Itse asiassa paholainen istuu räjähteissä, joka hetki valmis alkamaan tuhota ja rikkoa kaiken ympärillä. Tämän helvetin olennon pitäminen kurissa ja sen vapauttaminen vain tarvittaessa on pääongelma, jonka kemistien ja pyroteknikoiden on ratkaistava räjähteitä luodessaan ja käytettäessä. Räjähteiden (räjähteiden) luomisen ja kehityksen historiassa, kuten vesipisarassa, näytetään valtioiden ja imperiumien syntymisen, kehityksen ja tuhoutumisen historia.
Valmistellessaan oppituntien pääpiirteitä kirjoittaja huomasi toistuvasti, että maat, joiden hallitsijat kiinnittivät valppaasti huomiota tieteiden kehitykseen ja ennen kaikkea matemaatikkojen luonnolliseen kolminaisuuteen - fysiikkaan - kemiaan - saavuttivat kehityksessään korkeudet. Loistava esimerkki voi olla Saksan nopea nousu maailmannäyttämölle, joka teki puolen vuosisadan aikana harppauksen eri valtioiden liitosta, joista jotkut jopa yksityiskohtaisella Euroopan kartalla olivat vaikeita nähdä ilman "pientä ulottuvuutta", valtakuntaan, joka oli otettava huomioon puolitoista vuosisataa. Vähentämättä suuren Bismarckin ansioita tässä prosessissa, lainaan hänen lausettaan, jonka hän sanoi Ranskan ja Preussin sodan voiton jälkeen: "Tämän sodan voitti yksinkertainen saksalainen opettaja." Kirjoittaja haluaa omistaa katsauksensa armeijan ja valtion taistelukyvyn lisäämisen kemialliseen näkökohtaan, kuten aina, väittämättä lainkaan olevansa hänen mielipiteensä ulkopuolella.
Artikkelin julkaisemisen yhteydessä kirjoittaja, kuten Jules Verne, välttää tarkoituksellisesti tiettyjen teknisten yksityiskohtien määrittämistä ja keskittyy huomionsa puhtaasti teollisiin räjähteiden hankkimismenetelmiin. Tämä johtuu paitsi tiedemiehen täysin ymmärrettävästä vastuuntunnosta teostensa tuloksista (oli se sitten käytännön tai journalistista), mutta myös siitä, että tutkimuksen aiheena on kysymys”Miksi kaikki oli näin ja ei muuten? "Eikä" Kuka sai sen ensimmäisenä? aine ".
Lisäksi kirjoittaja pyytää lukijoilta anteeksi kemiallisten termien pakotettua käyttöä - tieteen ominaisuuksia (kuten hänen oma pedagoginen kokemuksensa osoittaa, ei koululaisten rakastetuin). Ymmärtäessään, että on mahdotonta kirjoittaa kemikaaleista mainitsematta kemiallisia termejä, kirjoittaja yrittää minimoida erityistä sanastoa.
Ja viimeinen asia. Kirjoittajan antamia lukuja ei missään tapauksessa pidä pitää lopullisena totuutena. Tiedot räjähteiden ominaisuuksista eri lähteissä vaihtelevat ja joskus melko voimakkaasti. Tämä on ymmärrettävää: ampumatarvikkeiden ominaisuudet riippuvat suuresti niiden "myyntikelpoisesta" tyypistä, vieraiden aineiden läsnäolosta / puuttumisesta, stabilointiaineiden käyttöönotosta, synteesimoodeista ja monista muista tekijöistä. Menetelmiä räjähteiden ominaisuuksien määrittämiseksi ei myöskään eroteta yhtenäisyydestä (vaikka standardointia tullaan lisäämään), eivätkä ne myöskään kärsi erityisestä toistettavuudesta.
BB -luokitus
Räjähdystyypistä ja ulkoisille vaikutuksille herkkyydestä riippuen kaikki räjähteet on jaettu kolmeen pääryhmään:
1. BB: n aloittaminen.
2. Räjähdysaineet.
3. Räjähteiden heittäminen.
BB: n aloittaminen. He ovat erittäin herkkiä ulkoisille vaikutuksille. Muut ominaisuudet ovat yleensä heikkoja. Mutta niillä on arvokas ominaisuus - niiden räjähdyksellä (räjähdyksellä) on räjähdysvaikutus räjähteisiin ja työntövoimiin, jotka eivät yleensä ole herkkiä muille ulkoisille vaikutuksille lainkaan tai joilla on erittäin alhainen herkkyys. Siksi käynnistysaineita käytetään vain herättämään räjähdys- tai liikkuva räjähdysaine. Syttyvien räjähteiden käytön turvallisuuden varmistamiseksi ne on pakattu suojalaitteisiin (kapseli, kapselin holkki, sytytinkorkki, sähköinen sytytin, sulake). Tyypillisiä aloittavien räjähteiden edustajia: elohopeafulmaatti, lyijyatsidi, tenres (TNPC).
Räjähdysaineet. Tätä he itse asiassa sanovat ja kirjoittavat. Ne varustavat kuoret, miinat, pommit, raketit, maamiinat; he räjäyttävät siltoja, autoja, liikemiehiä …
Räjähdysaineet on jaettu kolmeen ryhmään räjähdysominaisuuksiensa mukaan:
- lisääntynyt teho (edustajat: RDX, HMX, PETN, Tetril);
- normaali teho (edustajat: TNT, meliniitti, muovi);
- pienempi teho (edustajat: ammoniumnitraatti ja sen seokset).
Suuremman tehon räjähteet ovat jonkin verran herkempiä ulkoisille vaikutuksille, ja siksi niitä käytetään useammin seoksessa, jossa on flegmatisaattoreita (aineita, jotka vähentävät räjähteiden herkkyyttä), tai seoksessa normaalitehoisten räjähteiden kanssa jälkimmäisten tehon lisäämiseksi. Joskus suuritehoisia räjähteitä käytetään väliräjähteinä.
Räjähteiden heittäminen. Nämä ovat erilaisia ruutia - musta savuinen, savuton pyroksiliini ja nitroglyseriini. Niitä ovat myös erilaiset pyrotekniset seokset ilotulitteisiin, signaali- ja valaistussoihtumiin, valaistuskuoret, miinat ja ilmapommit.
Tietoja mustasta jauheesta ja Black Bertholdista
Useiden vuosisatojen ajan ainoa ihmisten käyttämä räjähdystyyppi oli musta jauhe. Sen avulla viholliselle heitettiin tykinkuulia ja täytettiin räjähtävät kuoret. Ruutia käytettiin maanalaisissa kaivoksissa linnoitusten muurien tuhoamiseen, kivien murskaamiseen.
Euroopassa se tuli tunnetuksi 1200 -luvulta lähtien ja vielä aikaisemmin Kiinassa, Intiassa ja Bysantissa. Kiinalainen tiedemies Sun-Simyao kuvasi ensimmäisen tallennetun ilotulitteiden ruuti-kuvauksen vuonna 682. Kreikkalainen Maximilian (XIII-XIV vuosisatat) kirjoituksessa "Valojen kirja" kuvasi kaliumnitraattiin perustuvaa seosta, jota Bysantissa käytettiin kuuluisa "kreikkalainen tuli" ja koostuu 60% nitraatista, 20% rikkiä ja 20% hiiltä.
Ruuti -löydön eurooppalainen historia alkaa englantilaisesta, fransiskaanimunkista Roger Baconista, joka vuonna 1242 antaa kirjassaan "Liber de Nullitate Magiae" reseptin mustalle jauheelle raketteja ja ilotulitteita varten (40% suolapetteriä, 30% hiiltä ja 30%) % rikkiä) ja puolimyttinen munkki Berthold Schwartz (1351). On kuitenkin mahdollista, että tämä oli yksi henkilö: salanimien käyttö keskiajalla oli melko yleistä, samoin kuin myöhempi sekaannus lähteiden ajoituksen kanssa.
Koostumuksen yksinkertaisuus, kahden kolmen komponentin saatavuus (luontainen rikki ei edelleenkään ole harvinaista Italian eteläisillä alueilla ja Sisiliassa), valmistuksen helppous - kaikki tämä takaa ruudille voitonmarssin Euroopan maiden ja Aasia. Ainoa ongelma oli saada suuria määriä kaliumnitraattia, mutta tämä tehtävä selvisi onnistuneesti. Koska ainoa tunnettu kaliumnitraattiesiintymä oli tuolloin Intiassa (tästä syystä sen toinen nimi - intialainen), paikallinen tuotanto perustettiin lähes kaikkiin maihin. Oli mahdotonta kutsua häntä miellyttäväksi, vaikka olisikin paljon optimismia: hänen raaka -aineensa olivat lanta, eläinten sisäosat, virtsa ja karvat. Vähiten epämiellyttävät ainesosat tässä pahanhajuisessa ja erittäin likaisessa seoksessa olivat kalkki ja kalium. Kaikki tämä vauraus kaatui useita kuukausia kaivoihin, joissa se kävi atsotobakteerien vaikutuksesta. Vapautunut ammoniakki hapetettiin nitraateiksi, mikä lopulta antoi himoitun nitraatin, joka eristettiin ja puhdistettiin uudelleenkiteyttämällä - myös ammatti, sanon, ei miellyttävin. Kuten näette, prosessissa ei ole mitään erityisen monimutkaista, raaka -aineet ovat varsin edullisia ja myös ruudin saatavuus yleistyi pian.
Musta (tai savuinen) ruuti oli tuolloin universaali räjähde. Ei heiluvaa eikä rullaa, sitä käytettiin monien vuosien ajan sekä ammuksena että täyttönä ensimmäisille pommeille - nykyaikaisten ammusten prototyypeille. 1800 -luvun ensimmäisen kolmanneksen loppuun asti ruuti vastasi täysin kehityksen tarpeita. Mutta tiede ja teollisuus eivät pysyneet paikallaan, ja pian se lakkasi täyttämästä ajan vaatimuksia pienen kapasiteettinsa vuoksi. Ruuti -monopolin loppu voidaan katsoa 1600 -luvun 70 -luvulle, jolloin A. Lavoisier ja C. Berthollet organisoivat Bertholletin (berthollet -suola) löytämän kaliumkloraatin perusteella valmistetun berthollet -suolan valmistuksen.
Bertholletin suolan historia voidaan jäljittää siihen hetkeen, kun Claude Berthollet tutki Carl Scheelen äskettäin löytämän kloorin ominaisuuksia. Johtamalla klooria kuuman väkevän kaliumhydroksidiliuoksen läpi, Berthollet sai uuden aineen, jota kemistit kutsuivat myöhemmin kaliumkloraatiksi, eivät kemikaalit - Berthollet -suolaa. Se tapahtui vuonna 1786. Ja vaikka paholaisen suolasta ei koskaan tullut uutta räjähdysainetta, se täytti tehtävänsä: ensinnäkin se kannusti etsimään uusia korvikkeita rappeutuneelle”sodan jumalalle”, ja toiseksi siitä tuli uuden tyyppisten räjähteiden perustaja - aloittajia.
Räjähtävä öljy
Vuonna 1846 kemistit ehdottivat kahta uutta räjähdysainetta - pyroksyliiniä ja nitroglyseriiniä. Torinossa italialainen kemisti Ascagno Sobrero havaitsi, että se riitti käsittelemään glyseriini typpihapolla (nitraus) öljyisen läpinäkyvän nesteen - nitroglyseriinin - muodostamiseksi. Ensimmäinen painettu raportti hänestä julkaistiin L'Institut -lehdessä (XV, 53) 15. helmikuuta 1847, ja se ansaitsee lainauksen. Ensimmäinen osa sanoo:
”Ascagno Sobrero, teknisen kemian professori Torinosta, prof. Peluzom kertoo, että hän on jo pitkään saanut räjähteitä typpihapon vaikutuksesta erilaisiin orgaanisiin aineisiin, kuten ruokosokeriin, kutsumiseen, dekstriittiin, maitosokeriin jne. Sobrero tutki myös typpi- ja rikkihapposeoksen vaikutusta glyseriiniin, ja kokemus osoitti hänelle, että saadaan ainetta, joka muistuttaa helisevää puuvillaa …"
Lisäksi on olemassa kuvaus nitrauskokeesta, joka on mielenkiintoinen vain orgaanisille kemisteille (ja silloinkin vain historiallisesta näkökulmasta), mutta huomaamme vain yhden piirteen: selluloosan nitrojohdannaiset sekä niiden kyvyn räjähtää, olivat jo silloin hyvin tunnettuja [11].
Nitroglyseriini on yksi tehokkaimmista ja herkimmistä räjähdysaineista ja vaatii erityistä huolellisuutta ja huomiota käsiteltäessä.
1. Herkkyys: saattaa räjähtää luodin ampumasta. Iskuherkkyys 10 kg: n kahvakuulolla, joka pudotettiin 25 cm: n korkeudesta - 100%. Palaminen muuttuu räjähdykseksi.
2. Räjähtävän muutoksen energia - 5300 J / kg.
3. Räjähdysnopeus: 6500 m / s.
4. Brisance: 15-18 mm.
5. Räjähtävyys: 360-400 kuutiometriä. katso [6].
Kuuluisa venäläinen kemisti N. N. Zinin osoitti nitroglyseriinin käytön mahdollisuuden, joka vuosina 1853-1855 Krimin sodan aikana tuotti yhdessä sotilasinsinööri V. F. Petrushevskin kanssa suuren määrän nitroglyseriiniä.
Kazanin yliopiston professori N. N. Zinin
Sotilasinsinööri V. F. Petrushevsky
Mutta nitroglyseriinissä elävä paholainen osoittautui ilkeäksi ja kapinalliseksi. Kävi ilmi, että tämän aineen herkkyys ulkoisille vaikutuksille on vain hieman huonompi kuin räjähtävän elohopean. Se voi räjähtää jo nitraushetkellä, sitä ei voi ravistaa, lämmittää ja jäähdyttää tai altistaa auringolle. Se voi räjähtää varastoinnin aikana. Ja jos sytytät tulipalon tulitikulla, se voi palaa melko rauhallisesti …
Silti voimakkaiden räjähteiden tarve 1800 -luvun puoliväliin mennessä oli jo niin suuri, että lukuisista onnettomuuksista huolimatta nitroglyseriiniä alkoi käyttää laajalti räjäytystöissä.
Monet yrittivät hillitä pahaa paholaista, mutta kesyttäjän kunnia meni Alfred Nobelille. Tämän polun ylä- ja alamäet sekä tämän aineen myynnistä saatujen tulojen kohtalo ovat laajalti tiedossa, ja kirjoittaja pitää tarpeettomana mennä niiden yksityiskohtiin.
"Puristetaan" inertin täyteaineen huokosiin (ja kokeiltiin useita kymmeniä aineita, joista paras oli infusorinen maa - huokoinen silikaatti, jonka tilavuudesta 90% putoaa huokosiin, jotka voivat ahneesti imeä nitroglyseriiniä), nitroglyseriini muuttui paljon "mukautuvammaksi" pitäen hänen kanssaan lähes kaiken tuhoisan voimansa. Kuten tiedätte, Nobel antoi tälle seokselle, joka näyttää turpeelta, nimen "dynamiitti" (kreikkalaisesta sanasta "dinos" - vahvuus). Kohtalon ironia: vuosi sen jälkeen, kun Nobel sai patentin dynamiitin tuottamisesta, Petrushevsky sekoittaa täysin itsenäisesti nitroglyseriinin magnesian kanssa ja vastaanottaa räjähteitä, joita myöhemmin kutsuttiin "venäläiseksi dynamiitiksi".
Nitroglyseriini (tarkemmin sanottuna glyseriinitrinitraatti) on glyseriinin ja typpihapon täydellinen esteri. Se saadaan yleensä käsittelemällä glyseriiniä rikki -typpihapposeoksella (kemiallisella kielellä - esteröintireaktio):
Nitroglyseriinin räjähdyksen mukana vapautuu suuri määrä kaasumaisia tuotteita:
4 C3H5 (NO2) 3 = 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Esteröinti etenee peräkkäin kolmessa vaiheessa: ensimmäisessä saadaan glyserolimononitraattia, toisessa glyserolidinitraattia ja kolmannessa glyserolitrinitraattia. Täydellisempää nitroglyseriinisaantoa varten otetaan 20% ylimäärä typpihappoa yli teoreettisesti vaaditun määrän.
Nitraus suoritettiin posliini -astioissa tai juotetuissa lyijysäiliöissä jäävesikylvyssä. Yhdessä erässä saatiin noin 700 g nitroglyseriiniä, ja tunnin aikana tällaiset toimenpiteet suoritettiin 3-4.
Kasvavat tarpeet ovat kuitenkin tehneet omia muutoksia nitroglyseriinin tuotantotekniikkaan. Ajan myötä (vuonna 1882) kehitettiin tekniikka räjähteiden valmistamiseksi nitraattoreissa. Tässä tapauksessa prosessi jaettiin kahteen vaiheeseen: ensimmäisessä vaiheessa glyseriini sekoitettiin puoleen rikkihapon määrästä, ja siten suurin osa vapautuneesta lämmöstä hyödynnettiin, minkä jälkeen valmis typpi- ja rikkihappojen seos syötettiin samaan astiaan. Siten oli mahdollista välttää pääongelma: reaktioseoksen liiallinen ylikuumeneminen. Sekoitus suoritetaan paineilmalla 4 atm paineessa. Prosessin tuottavuus on 100 kg glyseriiniä 20 minuutissa 10 - 12 asteen lämpötilassa.
Nitroglyseriinin (1, 6) ja jätehapon (1, 7) eri ominaispainon vuoksi se kerää ylhäältä terävän rajapinnan. Nitrauksen jälkeen nitroglyseriini pestään vedellä, pestään sitten happojäännöksistä soodalla ja pestään uudelleen vedellä. Sekoitus prosessin kaikissa vaiheissa suoritetaan paineilmalla. Kuivaus suoritetaan suodattamalla kalsinoidun ruokasuolakerroksen läpi [9].
Kuten näette, reaktio on varsin yksinkertainen (muistakaa terroriaalto 1800 -luvun lopussa, jonka nostivat”pommikoneet”, jotka hallitsivat yksinkertaisen soveltavan kemian tieteen) ja se kuuluu”yksinkertaisten kemiallisten prosessien” joukkoon (Stetbacher). Lähes mikä tahansa määrä nitroglyseriiniä voidaan valmistaa yksinkertaisimmissa olosuhteissa (mustan jauheen tekeminen ei ole paljon helpompaa).
Reagenssien kulutus on seuraava: 150 ml: n nitroglyseriinin saamiseksi sinun on otettava: 116 ml glyseriiniä; 1126 ml väkevää rikkihappoa;
649 ml typpihappoa (vähintään 62% pitoisuus).
Dynamiitti sodassa
Dynamiittia käytettiin ensimmäisen kerran Ranskan ja Preussin sodassa vuosina 1870-1871: Preussin sapperit räjäyttivät ranskalaisia linnoituksia dynamiitilla. Mutta dynamiitin turvallisuus osoittautui suhteelliseksi. Armeija huomasi heti, että luodilla ammuttu se räjähtää huonommin kuin esi -isänsä, ja palaminen muuttuu tietyissä tapauksissa räjähdykseksi.
Kiusaus hankkia tehokkaita ammuksia oli kuitenkin vastustamaton. Melko vaarallisten ja monimutkaisten kokeiden avulla voitiin selvittää, että dynamiitti ei räjähdä, jos kuormat eivät kasva heti, vaan vähitellen pitäen ammuksen kiihtyvyys turvallisissa rajoissa.
Ratkaisu ongelmaan teknisellä tasolla nähtiin paineilman käytössä. Kesäkuussa 1886 luutnantti Edmund Ludwig G. Zelinsky Yhdysvaltain armeijan viidennestä tykistörykmentistä testasi ja paransi alkuperäistä amerikkalaista suunnittelua. Pneumaattinen tykki, jonka kaliiperi on 380 mm ja pituus 15 m 140 ilman paineeseen puristetun ilman avulla, voisi heittää 3,35 m pitkiä ammuksia 227 kg: sta dynamiittia 1800 mA: n ammuksen pituudella 1,83 m 51 kg: n dynamiitti ja kaikki 5 tuhatta metriä
Käyttövoima sai kaksi paineilmasylinteriä, ja ylempi liitettiin työkaluun joustavalla letkulla. Toinen sylinteri oli varanto ylemmän syöttämiseen, ja itse paine ylläpidettiin maahan haudatun höyrypumpun avulla. Dynamiittikuormitettu ammus oli muotoiltu tikan - tykistinuolin - muotoon ja sillä oli 50 kilon taistelupää.
Cambridgen herttua määräsi armeijan testaamaan yhden tällaisen järjestelmän Milford Havenissa, mutta ase käytti melkein kaikki ampumatarvikkeet ennen kuin lopulta osui kohteeseen, joka kuitenkin tuhoutui erittäin tehokkaasti. Amerikkalaiset amiraalit olivat iloisia uudesta tykistä: vuonna 1888 vapautettiin rahaa 250 dynamiittiaseen valmistamiseksi rannikkotykistölle.
Vuonna 1885 Zelinsky perusti Pneumatic Gun Companyn ottamaan käyttöön dynamiittikuorella varustetut pneumaattiset aseet armeijassa ja laivastossa. Hänen kokeensa johtivat puhumaan ilma -aseista lupaavana uutena aseena. Yhdysvaltain laivasto jopa rakensi vuonna 1888 944 tonnin Vesuvius-dynamiittiristeilijän, joka oli aseistettu kolmella näistä 381 mm: n aseista.
Kaavio "dynamiitti" risteilijä "Vesuvius"
[keskusta]
Ja tältä näyttivät hänen paikallaan olevat aseensa[/keskusta]
Mutta outo asia: muutaman vuoden kuluttua innostus antoi pettymyksen. "Espanjan ja Amerikan sodan aikana", amerikkalaiset tykimiehet sanoivat tästä, "nämä aseet eivät koskaan osuneet oikeaan paikkaan." Ja vaikka kyse ei ollut niinkään aseista vaan tykistöjen kyvystä ampua tarkasti ja aseiden jäykästä kiinnityksestä, tätä järjestelmää ei kehitetty edelleen.
Vuonna 1885 Hollanti asensi Zelinskyn ilmatykin sukellusveneelleen nro 4. Asia ei kuitenkaan tullut käytännön kokeisiin, tk. vene joutui vakavaan onnettomuuteen vesillelaskun aikana.
Vuonna 1897 Hollanti aseisti sukellusveneensä nro 8 uudella Zelinsky-tykillä. Aseistus koostui 18 tuuman (457 mm) keula-torpedoputkesta, jossa oli kolme Whitehead-torpedoa, sekä Zelinsky-peräpistoolista dynamiittikuorille (7 kierrosta (222 paunaa. 100,7 kg)). Kuitenkin liian lyhyen tynnyrin vuoksi, jota veneen koko rajoitti, tällä aseella oli lyhyt ampuma -alue. Käytännön ampumisen jälkeen keksijä purki sen vuonna 1899.
Tulevaisuudessa Hollanti tai muut suunnittelijat eivät asentaneet aseita (laitteita) heittomiinojen ja dynamiittikuorien ampumiseen sukellusveneisiinsä. Joten Zelinskyn aseet näkymättömästi, mutta jättivät nopeasti lavalta [12].
Nitroglyseriinin sisarukset
Kemiallisesta näkökulmasta glyseriini on yksinkertaisin kolmenarvoisten alkoholien luokan edustaja. Siellä on sen kaksipiimainen analogi - etyleeniglykoli. Onko ihme, että tutustuttuaan nitroglyseriiniin kemistit kiinnittivät huomionsa etyleeniglykoliin toivoen, että sitä olisi helpompi käyttää.
Mutta myös täällä räjähteiden paholainen osoitti oikukasta luonnettaan. Dinitroetyleeniglykolin (tämä räjähde ei koskaan saanut omaa nimeään) ominaisuudet osoittautuivat paljon erilaisiksi kuin nitroglyseriini:
1. Herkkyys: räjähdys, kun 2 kg: n kuorma putoaa 20 cm: n korkeudelta; herkkä kitkalle, tulelle.
2. Räjähtävän muutoksen energia - 6900 J / kg.
3. Räjähdysnopeus: 7200 m / s.
4. Brisance: 16,8 mm.
5. Korkea räjähtävyys: 620-650 kuutiometriä. cm.
Henry sai sen ensimmäisen kerran vuonna 1870. Se saadaan nitraamalla etyleeniglykolia huolellisesti samankaltaisen menetelmän mukaisesti kuin nitroglyseriinin valmistus (nitrausseos: H2S04 - 50%, HNO3 - 50%; suhde 1 - 5 suhteessa etyleeniglykoli).
Nitrausprosessi voidaan suorittaa alhaisemmassa lämpötilassa, mikä on alttius suuremmalle saannolle [7, 8].
Huolimatta siitä, että yleensä DNEG: n herkkyys osoittautui jonkin verran alhaisemmaksi kuin NG: n, sen käyttö ei lupaa merkittäviä etuja. Jos lisäämme tähän suuremman volatiliteetin kuin maakaasun ja raaka -aineiden alhaisemman saatavuuden, käy selväksi, että tämä tie ei myöskään johtanut mihinkään.
Hän ei kuitenkaan osoittautunut täysin hyödyttömäksi. Aluksi sitä käytettiin dynamiitin lisäaineena, toisen maailmansodan aikana glyseriinin puutteen vuoksi sitä käytettiin nitroglyseriinin korvikkeena savuttomissa jauheissa. Tällaisilla jauheilla oli lyhyt säilyvyysaika DNEG: n haihtuvuuden vuoksi, mutta sodan olosuhteissa tällä ei ollut suurta merkitystä: kukaan ei aio säilyttää niitä pitkään aikaan.
Christian Schönbein Esiliina
Ei tiedetä, kuinka paljon aikaa armeija olisi käyttänyt etsiessään keinoja rauhoittaa nitroglyseriiniä, jos 1800 -luvun loppuun mennessä ei olisi saapunut teollista tekniikkaa toisen nitroesterin tuottamiseksi. Lyhyesti sanottuna sen ulkonäköhistoria on seuraava [16].
Vuonna 1832 ranskalainen kemisti Henri Braconneau havaitsi, että kun tärkkelystä ja puukuituja käsiteltiin typpihapolla, muodostui epävakaa, syttyvä ja räjähtävä materiaali, jota hän kutsui ksyloidiiniksi. Totta, asia rajoittui viestiin tästä löydöstä. Kuusi vuotta myöhemmin, vuonna 1838, toinen ranskalainen kemisti Théophile-Jules Pelouse käsitteli paperia ja kartonkia samalla tavalla ja tuotti samanlaisen materiaalin, jonka hän nimesi nitramidiiniksi. Kuka olisi silloin ajatellut, mutta syy siihen, että nitramidiinia ei voitu käyttää teknisiin tarkoituksiin, oli juuri sen heikko vakaus.
Vuonna 1845 sveitsiläinen kemisti Christian Friedrich Schönbein (joka oli tuolloin tullut tunnetuksi otsonin löytämisestä) teki kokeita laboratoriossaan. Hänen vaimonsa kielsi ehdottomasti hänen tuottamasta pullojaan keittiöön, joten hän kiirehti kokeilun loppuun hänen poissa ollessaan - ja kaatoi pöydälle emäksistä seosta. Välttääkseen skandaalin hän pyyhki sveitsiläisen tarkkuuden parhaiden perinteiden mukaisesti sen pois työesiliinalla, koska seosta ei ollut liikaa. Sitten, myös sveitsiläisen säästäväisyyden perinteiden mukaan, hän pesi esiliinan vedellä ja ripusti sen liesi päälle kuivumaan. Kuinka kauan tai lyhyesti se roikkui siellä, historia on hiljaa, mutta se, että esiliina kuivui kuivaamisen jälkeen yhtäkkiä, tiedetään varmasti. Lisäksi hän ei kadonnut hiljaa, englanniksi, vaan äänekkäästi, voisi jopa sanoa lumoavan: salaman ja räjähdyksen voimakkaan taputuksen. Mutta tämä kiinnitti Schönbeinin huomion: räjähdys tapahtui ilman pienintäkään savua!
Ja vaikka Schönbein ei ollut ensimmäinen, joka löysi nitroselluloosan, hänen oli määrä tehdä johtopäätös löydön tärkeydestä. Tuolloin tykistössä käytettiin mustaa jauhetta, noki, joka likaisi aseet, että laukausten välissä ne oli puhdistettava, ja ensimmäisten laukausten jälkeen nousi sellainen savuverho, että heidän täytyi taistella melkein sokeasti. On sanomattakin selvää, että mustan savun suihkut osoittivat täydellisesti paristojen sijainnin. Ainoa asia, joka kirkasti elämää, oli tietoisuus siitä, että vihollinen oli samassa asemassa. Siksi armeija reagoi innokkaasti räjähteeseen, joka antaa paljon vähemmän savua, ja lisäksi se on myös tehokkaampi kuin musta jauhe.
Nitroselluloosa, jolla ei ollut mustan jauheen puutteita, mahdollisti savuttoman jauheen tuotannon aloittamisen. Ja tuon ajan perinteiden mukaan he päättivät käyttää sitä sekä ponneaineena että räjähteenä. Vuonna 1885, lukuisten kokeellisten töiden jälkeen, ranskalainen insinööri Paul Viel sai ja testasi useita kilogrammoja pyroksiliinihiutalejauhetta, nimeltään ruuti "B" - ensimmäinen savuton jauhe. Testit ovat osoittaneet uuden ponneaineen edut.
Ei kuitenkaan ollut helppoa aloittaa suurten nitroselluloosamäärien tuotantoa sotilaallisiin tarpeisiin. Nitroselluloosa oli liian kärsimätön odottamaan taisteluita ja tehtaat pääsivät pääsääntöisesti ilmaan kadehdittavan säännöllisesti, ikään kuin kilpailevat nitroglyseriinin tuotannon kanssa. Pyroksyliinin teollisen tuotannon tekniikan kehittämisen oli voitettava esteet, kuten mikään muu räjähde. Kesti kokonainen neljännesvuosisata useiden eri maiden tutkijoiden töiden suorittamiseen, kunnes tämä alkuperäinen kuituräjähde soveltui käytettäväksi ja kunnes löydettiin lukuisia keinoja ja menetelmiä, jotka jotenkin takaavat räjähdyksen tuotteen pitkäaikaisen varastoinnin aikana. Ilmaisu "millään tavalla" ei ole kirjallinen laite, vaan heijastus vaikeuksista, joita kemikot ja teknologit ovat kohdanneet määrittäessään vakauskriteerejä. Stabiilisuuskriteerien määrittämistä koskevista lähestymistavoista ei päätetty tiukasti, ja tämän räjähdysaineen käyttöalueen laajentuessa jatkuvasti räjähdykset paljastivat yhä enemmän salaperäisiä piirteitä tämän erikoisen monimutkaisen eetterin käyttäytymisessä. Vasta vuonna 1891 James Dewar ja Frederick Abel onnistuivat löytämään turvallisen tekniikan.
Pyroksyliinin tuotanto vaatii suuren määrän apulaitteita ja pitkän teknisen prosessin, jossa kaikki toiminnot on suoritettava yhtä huolellisesti ja perusteellisesti.
Pyroksyliinin valmistuksen alkutuotteena on selluloosa, jonka paras edustaja on puuvilla. Luonnollinen puhdas selluloosa on polymeeri, joka koostuu glukoosijäännöksistä, joka on tärkkelyksen lähisukulainen: (C6H10O5) n. Lisäksi paperitehtaiden jätteet voivat tarjota erinomaisia raaka -aineita.
Kuidun nitraus hallittiin teollisessa mittakaavassa jo 1800 -luvun 60 -luvulla, ja se suoritettiin keraamisissa ruukuissa ja kehruu edelleen sentrifugissa. Kuitenkin vuosisadan loppuun mennessä tämä primitiivinen menetelmä korvattiin amerikkalaisella tekniikalla, vaikka ensimmäisen maailmansodan aikana se elvytettiin sen alhaisten kustannusten ja yksinkertaisuuden (tarkemmin sanottuna primitivismin) vuoksi.
Puhdistettua puuvillaa ladataan nitraattoriin, lisätään nitrausseos (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, vesi - 7%) perustuen 15 kg: aan kuitua 900 kg seosta, jolloin saadaan 25 kg pyroksyliinia.
Nitraattorit on kytketty paristoihin, jotka koostuvat neljästä reaktorista ja yhdestä sentrifugista. Nitraattoreihin lisätään uuttamisaikaa vastaava aikaväli (noin 40 minuuttia), mikä takaa prosessin jatkuvuuden.
Pyroksyliini on sekoitus tuotteita, joissa on eriasteista selluloosan nitraatiota. Pyroksyliini, joka on saatu käyttämällä fosforihappoa rikkihapon sijasta, on erittäin vakaa, mutta tämä tekniikka ei juurtunut sen korkeamman hinnan ja alhaisemman tuottavuuden vuoksi.
Puristetulla pyroksyliinillä on itsesyttyvyys ja se on kostutettava. Pyroksyliinin pesemiseen ja stabilointiin käytettävä vesi ei saa sisältää emäksisiä aineita, koska alkalisen tuhoutumisen tuotteet ovat itsesyttymiskatalyyttejä. Lopullinen kuivaus vaadittuun kosteuspitoisuuteen saavutetaan huuhtelemalla absoluuttisella alkoholilla.
Mutta kostutettu nitroselluloosa ei myöskään ole vapaa ongelmista: se on altis homeen aiheuttavien mikro -organismien saastumiselle. Suojaa se vahaamalla pinta. Valmiilla tuotteella oli seuraavat ominaisuudet:
1. Pyroksyliinin herkkyys riippuu suuresti kosteudesta. Kuiva (3-5% kosteus) syttyy helposti avotulesta tai kuuman metallin kosketuksesta, poraus, kitka. Se räjähtää, kun 2 kg: n kuorma putoaa 10 cm: n korkeudelta. Kun ilmankosteus nousee, herkkyys heikkenee ja 50%: n vedellä räjähdyskyky katoaa.
2. Räjähtävän muutoksen energia - 4200 MJ / kg.
3. Räjähdysnopeus: 6300 m / s.
4. Brisance: 18 mm.
5. Korkea räjähtävyys: 240 kuutiometriä. cm.
Puutteista huolimatta kemiallisesti vakaampi pyroksyliini sopi armeijalle enemmän kuin nitroglyseriini ja dynamiitti, mutta sen herkkyyttä voidaan säätää muuttamalla sen kosteuspitoisuutta. Siksi puristettua pyroksyliiniä alettiin käyttää laajasti kaivosten ja kuorien taistelukärkien varustamiseen, mutta ajan mittaan tämä vertaansa vailla oleva tuote siirtyi aromaattisten hiilivetyjen nitrattuihin johdannaisiin. Nitroselluloosa pysyi ponneaineena, mutta räjähtävänä räjähteenä se on ikuisesti vetäytynyt menneisyyteen [9].
Haihtuva hyytelö ja nitroglyseriini -ruuti
"Musta jauhe … edustaa kaikkia parannuksia - tieteellisellä tutkimuksella sen palamisen aikana tapahtuvista näkymättömistä ilmiöistä. Savuton ruuti on uusi yhteys maiden voiman ja niiden tieteellisen kehityksen välillä. Tästä syystä, koska olen yksi Venäjän tieteen sotureista, en uskalla heikkenevissä voimissani ja vuosissani analysoida savuttoman ruudin tehtäviä …"
Lukija, joka on hieman perehtynyt kemian historiaan, on luultavasti jo arvannut, kenen sanat nämä ovat - loistava venäläinen kemisti D. I. Mendelejev.
Mendelejev omisti paljon ponnisteluja ja huomiota porrocheliyyn kemian osaamisen kenttään elämänsä viimeisinä vuosina - vuosina 1890-1897. Mutta kuten aina, aktiivista kehitysvaihetta edelsi tiedon pohdinta, kerääminen ja systematisointi.
Kaikki alkoi siitä, että väsymätön Alfred Nobel teki vuonna 1875 uuden löydön: muovisen ja joustavan nitroselluloosan kiinteän liuoksen nitroglyseriinissä. Siinä yhdistettiin menestyksekkäästi kiinteä muoto, korkea tiheys, muovaamisen helppous, keskittynyt energia ja herkkyys korkealle ilmankosteudelle. Hyytelö, joka poltettiin kokonaan hiilidioksidiksi, typpeksi ja veteen, koostui 8% dinitroselluloosasta ja 92% nitroglyseriinistä.
Toisin kuin teknikko Nobel, D. I. Mendelejev lähti puhtaasti tieteellisestä lähestymistavasta. Tutkimuksensa perusteella hän esitti täysin varman ja kemiallisesti tiukasti perustellun ajatuksen: tarvittavan aineen palamisen aikana pitäisi päästää korkeintaan kaasumaisia tuotteita painoyksikköä kohti. Kemiallisesta näkökulmasta tämä tarkoittaa sitä, että tässä yhdisteessä pitäisi olla riittävästi happea, jotta hiili muuttuisi kokonaan kaasumaiseksi oksidiksi, vety veteen, ja hapettumiskyky tuottaa energiaa koko prosessille. Yksityiskohtainen laskelma johti seuraavan koostumuksen kaavaan: C30H38 (NO2) 12O25. Poltettaessa sinun pitäisi saada seuraavat:
C30H38 (NO2) 12O25 = 30 CO + 19 H2O + 6 N2
Tällaisen koostumuksen aineen kohdennetun synteesireaktion suorittaminen ei ole edes nykyisessä vaiheessa helppoa, joten käytännössä käytettiin 7-10% nitroselluloosan ja 90-93% nitroglyseriinin seosta. Typpipitoisuuden prosenttiosuus on noin 13,7%, mikä ylittää hieman pyrocollodia -luvun (12,4%). Toiminta ei ole erityisen vaikeaa, ei vaadi monimutkaisten laitteiden käyttöä (se suoritetaan nestefaasissa) ja etenee normaaleissa olosuhteissa.
Vuonna 1888 Nobel sai patentin nitroglyseriinistä ja kolloksyliinista (vähän nitratusta kuidusta) valmistetulle ruutille, joka on nimetty savuttoman pyroksyliinin ruudiksi. Tämä koostumus on käytännössä muuttumaton tähän asti erilaisilla teknisillä nimillä, joista tunnetuimmat ovat kordiitti ja ballistiitti. Suurin ero on nitroglyseriinin ja pyroksyliinin suhteessa (kordiitissa se on korkeampi) [13].
Miten nämä räjähteet liittyvät toisiinsa? Katsotaanpa taulukkoa:
Pöytä 1.
BB …… Herkkyys…. Energia… Nopeus …… Brisance… Erittäin räjähtävä
……… (kg / cm /% räjähdyksistä)…. Räjähdys…. Räjähdys
GN ……….2 / 4/100 ………… 5300 ……..6500 ………. 15–18 ………. 360–400
DNEG …… 2/10/100 ………..6900 ……… 7200 ……….16, 8 …………… 620–650
NK ……… 25.2.10 ………… 4200 ……… 6300 ……….18 …………… 240
Kaikkien räjähteiden ominaisuudet ovat melko samankaltaisia, mutta fyysisten ominaisuuksien ero määräsi niiden käyttökohteet.
Kuten olemme jo nähneet, nitroglyseriini tai pyroksiliini eivät miellyttäneet armeijaa luonteeltaan. Näiden aineiden heikon stabiilisuuden syy on mielestäni pinnalla. Molemmat yhdisteet (tai kolme - ja dinitroetyleeniglykoli) ovat eetteriluokan edustajia. Esteriryhmä ei missään tapauksessa ole yksi kemiallisen kestävyyden johtajista. Pikemminkin hänet löytyy ulkopuolisten joukosta. Nitroryhmä, joka sisältää typpeä sille varsin oudossa hapetustilassa +5, ei myöskään ole vakauden malli. Tämän vahvan hapettavan aineen symbioosi sellaisen hyvän pelkistimen kanssa kuin alkoholien hydroksyyliryhmä johtaa väistämättä moniin kielteisiin seurauksiin, joista epämiellyttävin on sovelluksen kapriisi.
Miksi kemistit ja armeija viettivät niin paljon aikaa kokeillen heidän kanssaan? Kuten näyttää, monet ja monet ovat voittaneet. Armeija - suuri teho ja raaka -aineiden saatavuus, mikä lisäsi armeijan taistelutehokkuutta ja teki siitä välinpitämättömän toimitukselle sodan aikana. Teknologit - miedot synteesiolosuhteet (ei tarvitse käyttää korkeita lämpötiloja ja korotettua painetta) ja tekninen mukavuus (monivaiheisista prosesseista huolimatta kaikki reaktiot etenevät yhdessä reaktiotilavuudessa ilman tarvetta eristää välituotteita).
Tuotteiden käytännön saannot olivat myös melko korkeat (taulukko 2), mikä ei aiheuttanut kiireellistä tarvetta etsiä suuria määriä halpaa typpihappoa (rikkihapon ongelma ratkaistiin paljon aikaisemmin).
Taulukko 2.
BB …… Reagenssien kulutus per 1 kg….. Vaiheiden lukumäärä…. Päästettyjen tuotteiden määrä
……… typpihappo.. rikkihappo
GN …….10 ……………
DNEG….16, 5 ………….16, 5 …………… 2 …………………… 1
NK ……..8, 5 …………… 25 ……………..3 …………………… 1
Tilanne muuttui dramaattisesti, kun paikalle ilmestyi uusia räjähteiden paholaisen inkarnaatioita: trinitrofenolia ja trinitrotolueenia.
(Jatkuu)
