Взрывчатые вещества
Взры́вчатое вещество́ (разг. взрывчатка, сокращается как ВВ) — конденсированное
В зависимости от химического состава и внешних условий взрывчатые вещества могут превращаться в продукты реакции в режимах медленного (дефлаграционного) горения, быстрого (взрывного) горения или детонации. Поэтому традиционно к взрывчатым веществам также относят соединения и смеси, которые не детонируют, а горят с определённой скоростью (метательные пороха, пиротехнические составы)[4][7]. Взрывчатые вещества относятся к энергетическим конденсированным системам[8]. Горючие газы, пары легковоспламеняющихся жидкостей, взвешенные горючие аэрозоли могут вызывать взрывы. Однако разрушительное действие таких взрывоопасных смесей является слабым по сравнению с взрывчатыми веществами из-за того, что одна из составных частей (воздух) до взрыва занимает большой объем и давление взрыва получается небольшим[9].
Физическая природа взрывного превращения
Суммарное количество энергии, которая высвобождается при взрыве, относительно невелико и обычно в пять или шесть раз меньше теплотворной способности нефтепродуктов аналогичной массы[2][7]. Тем не менее, несмотря на скромную энергетическую отдачу, огромная скорость реакции, которая по закону Аррениуса является следствием большой температуры, обеспечивает достижение высоких значений мощности[7].
Высвобождение большого количества газообразных продуктов сгорания считается другим признаком химической реакции в виде взрыва[7]. При этом, стремительная трансформация взрывчатого вещества в высокотемпературные газы сопровождается скачкообразным изменением давления (до 10—30 ГПа), которое носит название ударной волны[7]. Распространение этой волны способствует передаче энергии от одного слоя взрывчатки к другому и сопровождается возбуждением в новых слоях аналогичной химической реакции. Этот процесс получил название детонации, а инициирующая его ударная волна стала называться детонационной волной[7].
Существует ряд веществ, способных к нехимическому взрыву (например, ядерные и термоядерные материалы, антивещество). Также существуют методы воздействия на различные вещества, приводящие к взрыву (например, лазером или электрической дугой). Обычно такие вещества не называют «взрывчатыми».
Историческая справка
Человек разрабатывал и изучал взрывчатые вещества вкупе с возможностями их применения на практике в течение довольно длительного периода времени. Исторически первым прообразом современных взрывчатых веществ можно считать т. н. «
Что касается стран Европы, то порох начал упоминаться в исторических документах с XIII века
Имеются также сведения[
В течение нескольких веков традиционный дымный порох оставался не только единственной разновидностью пороха, но и вообще единственным взрывчатым веществом, известным человеку, хотя на протяжении этого периода времени предпринимались определённые попытки по его совершенствованию. В России, к примеру, соответствующие исследования проводил
Следующий этап в развитии взрывчатых веществ связан с концом XVIII века, когда было открыто «
Среди промышленных взрывчатых веществ изначально широкое распространение по патентам А. Нобеля получили гурдинамиты, затем пластичные динамиты и порошкообразные нитроглицериновые смесевые взрывчатые составы[5]. Стоит подчеркнуть, что первые патенты на некоторые рецепты аммиачно-селитренных взрывчатых веществ были получены ещё И. Норбином и И. Ольсеном (Швеция) в 1867 году, однако их практическое использование для снаряжения боеприпасов и для промышленных целей выпало на годы Первой мировой войны[5]. Так как этот вид взрывчатки проявил себя гораздо более безопасным и экономичным, чем традиционный динамит, то начиная с 30-х годов XX века масштабы его использования в промышленных приложениях существенно выросли[5]. После Великой Отечественной войны на территории Советского Союза аммиачно-селитренные подрывные составы (поначалу — в виде тонкодисперсных аммонитов) стали доминирующим видом промышленных взрывчатых веществ[5]. За рубежом процесс массового переоснащения промышленности с динамитов на аммиачно-селитренные взрывчатые вещества начался примерно в 50-х годах XX века[5].
Начиная с 70-х годов XX века основной разновидностью промышленной взрывчатки становятся простейшие составы гранулированных и водосодержащих аммиачно-селитренных рецептур, не содержащие в себе нитросоединений или других индивидуальных взрывчатых веществ. Кроме них также используются смеси с нитросоединениями[5]. Некоторое практическое значение сохранили тонкодисперсные аммиачно-селитренные взрывчатые составы, прежде всего — для снаряжения патронов-боевиков и для проведения некоторых специфических видов взрывных работ[5]. Индивидуальные взрывчатые вещества, в основном — тротил, продолжают применяться для изготовления шашек. Помимо этого их используют для длительного заряжания обводнённых скважин в чистом виде (гранулотол) и составе разнообразных высоководоустойчивых смесей (гранулированных и суспензионных)[5]. Для выполнения прострелочных работ в глубоких нефтяных скважинах до сих пор продолжает применяться октоген и гексоген[5].
Терминология
Сложность и разнообразие химии и технологии взрывчатых веществ, политические и военные противоречия в мире, стремление к засекречиванию любой информации в этой области привели к неустойчивым и разнообразным формулировкам терминов.
Действующая редакция 2011 года принятой ООН Согласованной на глобальном уровне системы классификации и маркировки химических веществ (СГС) даёт следующие определения[12]:
2.1.1.1 Взрывчатое вещество (или смесь) — твердое или жидкое вещество (или смесь веществ), которое само по себе способно к химической реакции с выделением газов при такой температуре и таком давлении и с такой скоростью, что это вызывает повреждение окружающих предметов. Пиротехнические вещества включаются в эту категорию даже в том случае, если они не выделяют газов.
Пиротехническое вещество (или смесь) — вещество или смесь веществ, которые предназначены для производства эффекта в виде тепла, огня, звука или дыма или их комбинации в результате самоподдерживающихся экзотермических химических реакций, протекающих без детонации.
Под взрывчатыми веществами понимаются как индивидуальные взрывчатые вещества, так и взрывчатые составы, содержащие одно или несколько индивидуальных взрывчатых веществ, флегматизаторы, металлические добавки и другие компоненты. Взрывчатое превращение взрывчатых веществ характеризуется следующими условиями:
- высокая скорость химического превращения;
- выделение тепла (экзотермичность процесса);
- образование газов или паров в продуктах взрыва;
- способность реакции к самораспространению.
В России в рамках стандартизации в области техногенных чрезвычайных ситуаций к взрывоопасным относят вещества, взрывающиеся при воздействии пламени или проявляющие чувствительность к сотрясениям или трениям большую, чем динитробензол[13].
Общая характеристика
Любое взрывчатое вещество обладает следующими характеристиками:
- способность к экзотермическим химическим превращениям
- способность к самораспространяющемуся химическому превращению
Важнейшими характеристиками взрывчатых веществ являются[3]:
- скорость взрывчатого превращения (скорость детонации или скорость горения),
- давление детонации,
- теплота (удельная теплота) взрыва,
- состав и объём газовых продуктов взрывчатого превращения,
- максимальная температура продуктов взрыва (температура взрыва),
- чувствительность к внешним воздействиям[14],
- критический диаметрдетонации,
- критическая плотность детонации.
При детонации разложение взрывчатых веществ происходит настолько быстро (за время от 10−6 до 10−2 с), что газообразные продукты разложения с температурой в несколько тысяч градусов оказываются сжатыми в объёме, близком к начальному объёму заряда. Резко расширяясь, они являются основным первичным фактором разрушительного действия взрыва.
Различают два основных вида действия взрывчатых веществ: бризантное (местного действия) и фугасное (общего действия).
Существенное значение при хранении взрывчатых веществ и обращении с ними имеет их стабильность.
В прикладных сферах широко используется не более двух-трёх десятков взрывчатых веществ и их смесей[4]. Основные характеристики наиболее распространённых из них сведены в следующую таблицу (данные приведены при плотности заряда 1600 кг/м3)[4]:
| Взрывчатое вещество | Кислородный баланс, % |
Теплота взрыва, МДж/кг |
Объём продуктов взрыва, м3/кг |
Скорость детонации, км/с |
|---|---|---|---|---|
Тротил |
-74,0 | 4,2 | 0,75 | 7,0 |
| Тетрил | -47,4 | 4,6 | 0,74 | 7,6 |
| Гексоген | -21,6 | 5,4 | 0,89 | 8,1 |
| Тэн | -10,1 | 5,9 | 0,79 | 7,8 |
| Нитроглицерин | +3,5 | 6,3 | 0,69 | 7,7 |
| Аммонит № 6[15] | 0 | 4,2 | 0,89 | 5,0[16] |
| Нитрат аммония | +20,0 | 1,6 | 0,98 | ≈1,5[16] |
| Азид свинца | неприменимо | 1,7 | 0,23 | 5,3[17] |
| Баллиститный порох[18] | -45 | 3,56 | 0,97 | 7,0 |
Применение
_41.jpg)
Ежегодно в мире производится несколько миллионов тонн взрывчатых веществ
Военное применение
В военном деле взрывчатые вещества используются в качестве метательных зарядов для различного рода оружия и предназначаются для придания снаряду (пуле) определённой начальной скорости.
Их также применяют для снаряжения боевых частей ракет различных классов, снарядов реактивной и ствольной артиллерии, артиллерийских и инженерных мин, авиационных бомб, торпед, глубинных бомб, ручных гранат и т. д.
Промышленное применение
Взрывчатые вещества широко используются в промышленности для производства различных
Существуют произведения монументального искусства, изготовленные с помощью взрывчатых веществ (
В
Научное применение
В научно-исследовательской сфере взрывчатые вещества широко используются как простое средство достижения в экспериментах значительных температур, сверхвысоких давлений и больших скоростей[4].
Классификация взрывчатых веществ
По составу
По своему химическому составу всё многообразие взрывчатых веществ разделяется на взрывчатые химические соединения и взрывчатые смеси[3]:
- Индивидуальные химические соединения, большинство которых представляет собой кислородосодержащие вещества, обладающие свойством полностью или частично окисляться внутри молекулы без доступа воздуха. Существуют соединения, не содержащие кислород, но обладающие свойством взрываться (разлагаться) (азиды, ацетилениды, диазосоединения и др.). Они, как правило, обладают неустойчивой молекулярной структурой, повышенной чувствительностью к внешним воздействиям (трению, удару, нагреву, огню, искре, переходу между фазовыми состояниями, другим химическим веществам) и относятся к веществам с повышенной взрывоопасностью[3].
- Взрывчатые смеси-композиты, которые состоят из двух и более химически не связанных между собой веществ и могут быть жидкими, твёрдыми и газообразнымигорючих, окислителейи регулирующих добавок). Регулирующие добавки применяют:
- для снижения чувствительности взрывчатых веществ к внешним воздействиям. Для этого добавляют различные вещества — флегматизаторы (парафин, церезин, воск, дифениламин и др)
- для увеличения теплоты взрыва. Добавляют металлические порошки, например, алюминий, магний, цирконий, бериллий и прочие восстановители
- для повышения стабильности при хранении и применении
- для обеспечения необходимого физического состояния. Например, для повышения вязкости суспензионных взрывчатых веществ применяют натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ)
- для обеспечения функций контроля над применением взрывчатых веществ. В состав взрывчатых веществ могут вводиться специальные вещества-маркеры, по наличию которых в продуктах взрыва устанавливается происхождение взрывчатых веществ
По физическому состоянию
- газообразные
- жидкие. При нормальных условиях таким взрывчатым веществом является, например, индивидуальные вещества нитроглицерин, этиленгликольдинитрат (нитрогликоль), этилнитрат и другие. Существует много разработок жидких смесевых взрывчатых веществ (наиболее известны взрывчатые вещества Шпренгеля, панкластит и др.)
- гелеобразные. При растворении нитроцеллюлозы в нитроглицерине образуется гелеобразная масса, получившая название «гремучий студень».
- карбатол). Существует огромное число суспензионных взрывчатых составов, в которых либо окислители, либо горючие представляют собой жидкую среду. Применяются для заливки шпуров, но большинство таких составов со временем утратили техническую и экономическую целесообразность применения.
- эмульсионные
- твердые. В военном деле применяются преимущественно твёрдые (конденсированные) взрывчатые вещества. Твердые взрывчатые вещества могут быть
- монолитными (тол)
- порошкообразными (гексоген)
- гранулированными (аммиачно-селитренные взрывчатые вещества)
- монолитными (
- пластичные
- эластичные
По взрывчатым свойствам
По своему значению и взрывчатым свойствам ВВ подразделяются на инициирующие и бризантные[3]; целый ряд авторитетных источников к этим двум добавляет также метательные взрывчатые вещества (пороха и пиросоставы)[4][7].
Инициирующие взрывчатые вещества
В военном деле и в промышленности инициирующие взрывчатые вещества применяются для снаряжения капсюлей-воспламенителей, капсюльных втулок, запальных трубок, различных электровоспламенителей, артиллерийских и подрывных капсюлей-детонаторов, электродетонаторов и др.[3] Они используются также в различных средствах пироавтоматики: пирозарядах, пиропатронах, пирозамках, пиротолкателях, пиромембранах, пиростартёрах, катапультах, разрывных болтах и гайках, пирорезаках, самоликвидаторах и др.[3]
Бризантные взрывчатые вещества
Бризантные (вторичные) — вещества с высокой бризантностью, которой соответствует большая скорость распространения взрывной волны в веществе. От инициирующих отличаются меньшей чувствительностью, а их горение при сравнительно невысокой величине давления (которое, тем не менее, должно быть выше атмосферного) вполне может привести к детонации[7].
Бризантные взрывчатые вещества менее чувствительны ко внешним воздействиям, и возбуждение взрывных превращений в них осуществляется главным образом с помощью инициирующих взрывчатых веществ. В качестве бризантных взрывчатых веществ применяются обычно различные нитросоединения (
Бризантные взрывчатые смеси часто называют по виду окислителя[3]:
- хлоратиты (окислитель — хлорат калия);
- перхлоратиты (окислитель — перхлорат калия, перхлорат аммония);
- аммониты (окислитель — нитрат аммония);
- оксиликвиты (окислитель — жидкий кислород) и др.
По методу производства зарядных элементов бризантные взрывчатые вещества нередко подразделяют на литьевые, прессовочные и шнековочные, а по обратимости деформации — пластичными и эластичными[3].
Бризантные взрывчатые вещества применяют для снаряжения боевых частей ракет различных классов, снарядов реактивной и ствольной артиллерии, артиллерийских и инженерных мин, авиационных бомб, торпед, глубинных бомб, ручных гранат и т. д.
В ядерных боеприпасах бризантные взрывчатые вещества используются в зарядах, предназначенных для перевода ядерного горючего в надкритическое состояние.
В различных вспомогательных системах ракетно-космической техники бризантные взрывчатые вещества применяют в качестве основных зарядов для разделения конструкционных элементов ракет и космических аппаратов, отсечки тяги, аварийного выключения и подрыва двигателей, выброса и отсечки парашютов, аварийного вскрытия люков и др.
В авиационных системах пироавтоматики бризантные взрывчатые вещества используются для аварийного отделения кабин, взрывного отброса винтов вертолётов и т. д.
Значительное количество бризантных взрывчатых веществ расходуется в горном деле (вскрышные работы, добыча полезных ископаемых), в строительстве (подготовка котлованов, разрушение скальных пород, разрушение ликвидируемых строительных конструкций), в промышленности (сварка взрывом, импульсная обработка металлов и др.).
Метательные и пиротехнические составы
По действующим в
Метательные взрывчатые вещества (пороха и ракетные топлива) служат источниками энергии для придания необходимой кинетики разнообразным метательным снарядам (артиллерийским минам, пулям и т. п.) в ствольных и реактивных ракетно-артиллерийских системах[7]. Их отличительная особенность — способность к взрывчатому превращению в форме быстрого устойчивого сгорания, которое не переходит в детонацию в диапазоне давлений вплоть до нескольких ГПа[7]. Однако, они сохраняют свойство поддаться детонации от детонационного импульса[7].
Пороха делятся на дымные и бездымные. Представителями первой группы могут служить черные пороха, представляющие собой смесь селитры, серы и угля, например артиллерийский и ружейный пороха, состоящие из 75 % калиевой селитры, 10 % серы и 15 % угля. Температура вспышки дымных порохов равна 290—310 °С. Ко второй группе относятся пироксилиновые, нитроглицериновые, дигликолевые и другие пороха. Температура вспышки бездымных порохов равна 180—210 °С.
Пиротехнические составы (зажигательные, осветительные, сигнальные и трассирующие), применяемые для снаряжения специальных боеприпасов, представляют собой механические смеси из окислителей и горючих веществ. При обычных условиях применения они, сгорая, дают соответствующий пиротехнический эффект (зажигательный, осветительный и т. д.). Многие из этих составов обладают также и взрывчатыми свойствами и при определённых условиях могут детонировать.
Пиротехнические составы применяются для получения пиротехнических эффектов (светового, дымового, зажигательного, звукового и т. д.). Основной вид взрывчатых превращений пиротехнических составов — горение.
По методу приготовления зарядов
- прессованные
- литые (взрывчатые сплавы)
- патронированные
По направлениям применения
- военные
- промышленные
- для горного дела (добыча полезных ископаемых, производство стройматериалов, вскрышные работы). Промышленные взрывчатые вещества для горных работ по условиям безопасного применения подразделяют на непредохранительные и предохранительные
- для строительства (плотин, каналов, котлованов, дорожных выемок и насыпей)
- для сейсморазведки
- для разрушения строительных конструкций
- для обработки материалов (сварка взрывом, упрочнение взрывом, резание взрывом)
- специального назначения (например, средства расстыковки космических аппаратов)
- антисоциального применения (терроризм, хулиганство), при этом часто используются низкокачественные вещества и смеси кустарного изготовления.
- опытно-экспериментальные.
По степени опасности
Существуют различные системы классификации взрывчатых веществ по степени опасности. Наиболее известны:
- Согласованная на глобальном уровне система классификации опасности и маркировки химической продукции (СГС), принятая ООН в 2003 году (действует первая пересмотренная редакция 2005 года);
- Классификация по степени опасности в горных работах;
См. также
Примечания
- ↑ Согласованная на глобальном уровне система классификации и маркировки химических веществ. Приложение 1. Установление элементов маркировки. Дата обращения: 1 марта 2013. Архивировано 23 марта 2013 года.
- ↑ 1 2 Краткая химическая энциклопедия, 1961.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Военная энциклопедия, 1994.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 Взрывчатые вещества // Большая советская энциклопедия / А. М. Прохоров. — 3-е издание. — Москва: Большая советская энциклопедия, 1971. — Т. 05. — С. [16] (стб. 35—40). — 640 с.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Взрывчатые вещества // Горная энциклопедия / Гл. ред. Е. А. Козловский. — Советская энциклопедия, 1984. — Т. 1. — С. 378. — 560 с.
- ↑ ТР ТС 028/2012 О безопасности взрывчатых веществ и изделий на их основе. Статья 2. Определения
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Взрывчатые вещества // Энергетические конденсированные системы. Краткий энциклопедический словарь / Под ред. Б. П. Жукова. — 2-е изд., испр.. — Москва: Янус-К, 2000. — С. 80. — 596 с. — ISBN 5-8037-0031-2.
- ↑ 1 2 Взрывчатые вещества // Большая российская энциклопедия. — 2005. — Т. 5. — С. 246—247. — ISBN 5-85270-334-6.
- ↑ Андреев, 1956, с. 58.
- ↑ Взрывное превращение // Горная энциклопедия / Гл. ред. Е. А. Козловский. — Советская энциклопедия, 1984. — Т. 1. — С. 374. — 560 с.
- ↑ Беляков А. А., Матюшенков А. Н. 2: Боеприпасы // Оружиеведение. — Челябинск: Челябинский юридический институт МВД России, 2004. — 200 с.
- ↑ Согласованная на глобальном уровне система классификации и маркировки химических веществ. Часть 2. Физические опасности. Дата обращения: 7 марта 2013. Архивировано 7 апреля 2013 года.
- ↑ ГОСТ 22.0.05-97 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Техногенные чрезвычайные ситуации. Термины и определения п. 3.3.12
- йодистый азот, взрываются от прикосновения соломинки, от небольшого нагревания, от световой вспышки.
- ↑ 79 % нитрата аммония, 21 % тротила
- ↑ 1 2 Плотность заряда 1000 кг/м3
- ↑ Плотность заряда 4100 кг/м3
- ↑ 28 % нитроглицерина, 57 % нитроцеллюлозы (коллоксилина), 11 % динитротолуола, 3 % централита, 1 % вазелина
Дополнительная литература
- Андреев К. К. Взрыв и взрывчатые вещества. — М.: Военное издательство Министерства Обороны Союза ССР, 1956.
- Андреев К. К., Беляев А. Ф. Теория взрывчатых веществ. — М., 1960.
- Андреев К. К. Термическое разложение и горение взрывчатых веществ. — 2-е изд. — М., 1966.
- Беляев А. Ф. Горение, детонация и работа взрыва конденсированных систем. — М.: Наука, 1968.
- Косточко А. В., Казбан Б. М. Пороха, ракетные твёрдые топлива и их свойства. Учебное пособие. — М.: ИНФРА-М, 2014. — 400 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-16-005297-7.
- Орлова Е. Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. — 3-е изд. — Л., 1981.
- Поздняков З. Г., Росси Б. Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания. — М.: Недра, 1977. — 253 с.
- 1. Взрывчатые вещества для снаряжения инженерных боеприпасов // Инженерные боеприпасы. Руководство по материальной части и применению. Книга 1. — М.: Воениздат, 1976. — С. 6.
- Взрывчатые вещества // Краткая химическая энциклопедия / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1961. — Т. 1. — Стб. 559—564. — 631 с.
- Взрывчатые вещества // Советская военная энциклопедия. — М.: Воениздат, 1979. — Т. 2. — С. 130.
- Взрывчатые вещества // Военная энциклопедия / Гл. ред. П. С. Грачёв. — М.: Воениздат, 1994. — Т. 2. — С. 89—90. — 554 с. — ISBN 5-203-00299-1.
- Fedoroff, Basil T. et al Enciclopedia of Explosives and Related Items, vol.1—7. — Dover, New Jersey: Picatinny Arsenal, 1960—1975.
Ссылки
- Менделеев Д. И., Чельцов И. М., Яновский А. Е. Взрывчатые вещества // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
 | |
|---|---|
| В библиографических каталогах |
