tradicijah švicarske natančnosti obrisal s svojim delovnim predpasnikom, saj mešanice ni bilo preveč. Nato je tudi v tradiciji švicarske varčnosti opral predpasnik z vodo in ga obesil nad peč, da se posuši. Kako dolgo ali kratko je tam visel, zgodovina molči, a da je po sušenju predpasnik nenadoma izginil, je gotovo znano. Poleg tega ni izginil tiho, v angleščini, ampak glasno, lahko bi celo rekli očarljivo: bliskovito in glasno ploskanje eksplozije. Toda to, kar je pritegnilo Schönbeinovo pozornost: do eksplozije je prišlo brez najmanjšega dima!
Čeprav Schönbein ni bil prvi, ki je odkril nitrocelulozo, mu je bilo usojeno sklepati o pomenu odkritja. Takrat so v topništvu uporabljali črni prah, saj so saje iz njih umazale puške, da jih je bilo treba v intervalih med streli očistiti, po prvih zaletih pa je nastala takšna zavesa dima, da so se morali boriti skoraj na slepo. Ni treba posebej poudarjati, da so oblaki črnega dima odlično označevali mesto baterij. Edino, kar je popestrilo življenje, je bilo spoznanje, da je sovražnik na istem položaju. Zato se je vojska z navdušenjem odzvala na eksploziv, ki daje veliko manj dima, poleg tega pa je tudi močnejši od črnega prahu.
Nitroceluloza, brez pomanjkljivosti črnega prahu, je omogočila vzpostavitev proizvodnje brezdimnega prahu. In v tradicijah tistega časa so se odločili, da ga uporabijo kot pogonsko gorivo in kot eksploziv. Leta 1885 je francoski inženir Paul Viel po številnih eksperimentalnih delih prejel in preizkusil nekaj kilogramov piroksilinastega prahu, imenovanega smodnik "B" - prvi brezdimni prah. Testi so dokazali prednosti novega pogonskega goriva.
Vendar pa ni bilo lahko vzpostaviti proizvodnje velikih količin nitroceluloze za vojaške potrebe. Nitroceluloza je bila preveč nestrpna, da bi čakala na bitke in tovarne so praviloma letele v zrak z zavidljivo pravilnostjo, kot da tekmujejo s proizvodnjo nitroglicerina. Razvoj tehnologije za industrijsko proizvodnjo piroksilina je moral premagati ovire kot noben drug eksploziv. Četrt stoletja je trajalo, da so bila izvedena številna dela raziskovalcev iz različnih držav, dokler ta prvotni vlaknasti eksploziv ni postal primeren za uporabo in dokler niso odkrili številnih sredstev in metod, ki so med dolgotrajnim skladiščenjem izdelka nekako jamčile pred eksplozijo. Izraz "na kakršen koli način" ni literarna naprava, ampak odraz težav, s katerimi so se kemiki in tehnologi srečevali pri opredeljevanju meril stabilnosti. O pristopih k določanju meril stabilnosti ni bilo trdne presoje, z nadaljnjim širjenjem obsega uporabe tega eksploziva pa so stalne eksplozije razkrivale vse bolj skrivnostne lastnosti obnašanja tega posebnega kompleksnega etra. Šele leta 1891 sta James Dewar in Frederick Abel uspela najti varno tehnologijo.
Za proizvodnjo piroksilina je potrebno veliko število pomožnih naprav in dolgotrajen tehnološki proces, pri katerem je treba vse operacije izvajati enako previdno in temeljito.
Začetni izdelek za proizvodnjo piroksilina je celuloza, katere najboljši predstavnik je bombaž. Naravna čista celuloza je polimer, sestavljen iz ostankov glukoze, ki je bližnji sorodnik škroba: (C6H10O5) n. Poleg tega lahko odpadki iz papirnic zagotavljajo odlične surovine.
Nitriranje vlaken se je v industrijskem obsegu obvladalo v 60. letih 19. stoletja in se je izvajalo v keramičnih lončkih z nadaljnjim predenjem v centrifugah. Vendar je do konca stoletja to primitivno metodo izpodrinila ameriška tehnologija, čeprav je bila med prvo svetovno vojno zaradi nizkih stroškov in preprostosti (natančneje primitivizma) oživljena.
Rafiniran bombaž naložimo v nitrator, dodamo nitrirajočo mešanico (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, voda - 7%) na osnovi 15 kg vlaken 900 kg mešanice, kar daje donos 25 kg piroksilina.
Nitratorji so povezani v baterije, sestavljene iz štirih reaktorjev in ene centrifuge. Nitratorji so naloženi s časovnim intervalom (približno 40 minut), ki je enak času ekstrakcije, kar zagotavlja neprekinjenost procesa.
Piroksilin je mešanica izdelkov z različno stopnjo nitracije celuloze. Piroksilin, pridobljen z uporabo fosforjeve kisline namesto žveplove kisline, je zelo stabilen, vendar se ta tehnologija zaradi višjih stroškov in manjše produktivnosti ni uveljavila.
Stisnjen piroksilin ima lastnost samovžiga in ga je treba navlažiti. Voda, ki se uporablja za pranje in stabilizacijo piroksilina, ne sme vsebovati alkalnih sredstev, saj so produkti alkalnega uničenja katalizatorji samovžiganja. Končno sušenje do zahtevane vsebnosti vlage se doseže s spiranjem z absolutnim alkoholom.
Navlažena nitroceluloza pa tudi ni brez težav: dovzetna je za kontaminacijo z mikroorganizmi, ki povzročajo plesen. Zaščitite ga z voskom površine. Končni izdelek je imel naslednje lastnosti:
1. Občutljivost piroksilina je močno odvisna od vlažnosti. Suha (3 - 5% vlage) se zlahka vname zaradi odprtega ognja ali dotika vroče kovine, vrtanja, trenja. Eksplodira, ko 2 kg obremenitve pade z višine 10 cm. Ko vlaga naraste, se občutljivost zmanjša in pri 50% vode detonacijska sposobnost izgine.
2. Energija eksplozivne transformacije - 4200 MJ / kg.
3. Hitrost detonacije: 6300 m / s.
4. Brisance: 18 mm.
5. Visoka eksplozivnost: 240 kubičnih metrov. cm
In kljub pomanjkljivostim je kemijsko stabilnejši piroksilin vojski ustrezal bolj kot nitroglicerin in dinamit, njegovo občutljivost pa je bilo mogoče prilagoditi s spreminjanjem vsebnosti vlage. Zato se je stisnjeni piroksilin začel široko uporabljati za opremljanje bojnih glav min in školjk, vendar je sčasoma ta neprimerljiv izdelek odstopil pred nitriranimi derivati aromatskih ogljikovodikov. Nitroceluloza je ostala kot pogonski eksploziv, vendar se je kot eksplozivna eksplozivnost za vedno umaknila v preteklost [9].
Hlapni žele in nitroglicerinski smodnik
»Črni prah … predstavlja vse možnosti nadaljnjega izboljšanja - z znanstveno preučitvijo nevidnih pojavov, ki se pojavijo med njegovim zgorevanjem. Brezdimni smodnik je nova vez med močjo držav in njihovim znanstvenim razvojem. Zaradi tega, ker sem eden bojevnikov ruske znanosti, si v upadanju moči in v letih ne upam analizirati nalog brezdimnega smodnika …"
Bralec, tudi malo pozna zgodovino kemije, je verjetno že uganil, čigave besede so to - briljantni ruski kemik D. I. Mendelejev.
Mendeleev je v zadnjih letih svojega življenja - v letih 1890-1897 - veliko truda in pozornosti namenil porrocheliju kot področju kemijskega znanja. Toda, kot vedno, je aktivni fazi razvoja sledilo obdobje razmišljanja, kopičenja in sistematizacije znanja.
Vse se je začelo z dejstvom, da je neutruden Alfred Nobel leta 1875 naredil še eno odkritje: plastično in elastično trdno raztopino nitroceluloze v nitroglicerinu. Precej uspešno je združil trdno obliko, visoko gostoto, enostavnost oblikovanja, koncentrirano energijo in neobčutljivost na visoko vlažnost zraka. Žele, ki je popolnoma zgorel v ogljikovem dioksidu, dušiku in vodi, je bil sestavljen iz 8% dinitroceluloze in 92% nitroglicerina.
Za razliko od Nobelovega tehnika, je D. I. Mendeleev je izhajal iz povsem znanstvenega pristopa. V osnovo svojega raziskovanja je postavil popolnoma določeno in kemijsko strogo utemeljeno idejo: potrebna snov med zgorevanjem mora oddajati največ plinastih produktov na enoto teže. S kemičnega vidika to pomeni, da bi moralo biti v tej spojini dovolj kisika za popolno pretvorbo ogljika v plinasti oksid, vodik v vodo in oksidacijsko sposobnost za zagotavljanje energije za ves ta proces. Podroben izračun je privedel do formule naslednje sestave: C30H38 (NO2) 12O25. Pri gorenju bi morali dobiti naslednje:
C30H38 (NO2) 12O25 = 30 CO + 19 H2O + 6 N2
Izvajanje ciljane reakcije sinteze snovi s takšno sestavo, niti v tem trenutku, ni lahka naloga, zato so v praksi uporabili mešanico 7-10% nitroceluloze in 90-93% nitroglicerina. Odstotek vsebnosti dušika je približno 13,7%, kar nekoliko presega to vrednost za pirokolodijo (12,4%). Operacija ni posebej težka, ne zahteva uporabe kompleksne opreme (izvaja se v tekoči fazi) in poteka v normalnih pogojih.
Leta 1888 je Nobel prejel patent za smodnik iz nitroglicerina in koloksilina (vlakna z nizko vsebnostjo dušika), imenovan kot piroksilinski brezdimni smodnik. Ta sestava je do sedaj pod različnimi tehničnimi imeni praktično nespremenjena, med katerimi sta najbolj znana kordit in balistist. Glavna razlika je v razmerju med nitroglicerinom in piroksilinom (v korditu je višje) [13].
Kako so ti eksplozivi povezani med seboj? Poglejmo tabelo:
Tabela 1.
BB …… Občutljivost…. Energija… Hitrost …… Brisance… Visoko eksplozivna
……… (kg / cm /% eksplozij)….eksplozija….detonacija
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
Značilnosti vseh eksplozivov so precej podobne, vendar je razlika v fizikalnih lastnostih narekovala različne niše njihove uporabe.
Kot smo že videli, niti nitroglicerin niti piroksilin nista zadovoljila vojske s svojim značajem. Razlog za nizko stabilnost teh snovi se mi zdi na površini. Obe spojini (ali tri štetje in dinitroetilen glikol) sta predstavnika razreda eter. Skupina estrov pa nikakor ni ena izmed vodilnih v kemijski odpornosti. Namesto tega jo najdemo med tujci. Nitro skupina, ki vsebuje dušik v precej čudnem oksidacijskem stanju +5 zanjo, prav tako ni model stabilnosti. Simbioza tega močnega oksidacijskega sredstva s tako dobrim redukcijskim sredstvom, kot je hidroksilna skupina alkoholov, neizogibno vodi do številnih negativnih posledic, med katerimi je najbolj neprijetna kapricičnost pri uporabi.
Zakaj so kemiki in vojska toliko časa eksperimentirali z njimi? Kot kaže, so mnogi in mnogi zmagali. Vojska - velika moč in razpoložljivost surovin, kar je povečalo bojno učinkovitost vojske in jo naredilo neobčutljivo za dostavo v vojnem času. Tehnologi - blagi pogoji sinteze (ni potrebe po uporabi visokih temperatur in povišanega tlaka) in tehnološko udobje (kljub večstopenjskim procesom vse reakcije potekajo v enem reakcijskem volumnu in brez potrebe po izolaciji vmesnih produktov).
Tudi praktični donos proizvodov je bil precej visok (tabela 2), kar ni povzročilo nujne potrebe po iskanju virov velikih količin poceni dušikove kisline (vprašanje z žveplovo kislino je bilo rešeno veliko prej).
Tabela 2.
BB …… Poraba reagentov na 1 kg….. Število stopenj…. Število emisij
……… dušikova kislina..žveplova kislina
GN …….10 ……………..23 ……………..3 …………………… 1
DNEG….16, 5 …………..16, 5 …………… 2 …………………… 1
NK ……..8, 5 …………… 25 ……………..3 …………………… 1
Stanje se je dramatično spremenilo, ko so se na sceni pojavile nove inkarnacije hudiča eksploziva: trinitrofenol in trinitrotoluen.
(Se nadaljuje)
