Експлозив

Експлозиви су једињења или смесе који могу за врло кратко време да развију велику запремину гасова на високој температури. Процес веома брзог стварања топлотне и механичке енергије уз ослобађање гасова назива се експлозија. Потенцијална енергија присутна у експлозивном материјалу може да буде

хемијска енергија, као што је она присутна у нитроглицерину или млинској прашини
гас под притиском, као у гасном цилиндру или аеросол боци
нуклеарна енергија, као у фисилним изотопима уранијум-235 и плутонијум-239

Знак за опасност од експлозивних материја према одлуци 67/548/EWG Европског хемијског бироа.

Демонстрација експлозивних својстава три различита експлозива. Сваки експлозив је постављен на мермерној основи и инициран је усијаним дрвеним штапом.

Експлозију прате звук, светлост, механичко дејство и сличне појаве, које остављају снажан утисак на човека. Сагоревањем 1 kg петролеума ослобађа 46000 КЈ, ако се сагоревање врши на пример у лампи ова енергија се постепено преноси у околину, без икаквог механичког дејства. Међутим, ако се помеша 1 kg петролеума са довољном количином течног кисеоника и паљење изврши иницијалном капислом, настаће велика експлозија у којој се тренутно (хиљадити део секунде) ослобађа око 46.000 КЈ, температуре достиже и до 4.000 °C, изазива се и притисак од око 100 тона по квадратном центиметру (подразумева се да ударни талас има разорно дејство).

Основна разлика између хемијских експлозива од осталих запаљивих материја је у томе што се кисеоник потребан за сагоревање налази у молекулима у виду нитро или хитратне, хлоратне или перхлоратне групе, при чему треба знати да присуство интерних гасова смањује број калорија ослобођених при експлозији.

Експлозивни материјали се могу категорисати по брзини којом се експандирају. Материјали који детонирају (у којима се фронт хемијске реакције креће кроз материјал брже од брзине звука) се сматрају „високо експлозивним”, а материјали који дефлагрирају „ниско експлозивним”. Експлозиви се могу исто тако катагорисати по њиховој сензитивности. Сензитивни материјали који могу да буду иницирани релативно малом количином топлоте или притиска су примарни експлозиви, а материјали који су релативно неосетљиви су секундарни или терцијарни експлозиви.

Широк ошсег хемикалија може да експлодира; мањи број се специфично производи да би се користили као експлозиви. Преостали су сувише опасни, сензитивни, токсични, скупи, нестабилни, или склони декомпозицији или дезинтеграцији током кратких временских периода.

У контрасту с тим, неки материјали су само запаљиви или горљиви, ако горе без експлозија. Разлика међутим није потпуно јасна. Поједини материјали — прашине, прахови, гасови, или испарљиве органске течности — могу једноставно да буду запаљиве или горљиви под обични околностима, а постају експлозивни у специфичним ситуацијама или формама, као што су распршени ваздушни облаци, или затварање или изненадно ослобађање.

Историјски развојУреди

У њеном корену, историја хемијских експлозива се поистовећује са историјом барута.^[1]^[2] Током династије Танг у 9. веку, таоистички кинески алхемичари су покушавали да пронађу еликсир бесмртности.^[3] Један од исхода њихових настојања је било откриће барута 1044. године, који је био израђен од угља, шалитре и сумпора. Барут је био прва форма хемијских експлозива и до 1161, Кинези су користили експлозиве по први пут на бојном пољу.^[4]^[5] Кинези су користии експлозиве у салвама које су испаљиване из бамбусних или бронзаних цеви, које су биле познате као бамбусни ватрени крекери. Кинези су такође користили уметнуте пацове унутар бамбусних ватрених крекера за отварање ватре према непријатељским положајима, чиме су остваривали велике психолошке рамификације – застрашујући непријатељске војнике и узрокујући панику међу коњичким трупама.^[6]

Мада су рана термичка оружја, као што је грчка ватра, постојала од античких времена, први експлозив у широкој употреби у ратовању и рударству био је барут, до чијег изума је дошло у 9. веку у Кини. Овај материјал је био сензитиван на воду, и производио је изобилне количине црног дима. Први корисни експлозив јачи од црног праха је био нитроглицерин, који је развијен 1847. године. Пошто је нитроглицерин веома нестабилна течност, он је био замењен нитроцелулозом, TNT у 1863. години, бездимним прахом, динамитом 1867. године и гелигнитом (каснија два су софистицирано стабилизовани препарати нитроглицерина, пре него хемијске алтернативе, које је изумео Алфред Нобел). Током Првог светског рата је кориштен TNT, тринитротолуен, у артиљеријској муницији. У Другом светском рату је дошло до екстензивне употребе нових експлозива (погледајте експлозиви кориштени током Другог светског рата). Касније су они били замењени моћнијим експлозивима као што су Ц-4 и PETN. Међутим, Ц-4 и PETN реагују са металом и лако се пале, мада су за разлику од TNT, водоотпорни и савитљиви.^[7]

ХронологијаУреди

1190. п. н. е. – Тројанске трупе користиле су запаљива средства против грчке морнарице.
500-470. п. н. е. – у тактици кинеза Фау Ли Јена описана је употреба камених кугли и запаљивих лопти приликом опсаде градова.
160-122. п. н. е. – Кинези пронашли црни барут, смесу 76,2% калијум-нитрата, 15,4% дрвеног угља и 8,4% сумпора.
222. год. – Римљани почели да користе у поморским биткама, запаљиву смесу израђену од негашеног креча и асфалта која се палила у додиру са водом.
Средином VII века Грк Калиникос је усавршио римску запаљиву смесу и пронашао “грчку ватру” која се састоји од нафте, сумпора, смоле и негашеног креча.
1073. — Мађари су при опсади Београда први користили црни барут у Европи.
1250. – Калуђер Р. Бацон дао је следећи састав црног барута: 41,2% калијумнитрат, 29,4% сумпора и 19,4% дрвеног угља.
1326. — У Венецији су израђени метални топови који су избацивали ђулад под притиском гасова насталих сагоревањем барута.
1627. — К. Виендл (Wiendl) први је користио црни барут за откопавање руда.
1654. — Ј. Р. Клубер (Clauber) пронашао је амонијум-нитрат (који се користи као оксиданс у привредним експлозивима).
крајем XVII века Ј. Ловстерн (Lowestern) пронашао је живин-фулминат.
1780. — Ц. Л. Бертхолет (Berthollet) пронашао је калијум-хлорат.
1845. — Откривена нитроцелулоза, а А. Собореро (Soborero) пронашао нитроглицерин.
1853. — Аустрија замењује црни барут нитроцелулозним барутом који стављају у батерије топова
1867. — Алфред Нобел је пронашао динамит
1873. — Пронађен пластични експлозив (нитроцелулоза + нитроглицерин)
1884. — Пронађен двобазни барут
1870. — Добијен је тринитротолуен (ТНТ)
1891. — Т. Кертис (Curtis) пронашао олово-азид
1894. — Произведен је пентрит.
У току Другог светског рата направљено је много нових експлозивних смеса.
1944. — Почела је производња ливених двобазних барута за погон ракетних пројектила.

Класификација експлозиваУреди

Према пореклу ослобођене топлотеУреди

Према пореклу топлоте која се ослобађа експлозиви се деле на:

експлозиве са ендотермним молекулима
експлозиве са егзотермним молекулима

Молекул експлозива је ендотерман онда када настаје из елемената уз везивање топлоте. Овакви експлозиви обично не садрже кисеоник, а топлота се ослобађа искључиво распадањем молекула на своје елементе.

Pb(N₃) _{2_{→ Pb + 3N₂}}

При овом процесу се за сваки молекул азота ослобађа 447 КЈ енергије.

Молекул експлозива је егзотерман када се ствара из елемената уз ослобађање топлоте. Молекул садржи кисеоничне групе, НО₂ и О, и до ослобађања енергије долази сагоревањем самог молекула, односно реакцијом водоника и угљеника са једне и кисеоничних група са друге стране. При томе настају угљен-диоксид, угљен-моноксид и вода. Такође је потребно да кисеоник у молекулу није директно везан за угљеник да би једињење било експлозивно. У ову групу експлозива улазе и експлозивне смесе које се увек састоје из једног тела које потпомаже сагоревање (нитрати, хлорати, кисеоник итд.) и једног сагорљивог тела (угаљ, угљоводоници, нитро деривати итд.). У ову групу спада већина експлозива.

Према начину дејстваУреди

Експлозиви се према начину дејства дела на:

иницијалне (примарни) и
бризантне (секундарни) експлозиве

Иницијалне експлозивне материје имају веома малу енергију активирања и веома су осетљиве на удар, варнице, трење, топлоту, јер могу изазвати њихово разлагање. У ову групу експлозива спадају: живин-фулминат Hg(OCN)₂, олово-тринитрорезорцилат, сребро-фулиминат AgONC, сребро-азид AgN₃, олово-азид NaN₃, динитродиазо-фенол и пероксиди (H₂О₂, ROOH, ROOR).

Бризантне експлозивне материје су мање осетљиве на механичке и топлотне утицаје и експлодирају под дејством ударног таласа иницијалних експлозива. У ову групу спадају нитро једињења која садрже C-NO₂ везу, као што су динитробензен, динитротлуен, хексанитро-стилбен, триаминонитробензен, тринитротолуен (ТНТ), и друга, затим нитратни естри који садрже C-O-NO₂ групу, као што су нитроцелулоза и пентаеритит-тетранитрит (пентрит, ПЕТН). Такође се у ову групу сврставају и нитроамини који имају C-N-NO₂ групу, као сто су циклотетрааметилен-тетраамин (октоген), циклотриметил-триамин (хексоген), нитрогуанидин.

Привредни експлозивиУреди

Постоји велика могућност комбиновања разних експлозивних једињења, адитива и припремања експлозивних смеса за различите намене. Од посебног значаја су такозвани привредни експлозиви. То су углавном експлозивне смесе које садрже неколико компоненти, а припремају се за специјалне намене и минирања у рударству и грађевини. Најпознатији су гранулисани експлозиви, као на пример, смеса која садржи амонијум-нитрат (90%), угљену прашину (7%), карбоксиметил-целулозу (1%) и дизел-гориво (2%) или експлозивна смеса која садржи амонијум-нитрат (87,9%), тринитротолуен (5,5%), дрвено брашно (4,5%) и дизел-гориво (2,5%). Ова врста експлозива користи се за минирање средње тврдих и меких стена и руда.

Постоје и кашасти – водопластични експлозиви који имају кашасто – пластичну конзистенцију. Одликују се високом густином и добром водоотпорношћу. Ова врста експлозива сачињена је од смесе амонијум-нитрата (40%), натријум-нитрата (20%), алуминијума у праху (15%), тринитротолуена (15%), воде (10%) и средства за згрушавање (0,5-2%). Ови привредни експлозиви користе се у рударству за минирање у условима где је потребна водоотпорност и за директно убризгавање у бушотине.

Остале експлозивне материјеУреди

Експлозије

Барути су експлозивне материје у којима се хемијско разлагање врши искључиво термичком проводљивошћу, при чему сагоревање може да буде различите брзине, од неколико милиметара до неколико центиметара у секунди. При таквим брзинама могуће је искоришћавање гасова, производа сагоревања, за покретање пројектила у цеви оружја, или ракетног пројектила.

Постоје:

колоидни (хомогени) и
композитни барути.

Колоидни барути се добијају желатинизирањем молекула нитроцелулозе растворене у неком органском растварачу и неког другог експлозивног једињења. У зависности од броја основних активних материја постоје једнобазни колоидни барути који су изграђени само из нитроцелулозе, али у ову групу спадају и барути који садрже и динитротолуен. Двобазни колоидни барути су изграђени од нитроцелулозе и нитроглицерина, при чему нитроглицерина има између 12% и 45%. У ову групу барута сврставају се и нови састави који садрже октоген, хексоген и пентрит ради повећавања специфицног импулса. Тробазни колоидни барути садрже три експлозивне компоненте: нитроцелулозу, нитроглицерин и нитрогуанидин.

У композитне баруте сврстава се црни барут који се добија мешањем сумпора, угљеника и калијум-нитрата. Поред црног барута, у ову групу улазе композитна ракетна горива која се састоје од оксиданса (углавном амонијум-хлората, 60-80%), везива које обезбеђује кохезију и хомогеност оксиданса и горива, формирају се од преполимера (полибутадиен), умреживача (толиуендиизоцијанат), адхезивних агенаса (триетаноламин), пластификатора (диизооктил-азелат), катализатора умреживача (фери-ацетонилацетонат, олово-хромат), затим од редуктанса (алуминијум, око 25%), убрзивача сагоревања (фери-оксид, фероцен), успоривача сагоревања (нитрогуанидин, амонијум-нитрат), конзерванса (антиоксиданси на бази фенола и амина) и стабилизатора сагоревања (ацетиленска чађ, алуминијум у праху).

Од осталих експлозивних материја и смеса треба поменути експлозивне направе на бази смесе горива и ваздуха. То су такозване аеросолне експлозивне смесе. Прве аеросолне авионске бомбе произведене су 1960. године. Основни принцип у функционисању ове врсте бомби је распрашивање лако испарљивих угљоводоника или металних прахова у ваздуху, при чему настаје експлозивна гасна смеса у виду облака, која се накнадно пали помоћу централно постављеног пуњења високо бизантног експлозива. После одабраног упарења, које омогућава мешање горива и ваздуха, смеса се пали и настаје велика експлозија. Као горива у аеросолним бомбама користе се разна једињења која са ваздухом у одређеним концетрацијама граде експлозивну смесу. Ударни талас аеросолних бомби руши све препреке у пречнику од 500 m, а убија на растојању од 1.000 m. Секундарно дејство ових бомби је одузимање кисеоника из околине, што изазива гушење живих организама. Бомбе су тежине до 7 тона. Као гориво најчешће се користи керозин са додатком хептана и адитива, као што су: пропилен-оксид, пропил-нитрат и бутил-нитрат.

Треба још поменути и такозване пиротехничке смесе, које представљају смесу експлозивних једињења и оксиданса. Пиротехничке смесе реагују егзотермно тако што производе специфичне ефекте: дим, пламен, ударни талас, светлост, гасове, звук или топлоту. Према намени или жељеним ефектима које производе, пиротехничке смесе могу да буду:

припалне,
иницијалне,
осветљавајуће,
димне,
запаљиве и
са звучним сигналима.

За добијање обојених светлосних ефеката додају се разни адитиви, као што су бакар(II)-оксид за плаву боју, соли баријума и борне киселине дају зелену боју, соли натријума жуту, соли силицијума дају црвену светлост, а магнезијумове соли дају бљештаво плаву боју.

ПрименаУреди

Експлозиви и барути имају веома дугу историју и нашли су примену у разним обаластима људске делатности, пре свега као оружје, затим у привреди (рударству, каменоломима и сл.), као гориво у ракетним моторима и као лекови.

Списак експлозиваУреди

ЈедињењаУреди

АцетилидиУреди

CUA, DCA, AGA

ФулминатиУреди

HF, AUF, HGF, PTF, KF, AGF

НитроУреди

Моно нитро: NGA, NE, NM, NP, NS, NU
Ди нитро: DDNP, DNB, DNEU, DNN, DNP, DNPA, DNPH, DNR, DNPD, DNPA, DNC, DPS, DPA, EDNP, KDNBF, BEAF
Три нитро: RDX, DATB, TATB, PBS, PBP, TNAL, TNAS, TNB, TNBA, TNC, MC, TNEF, TNOC, TNOF, TNP, TNT, TNN, TNPG, TNR, BTNEN, BTNEC, Тетрил, SA, API, TNS
Окта нитро: ONC

НитратиУреди

Мононитрати: AN, BAN, CAN, MAN, NAN, UN
Динитрати: DEGDN, EDDN, EDNA, EGDN, HDN, TEGDN, TAOM
Тринитрати: BTTN, TMOTN, NG
Тетранитрати: ETEN, PETN, TNOC
Пентанитрати: XPN
Хексанитрати: CHN, MHN

АминиУреди

Терцијарни амини: NTBR, NTCL, NTI, NTS, SEX, AGN
Диамини: DSDN
Азиди: CNA, CYA, CLA, CUA, EA, FA, HA, PBA, AGA, NAA, SEA, SIA, TEA, TAM, TIA
Тетрамини: TZE, TZO
Пентамини: PZ
Октамини: OAC, ATA

ПероксидиУреди

AP (TATP), CHP, DAP, DBP, DEP, HMTD, MEKP, TBHP

ОксидиУреди

XOTF, XDIO, XTRO, XTEO

НесортираниУреди

СмешеУреди

ЕлементиУреди

РеференцеУреди

^ Sastri 2004, стр. 1.
^ Singh 2010, стр. 68.
^ Sigurðsson, Albert (17. 01. 2017). „China’s explosive history of gunpowder and fireworks”. GB Times. Архивирано из оригинала 01. 12. 2017. г. Приступљено 12. 01. 2018.
^ Pomeranz, Ken; Wong, Bin. „China and Europe, 1500–2000 and Beyond: What is Modern?” (PDF). 2004: Columbia University Press. Архивирано из оригинала (PDF) 13. 12. 2016. г. Приступљено 12. 01. 2018.
^ Kerr 2013, стр. 544.
^ Back 2011, стр. 55.
^ Ankony, Robert C., Lurps: A Ranger's Diary of Tet, Khe Sanh, A Shau, and Quang Tri, revised ed., Rowman & Littlefield Publishing Group, Lanham, MD (2009). стр. 73.
^ CDP Formulations, Patent 2710026 Summary

ЛитератураУреди

Sastri, M.N. (2004). Weapons of Mass Destruction. APH Publishing Corporation. стр. 1. ISBN 978-8176487429.
Singh, Kirpal (2010). Chemistry in Daily Life. Prentice-Hall. стр. 68. ISBN 978-8120346178.
Kerr, Gordon (2013). A Short History of China. No Exit Press. ISBN 978-1-84243-968-5.
Takacs, Sarolta Anna; Cline, Eric H. (2008). The Ancient World. Routledge. стр. 544.
Back, Fiona (2011). Australian History Series: The ancient world. стр. 55. ISBN 978-1-86397-826-2.
Explosives and Demolitions FM 5-250; U.S. Department of the Army; 274 pages; 1992.
Military Explosives TM 9-1300-214; U.S. Department of the Army; 355 pages; 1984.
Explosives and Blasting Procedures Manual; U.S. Department of Interior; 128 pages; 1982.
Safety and Performance Tests for Qualification of Explosives; Commander, Naval Ordnance Systems Command; NAVORD OD 44811. Washington, D.C.: GPO, 1972.
Weapons Systems Fundamentals; Commander, Naval Ordnance Systems Command. NAVORD OP 3000, vol. 2, 1st rev. Washington, D.C.: GPO, 1971.
Elements of Armament Engineering – Part One; Army Research Office. Washington, D.C.: U.S. Army Materiel Command, 1964.
Hazardous Materials Transportation Plaecards; USDOT.
Safety in the Handling and Use of Explosives SLP 17; Institute of Makers of Explosives; 66 pages; 1932 / 1935 / 1940.
History of the Explosives Industry in America; Institute of Makers of Explosives; 37 pages; 1927.
Clearing Land of Stumps; Institute of Makers of Explosives; 92 pages; 1917.
The Use of Explosives for Agricultural and Other Purposes; Institute of Makers of Explosives; 190 pages; 1917.
The Use of Explosives in making Ditches; Institute of Makers of Explosives; 80 pages; 1917.
Farmers' Hand Book of Explosives; duPont; 113 page; 1920.
A Short Account of Explosives; Arthur Marshall; 119 pages; 1917.
Historical Papers on Modern Explosives; George MacDonald; 216 pages; 1912.
The Rise and Progress of the British Explosives Industry; International Congress of Pure and Applied Chemistry; 450 pages; 1909.
Explosives and their Power; M. Berthelot; 592 pages; 1892.

Спољашње везеУреди

[FOOTNOTESastri20041-1] Sastri 2004, стр. 1.

[FOOTNOTESingh201068-2] Singh 2010, стр. 68.

[3] Sigurðsson, Albert (17. 01. 2017). „China’s explosive history of gunpowder and fireworks”. GB Times. Архивирано из оригинала 01. 12. 2017. г. Приступљено 12. 01. 2018.

[4] Pomeranz, Ken; Wong, Bin. „China and Europe, 1500–2000 and Beyond: What is Modern?” (PDF). 2004: Columbia University Press. Архивирано из оригинала (PDF) 13. 12. 2016. г. Приступљено 12. 01. 2018.

[FOOTNOTEKerr2013544-5] Kerr 2013, стр. 544.

[FOOTNOTEBack201155-6] Back 2011, стр. 55.

[ankony1-7] Ankony, Robert C., Lurps: A Ranger's Diary of Tet, Khe Sanh, A Shau, and Quang Tri, revised ed., Rowman & Littlefield Publishing Group, Lanham, MD (2009). стр. 73.

[8] CDP Formulations, Patent 2710026 Summary

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]