Iš tikrųjų velnias sėdi sprogmenyse, pasiruošęs bet kurią sekundę pradėti naikinti ir laužyti viską aplinkui. Pagrindinė problema, kurią chemikai ir pirotechnikai turi išspręsti kurdami ir naudodami sprogmenis, sulaikyti šį pragaro tvarinį ir paleisti jį tik tada, kai to reikia. Sprogmenų (sprogmenų) sukūrimo ir vystymosi istorijoje, kaip vandens laše, rodoma valstybių ir imperijų atsiradimo, vystymosi ir sunaikinimo istorija.
Rengdamas pamokų metmenis, autorius ne kartą pastebėjo, kad šalys, kurių valdovai akylai skyrė dėmesį mokslų plėtrai, o visų pirma natūraliai matematikų trejybei - fizikai - chemijai, pasiekė aukštumų. Ryškus pavyzdys gali būti spartus pakilimas pasaulinėje Vokietijos arenoje, kuri per pusę amžiaus padarė šuolį iš skirtingų valstybių sąjungos, kai kurios net ir išsamiame Europos žemėlapyje buvo sunkiai įžiūrimos be „mažos apimties“., į imperiją, su kuria teko skaičiuoti pusantro šimtmečio. Nemenkindamas didžiojo Bismarko nuopelnų šiame procese, pacituosiu jo frazę, kurią jis pasakė po pergalingos Prancūzijos ir Prūsijos karo pabaigos: „Šį karą laimėjo paprastas vokiečių mokytojas“. Autorius norėtų savo apžvalgą skirti cheminiam kariuomenės ir valstybės kovinių pajėgumų didinimo aspektui, kaip visada, visiškai nesireiškdamas, kad jo nuomonė nesiskiria.
Skelbdamas straipsnį, autorius, kaip ir Julesas Verne'as, sąmoningai vengia nurodyti konkrečias technologines detales ir sutelkia dėmesį tik į pramoninius sprogmenų gavimo būdus. Tai lemia ne tik gana suprantamas mokslininko atsakomybės jausmas už jo darbų rezultatus (ar tai būtų praktiniai, ar žurnalistiniai), bet ir tai, kad tyrimo objektas yra klausimas „Kodėl viskas buvo taip ir ne kitaip? “Ir ne„ Kas pirmas ją gavo? medžiaga “.
Be to, autorius prašo skaitytojų atleidimo už priverstinį cheminių terminų - mokslo atributų vartojimą (kaip rodo jo paties pedagoginė patirtis, ne pati mėgstamiausia moksleivių). Supratusi, kad neįmanoma rašyti apie chemines medžiagas neminint cheminių terminų, autorius stengsis kuo labiau sumažinti specialų žodyną.
Ir paskutinis dalykas. Autoriaus pateikti skaičiai jokiu būdu neturėtų būti laikomi galutine tiesa. Duomenys apie sprogmenų charakteristikas įvairiuose šaltiniuose skiriasi ir kartais gana stipriai. Tai suprantama: šaudmenų savybės labai smarkiai priklauso nuo jų „parduodamo“tipo, pašalinių medžiagų buvimo / nebuvimo, stabilizatorių įvedimo, sintezės režimų ir daugelio kitų veiksnių. Sprogmenų charakteristikų nustatymo metodai taip pat neišsiskiria vienodumu (nors čia bus daugiau standartizacijos) ir jie taip pat nenukenčia nuo ypatingo atkuriamumo.
BB klasifikacija
Priklausomai nuo sprogimo tipo ir jautrumo išoriniam poveikiui, visi sprogmenys yra suskirstyti į tris pagrindines grupes:
1. BB inicijavimas.
2. Sprogdinimo sprogmenys.
3. Sprogmenų mėtymas.
Inicijuojama BB. Jie yra labai jautrūs išorės poveikiui. Likusios jų savybės paprastai yra žemos. Tačiau jie turi vertingą turtą - jų sprogimas (sprogdinimas) turi detonacinį poveikį sprogdinimo ir varomiesiems sprogmenims, kurie dažniausiai visai nėra jautrūs kitokio pobūdžio išoriniam poveikiui arba yra labai mažo jautrumo. Todėl inicijuojančios medžiagos naudojamos tik sužadinti sprogdinimo ar varomųjų sprogmenų sprogimą. Siekiant užtikrinti saugaus naudojimo sprogmenis, jie supakuoti į apsauginius įtaisus (kapsulę, kapsulės įvorę, sprogdiklio dangtelį, elektrinį detonatorių, saugiklį). Tipiški inicijuojančių sprogmenų atstovai: gyvsidabrio fulminatas, švino azidas, tenrai (TNPC).
Sprogdinimo sprogmenys. Tiesą sakant, apie tai jie sako ir rašo. Jie aprūpina sviediniais, minomis, bombomis, raketomis, sausumos minomis; jie sprogdina tiltus, automobilius, verslininkus …
Sprogstamieji sprogmenys pagal jų sprogumo charakteristikas skirstomi į tris grupes:
- padidėjusi galia (atstovai: RDX, HMX, PETN, Tetril);
- normali galia (atstovai: TNT, melinitas, plastikas);
- sumažinta galia (atstovai: amonio nitratas ir jo mišiniai).
Padidintos galios sprogmenys yra šiek tiek jautresni išoriniam poveikiui, todėl jie dažniau naudojami mišinyje su flegmatizatoriais (medžiagomis, mažinančiomis sprogmenų jautrumą) arba mišinyje su įprastos galios sprogmenimis, siekiant padidinti pastarųjų galią. Kartais didelės galios sprogmenys naudojami kaip tarpiniai detonatoriai.
Mesti sprogmenis. Tai įvairūs parakai - juodas dūminis, nerūkantis piroksilinas ir nitroglicerinas. Jie taip pat apima įvairius pirotechnikos mišinius, skirtus fejerverkams, signalinius ir apšvietimo raketas, apšvietimo sviedinius, minas ir aviacines bombas.
Apie juodą pudrą ir Black Berthold
Kelis šimtmečius vienintelė žmonių naudojama sprogmenų rūšis buvo juodi milteliai. Su jo pagalba į priešą buvo mėtomi patrankų kamuoliai, ir pripildomi sprogstamieji sviediniai. Parakas buvo naudojamas požeminėse kasyklose tvirtovių sienoms griauti, uolienoms gniuždyti.
Europoje jis tapo žinomas nuo XIII a., O dar anksčiau - Kinijoje, Indijoje ir Bizantijoje. Pirmąjį užfiksuotą parako fejerverkams aprašymą kinų mokslininkas Sun-Simyao aprašė 682 m. Graikijos Maksimilijonas (XIII – XIV a.) Traktate „Šviesų knyga“aprašė mišinį, pagrįstą kalio nitratu, Bizantijoje naudotą kaip garsi „graikų ugnis“ir susideda iš 60% nitrato, 20% sieros ir 20% anglies.
Europos parako atradimo istorija prasideda nuo anglo, pranciškonų vienuolio Rogerio Bacono, kuris 1242 m. Savo knygoje „Liber de Nullitate Magiae“pateikia juodųjų miltelių, skirtų raketoms ir fejerverkams, receptą (40% salietros, 30% anglies ir 30%). % sieros) ir pusiau mitinis vienuolis Bertholdas Schwartzas (1351). Tačiau gali būti, kad tai buvo vienas asmuo: pseudonimų vartojimas viduramžiais buvo gana paplitęs, kaip ir vėlesnė painiava su šaltinių datavimu.
Kompozicijos paprastumas, dviejų iš trijų komponentų prieinamumas (vietinė siera vis dar nėra neįprasta pietiniuose Italijos regionuose ir Sicilijoje), paprastas paruošimas - visa tai garantavo parakui triumfo žygį per Europos šalis ir Azija. Vienintelė problema buvo gauti daug kalio nitrato, tačiau ši užduotis buvo sėkmingai įveikta. Kadangi tuo metu vienintelis žinomas kalio nitrato telkinys buvo Indijoje (taigi ir antrasis pavadinimas - indiškas), vietinė gamyba buvo sukurta beveik visose šalyse. Neįmanoma jo pavadinti maloniu, net ir turint tvirtą optimizmą: jam žaliavos buvo mėšlas, gyvūnų viduriai, šlapimas ir gyvūnų plaukai. Mažiausiai nemalonūs šio nemalonaus kvapo ir labai nešvarių mišinių ingredientai buvo kalkės ir kalis. Visas šis turtas keletą mėnesių buvo išmestas į duobes, kur fermentuotas veikiant azotobakterijoms. Išleistas amoniakas buvo oksiduotas į nitratus, o tai galiausiai davė trokštamą nitratą, kuris buvo izoliuotas ir išgrynintas perkristalinant - taip pat, sakysiu, ne pats maloniausias užsiėmimas. Kaip matote, šiame procese nėra nieko ypač sudėtingo, žaliavos yra gana prieinamos, o parako prieinamumas taip pat netrukus tapo universalus.
Juodas (arba dūminis) parakas tuo metu buvo universalus sprogmuo. Nei klibantis, nei ritinys, daugelį metų jis buvo naudojamas ir kaip sviedinys, ir kaip užpildas pirmosioms bomboms - šiuolaikinių šaudmenų prototipams. Iki pirmojo XIX amžiaus trečdalio pabaigos parakas visiškai atitiko pažangos poreikius. Tačiau mokslas ir pramonė nestovėjo vietoje ir netrukus dėl mažo pajėgumo nustojo atitikti to meto reikalavimus. Parako monopolio pabaiga siejama su XVII amžiaus 70 -aisiais, kai A. Lavoisier ir C. Berthollet organizavo Berthollet (berthollet druska) atrasto kalio chlorato pagrindu pagamintos smėlio druskos gamybą.
Berthollet druskos istoriją galima atsekti tuo momentu, kai Claude'as Bertholletas tyrinėjo neseniai Carlo Scheele'o atrastas chloro savybes. Praleisdamas chlorą per karštą koncentruotą kalio hidroksido tirpalą, Bertholletas gavo naują medžiagą, kurią vėliau chemikai vadino kalio chloratu, o ne chemikai - Berthollet druską. Tai įvyko 1786 m. Ir nors velnio druska niekada netapo nauju sprogmeniu, ji atliko savo vaidmenį: pirma, ji buvo paskata ieškoti naujų pakaitalų nualpusiam „karo dievui“, antra, ji tapo naujų rūšių sprogmenų įkūrėju - iniciatoriai.
Sprogstamoji alyva
O 1846 metais chemikai pasiūlė du naujus sprogmenis - piroksiliną ir nitrogliceriną. Turine italų chemikas Ascagno Sobrero atrado, kad pakanka glicerino apdoroti azoto rūgštimi (nitracija), kad susidarytų riebus skaidrus skystis - nitroglicerinas. Pirmasis spausdintas pranešimas apie jį buvo paskelbtas žurnale „L'Institut“(XV, 53) 1847 m. Vasario 15 d., Ir jis nusipelno citatos. Pirmoje dalyje sakoma:
„Ascagno Sobrero, techninės chemijos profesorius iš Turino, laiške, kurį perdavė prof. Peluzom, praneša, kad jis jau seniai gauna sprogmenų, veikdamas azoto rūgštimi įvairioms organinėms medžiagoms, būtent cukranendrių cukrui, raginimui, dekstritui, pieno cukrui ir kt. Sobrero taip pat ištyrė azoto ir sieros rūgščių mišinio poveikį glicerinui, ir patirtis parodė, kad gaunama medžiaga, panaši į barškančią medvilnę … “
Be to, yra aprašytas nitravimo eksperimentas, įdomus tik organiniams chemikams (ir net tada tik istoriniu požiūriu), tačiau pastebėsime tik vieną bruožą: celiuliozės nitro darinius, taip pat jų sugebėjimą sprogti., tada jau buvo gana gerai žinomi [11].
Nitroglicerinas yra vienas iš galingiausių ir jautriausių sprogstamųjų sprogmenų, todėl jį reikia tvarkyti ypatingai atsargiai.
1. Jautrumas: gali sprogti nuo kulkos. Jautrumas smūgiui, kai 10 kg svorio šaukštas nukrito iš 25 cm aukščio - 100%. Degimas virsta detonacija.
2. Sprogstamosios transformacijos energija - 5300 J / kg.
3. Detonacijos greitis: 6500 m / s.
4. Brisance: 15-18 mm.
5. Sprogstamumas: 360-400 kub. žr. [6].
Galimybę naudoti nitrogliceriną parodė garsus rusų chemikas N. N. Zininas, kuris 1853-1855 metais Krymo karo metu kartu su karo inžinieriumi V. F. Petruševskiu pagamino didelį kiekį nitroglicerino.
Kazanės universiteto profesorius N. N. Zininas
Karo inžinierius V. F. Petruševskis
Tačiau velnias, gyvenantis nitroglicerine, pasirodė piktas ir maištingas. Paaiškėjo, kad šios medžiagos jautrumas išoriniam poveikiui yra tik šiek tiek prastesnis nei sprogstamojo gyvsidabrio. Jis gali sprogti jau azoto metu, jo negalima purtyti, kaitinti ir vėsinti ar veikti saulėje. Saugojimo metu jis gali sprogti. O jei padegsi degtuku, gali visai ramiai degti …
Tačiau galingų sprogmenų poreikis iki XIX amžiaus vidurio jau buvo toks didelis, kad, nepaisant daugybės avarijų, nitroglicerinas buvo pradėtas plačiai naudoti sprogdinimo operacijose.
Bandymų pažaboti blogąjį velnią ėmėsi daugelis, tačiau tamperio šlovė atiteko Alfredui Nobeliui. Šio kelio pakilimai ir nuosmukiai, taip pat pajamų, gautų pardavus šią medžiagą, likimas yra plačiai žinomi, ir autorius mano, kad nereikia gilintis į jų detales.
„Įspaustas“į inertinio užpildo poras (ir buvo išbandytos kelios dešimtys medžiagų, iš kurių geriausia buvo infuzinė žemė - akytas silikatas, kurio 90% tūrio patenka į poras, kurios gali godžiai sugerti nitrogliceriną), nitroglicerinas tapo daug „prisitaikantis“, išlaikęs su juo beveik visą savo griaunamąją galią. Kaip žinote, Nobelis suteikė šiam mišiniui, kuris atrodo kaip durpės, pavadinimą „dinamitas“(iš graikų kalbos žodžio „dinos“- stiprumas). Likimo ironija: praėjus metams po to, kai Nobelis gavo patentą dinamito gamybai, Petruševskis visiškai savarankiškai sumaišė nitrogliceriną su magnezija ir gauna sprogmenų, vėliau vadinamų „Rusijos dinamitu“.
Nitroglicerinas (tiksliau, glicerino trinitratas) yra pilnas glicerino ir azoto rūgšties esteris. Paprastai jis gaunamas apdorojant gliceriną sieros ir azoto rūgšties mišiniu (chemine kalba - esterinimo reakcija):
Sprogstant nitroglicerinui, išsiskiria daug dujinių produktų:
4 C3H5 (NO2) 3 = 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Esterinimas vyksta nuosekliai trimis etapais: pirmajame gaunamas glicerolio mononitratas, antrame - glicerolio dinitratas, o trečiajame - glicerolio trinitratas. Norint gauti visapusiškesnį nitroglicerino derlių, imamas 20% azoto rūgšties perteklius, viršijantis teoriškai reikalingą kiekį.
Nitravimas buvo atliktas porcelianiniuose induose arba lituoto švino induose ledinio vandens vonelėje. Vienu važiavimu buvo gauta apie 700 g nitroglicerino, o per valandą tokios operacijos buvo atliekamos per 3-4.
Tačiau didėjantys poreikiai pakoregavo nitroglicerino gamybos technologiją. Laikui bėgant (1882 m.) Buvo sukurta technologija, skirta gaminti sprogmenis nitratoriuose. Šiuo atveju procesas buvo suskirstytas į du etapus: pirmajame etape glicerinas buvo sumaišytas su puse sieros rūgšties kiekio ir taip buvo panaudota didžioji dalis išsiskyrusios šilumos, po to buvo paruoštas azoto ir sieros rūgščių mišinys buvo įvestas į tą patį indą. Taigi buvo galima išvengti pagrindinio sunkumo: per didelio reakcijos mišinio perkaitimo. Maišymas atliekamas suspaustu oru, esant 4 atm slėgiui. Proceso produktyvumas yra 100 kg glicerino per 20 minučių 10–12 laipsnių temperatūroje.
Dėl skirtingo nitroglicerino (1, 6) ir atliekų rūgšties (1, 7) savitojo svorio jis surenka iš viršaus su aštria sąsaja. Po nitravimo nitroglicerinas plaunamas vandeniu, po to iš rūgšties likučių nuplaunamas soda ir vėl plaunamas vandeniu. Maišymas visuose proceso etapuose atliekamas suslėgtu oru. Džiovinama filtruojant per kalcinuotos valgomosios druskos sluoksnį [9].
Kaip matote, reakcija yra gana paprasta (prisiminkime XIX amžiaus pabaigos terorizmo bangą, kurią sukėlė „bombonešiai“, įvaldę paprastą taikomosios chemijos mokslą) ir priklauso „paprastų cheminių procesų“skaičiui (A. Stetbacheris). Beveik bet kokį nitroglicerino kiekį galima pagaminti paprasčiausiomis sąlygomis (pagaminti juodus miltelius nėra daug lengviau).
Reagentai sunaudojami taip: norint gauti 150 ml nitroglicerino, reikia išgerti: 116 ml glicerino; 1126 ml koncentruotos sieros rūgšties;
649 ml azoto rūgšties (mažiausiai 62% koncentracijos).
Dinamitas kare
Dinamitas pirmą kartą buvo panaudotas 1870–1871 m. Prancūzijos ir Prūsijos kare: Prūsijos sapieriai dinamitu susprogdino Prancūzijos įtvirtinimus. Tačiau dinamito sauga pasirodė santykinė. Kariuomenė iš karto išsiaiškino, kad kulka pataikius ji sprogsta ne blogiau nei jos pirmtakas, o degimas tam tikrais atvejais virsta sprogimu.
Tačiau pagunda įsigyti galingų šaudmenų buvo nenugalima. Atliekant gana pavojingus ir sudėtingus eksperimentus pavyko išsiaiškinti, kad dinamitas nesprogs, jei apkrovos padidės ne iš karto, o palaipsniui, išlaikant sviedinio pagreitį saugiose ribose.
Problemos sprendimas techniniu lygiu buvo matomas naudojant suslėgtą orą. 1886 m. Birželio mėn. JAV kariuomenės 5 -ojo artilerijos pulko leitenantas Edmundas Ludwigas G. Zelinskis išbandė ir patobulino originalų Amerikos inžinerijos projektą. Pneumatinė patranka, kurios kalibras yra 380 mm, o ilgis 15 m, oras, suspaustas iki 140 atm, galėtų išmesti 3,35 m ilgio sviedinius iš 227 kg dinamito, esant 1,83 m 1800 mA sviedinio ilgiui ir 51 kg. dinamito ir visi 5 tūkst
Varomąją jėgą suteikė du suslėgto oro cilindrai, o viršutinė - su lanksčia žarna prijungta prie įrankio. Antrasis cilindras buvo rezervas viršutiniam šėrimui, o slėgis jame buvo palaikomas naudojant į žemę palaidotą garo siurblį. Dinamito prikrautas sviedinys buvo suformuotas kaip smiginis - artilerijos strėlė - ir turėjo 50 svarų kovos galvutę.
Kembridžo kunigaikštis įsakė kariuomenei išbandyti vieną tokią sistemą Milfordo Havene, tačiau pistoletas sunaudojo beveik visą savo šaudmenį, kol galiausiai pataikė į taikinį, tačiau jis buvo sunaikintas labai efektyviai. Amerikos admirolai buvo patenkinti nauja patranka: 1888 m. Buvo išleisti pinigai 250 dinamito ginklų, skirtų pakrančių artilerijai, pagaminti.
1885 metais Zelinskis įkūrė pneumatinių ginklų kompaniją, kad armijoje ir kariniame jūrų laivyne pristatytų pneumatinius ginklus su dinamito apvalkalu. Jo eksperimentai paskatino kalbėti apie oro ginklus kaip perspektyvų naują ginklą. JAV karinis jūrų laivynas 1888 metais net pastatė 944 tonų svorio dinaminį kreiserį „Vesuvius“, ginkluotą trimis iš šių 381 mm pistoletų.
„Dinamit“kreiserio „Vesuvius“schema
[centras]
Ir taip atrodė jo stacionarūs ginklai[/centras]
Tačiau keistas dalykas: po kelerių metų entuziazmas užleido vietą nusivylimui. „Per Ispanijos ir Amerikos karą,-apie tai sakė amerikiečių artilerijos atstovai,-šie ginklai niekada nepataikė į reikiamą vietą“. Ir nors tai buvo ne tiek apie ginklus, kiek apie artilerijos sugebėjimą tiksliai šaudyti ir standų ginklų tvirtinimą, ši sistema nebuvo toliau tobulinama.
1885 metais Olandija savo povandeniniame laive Nr. 4 sumontavo Zelinskio oro patranką. Tačiau reikalas nepasiekė praktinių išbandymų, tk. valtis paleidimo metu patyrė rimtą avariją.
1897 m. Olandija perdarė savo povandeninį laivą Nr. 8 nauja Zelinskio patranka. Ginkluotę sudarė 18 colių (457 mm) lanko torpedos vamzdis su trimis „Whitehead“torpedomis, taip pat Zelinskio užpakalinis oro pistoletas dinamitui. 7 raundai po 222 svarus. 100,7 kg)). Tačiau dėl per trumpo vamzdžio, kurį ribojo valties dydis, šis ginklas turėjo trumpą šaudymo diapazoną. Po praktinio šaudymo išradėjas jį išardė 1899 m.
Ateityje nei Olandija, nei kiti dizaineriai ant savo povandeninių laivų neįrengė ginklų (aparatų), skirtų mėtyti minas ir dinamito sviedinius. Taigi Zelinskio ginklai nepastebimai, bet greitai paliko sceną [12].
Nitroglicerino brolis
Cheminiu požiūriu glicerinas yra paprasčiausias trivandenių alkoholių klasės atstovas. Yra jo diatominis analogas - etilenglikolis. Ar nenuostabu, kad susipažinę su nitroglicerinu, chemikai atkreipė dėmesį į etilenglikolį, tikėdamiesi, kad jį bus patogiau naudoti.
Bet ir čia sprogmenų velnias parodė savo kaprizingą charakterį. Pasirodė, kad dinitroetilenglikolio (šis sprogmuo niekada negavo savo pavadinimo) savybės mažai kuo skiriasi nuo nitroglicerino:
1. Jautrumas: detonacija, kai 2 kg apkrova nukrenta iš 20 cm aukščio; jautrus trinčiai, ugniai.
2. Sprogstamosios transformacijos energija - 6900 J / kg.
3. Detonacijos greitis: 7200 m / s.
4. Brisance: 16,8 mm.
5. Didelis sprogstamumas: 620-650 kub. cm.
Pirmą kartą jį gavo Henris 1870 m. Jis gaunamas kruopščiai nitrinant etilenglikolį pagal procedūrą, panašią į nitroglicerino paruošimą (nitravimo mišinys: H2SO4 - 50%, HNO3 - 50%; santykis - nuo 1 iki 5 etilenglikolis).
Nitravimo procesas gali būti atliekamas esant žemesnei temperatūrai, o tai yra polinkis į didesnį derlių [7, 8].
Nepaisant to, kad apskritai DNEG jautrumas pasirodė šiek tiek mažesnis nei NG, jo naudojimas nežadėjo didelės naudos. Jei prie to pridėsime didesnį nepastovumą nei NG ir mažesnį žaliavų prieinamumą, paaiškės, kad šis kelias taip pat niekur nenuvedė.
Tačiau jis taip pat nepasirodė visiškai nenaudingas. Iš pradžių jis buvo naudojamas kaip priedas prie dinamito, Antrojo pasaulinio karo metais dėl glicerino trūkumo jis buvo naudojamas kaip nitroglicerino pakaitalas nerūkomuose milteliuose. Tokių miltelių galiojimo laikas buvo trumpas dėl DNEG nepastovumo, tačiau karo sąlygomis tai neturėjo didelės reikšmės: niekas nesiruošė jų ilgai laikyti.
Christian Schönbein prijuostė
Nežinoma, kiek laiko kariuomenė būtų praleidusi ieškodama būdų, kaip nuraminti nitrogliceriną, jei iki XIX amžiaus pabaigos nebūtų pasiekta pramoninė technologija kitam nitroesteriui gaminti. Trumpai tariant, jo atsiradimo istorija yra tokia [16].
1832 metais prancūzų chemikas Henri Braconneau atrado, kad krakmolą ir medienos pluoštus apdorojus azoto rūgštimi, susidarė nestabili, degi ir sprogi medžiaga, kurią jis pavadino ksiloidinu. Tiesa, reikalas apsiribojo žinia apie šį atradimą. Po šešerių metų, 1838 m., Kitas prancūzų chemikas Théophile-Jules Pelouse panašiai apdorojo popierių ir kartoną ir pagamino panašią medžiagą, kurią pavadino nitramidinu. Kas tada būtų pagalvojęs, bet to, kad neįmanoma naudoti nitramidino techniniais tikslais, priežastis buvo mažas jo stabilumas.
1845 metais šveicarų chemikas Christianas Friedrichas Schönbeinas (tuo metu išgarsėjęs dėl ozono atradimo) savo laboratorijoje atliko eksperimentus. Žmona griežtai uždraudė jam atnešti kolbas į virtuvę, todėl jis skubėjo baigti eksperimentą jai nedalyvaujant - ir išliejo ant stalo kažkokį šarminį mišinį. Siekdamas išvengti skandalo, jis, vadovaudamasis geriausiomis šveicariško tikslumo tradicijomis, jį nušluostė savo darbine prijuostėle, nes mišinio nebuvo per daug. Tada, taip pat pagal šveicariško taupumo tradiciją, jis nuplovė prijuostę vandeniu ir pakabino virš viryklės, kad išdžiūtų. Kiek ilgai ar trumpai jis ten kabėjo, istorija tyli, tačiau, išdžiovinus prijuostę staiga dingo, žinoma. Be to, jis dingo ne tyliai, angliškai, o garsiai, galima net sakyti kerintis: žaibiškai ir garsiai sprogdindamas. Tačiau štai Schönbeino dėmesį patraukė: sprogimas įvyko be menkiausio dūmų!
Ir nors Schönbeinas nebuvo pirmasis, atradęs nitroceliuliozę, būtent jam buvo lemta padaryti išvadą apie atradimo svarbą. Tuo metu artilerijoje buvo naudojami juodi milteliai, nuo kurių suodžiai sutepė ginklus, kad tarp šūvių juos reikėjo išvalyti, o po pirmųjų salvių kilo tokia dūmų uždanga, kad teko kovoti beveik aklai. Nereikia nė sakyti, kad juodų dūmų pūslės puikiai nurodė baterijų vietą. Gyvenimą praskaidrino tik supratimas, kad priešas yra toje pačioje padėtyje. Todėl kariuomenė entuziastingai reagavo į daug mažiau dūmų skleidžiančią sprogmenį, be to, ji yra galingesnė už juodus miltelius.
Nitroceliuliozė, neturinti juodųjų miltelių trūkumų, leido nustatyti nerūkomų miltelių gamybą. Ir pagal to meto tradicijas jie nusprendė jį naudoti ir kaip raketinį, ir kaip sprogmenį. 1885 m., Atlikęs daugybę eksperimentinių darbų, prancūzų inžinierius Paulas Vielis gavo ir išbandė kelis kilogramus piroksilino dribsnių miltelių, vadinamų paraku „B“- pirmųjų dūmų neturinčių miltelių. Bandymai įrodė naujojo raketinio kuro naudą.
Tačiau nebuvo lengva nustatyti didelio nitroceliuliozės kiekio gamybą karinėms reikmėms. Nitroceliuliozė buvo pernelyg nekantri laukti mūšių ir gamyklos, kaip taisyklė, skraidė į orą pavydėtinai reguliariai, tarsi konkuruoja su nitroglicerino gamyba. Plėtojant pramoninės piroksilino gamybos technologiją, reikėjo įveikti kliūtis, kaip niekas kitas. Prireikė viso ketvirčio amžiaus, kol buvo atlikti keli skirtingų šalių tyrėjų darbai, kol šis originalus pluoštinis sprogmuo tapo tinkamas naudoti ir kol buvo rasta daugybė priemonių ir metodų, kurie kažkaip garantuoja sprogimą ilgai laikant produktą. Išraiška „bet kokiu būdu“nėra literatūrinis prietaisas, bet atspindi sunkumus, su kuriais susidūrė chemikai ir technologai, nustatydami stabilumo kriterijus. Nebuvo tvirto sprendimo dėl stabilumo kriterijų nustatymo metodų, o toliau plečiant šio sprogmens naudojimo sritį, nuolatiniai sprogimai atskleidė vis daugiau paslaptingų šio savito kompleksinio eterio elgesio bruožų. Tik 1891 m. Jamesui Dewarui ir Frederikui Abeliui pavyko rasti saugią technologiją.
Piroksilino gamybai reikalingas daug pagalbinių įtaisų ir ilgas technologinis procesas, kurio metu visos operacijos turi būti atliekamos vienodai kruopščiai ir kruopščiai.
Piroksinis piroksilino gamybos produktas yra celiuliozė, kurios geriausias atstovas yra medvilnė. Natūrali gryna celiuliozė yra polimeras, susidedantis iš gliukozės likučių, kuris yra artimas krakmolo giminaitis: (C6H10O5) n. Be to, popieriaus gamyklų atliekos gali būti puiki žaliava.
Pluošto nitravimas pramoniniu mastu buvo įvaldytas dar XIX amžiaus 60 -aisiais ir buvo atliktas keraminiuose induose, toliau verpiant centrifugose. Tačiau amžiaus pabaigoje šį primityvų metodą išstūmė amerikietiška technologija, nors Pirmojo pasaulinio karo metais jis buvo atgaivintas dėl mažos kainos ir paprastumo (tiksliau, primityvizmo).
Rafinuota medvilnė supilama į nitratorių, įpilama nitratų mišinio (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, vandens - 7%), remiantis 15 kg pluošto 900 kg mišinio, o tai duoda 25 kg piroksilino..
Nitratoriai prijungti prie baterijų, kurias sudaro keturi reaktoriai ir viena centrifuga. Į nitratus įpilama laiko intervalas (maždaug 40 minučių), lygus ekstrahavimo laikui, kuris užtikrina proceso tęstinumą.
Piroksilinas yra produktų mišinys, turintis įvairaus laipsnio celiuliozės nitraciją. Piroksilinas, gautas vietoj sieros rūgšties, naudojant fosforo rūgštį, yra labai stabilus, tačiau ši technologija neįsigalėjo dėl didesnių sąnaudų ir mažesnio produktyvumo.
Presuotas piroksilinas turi savybę užsidegti ir jį reikia sudrėkinti. Piroksilino plovimui ir stabilizavimui naudojamame vandenyje neturėtų būti šarminių medžiagų, nes šarminio skilimo produktai yra savaiminio užsidegimo katalizatoriai. Galutinis džiovinimas iki reikiamo drėgnumo pasiekiamas praplaunant absoliučiu alkoholiu.
Tačiau sudrėkinta nitroceliuliozė taip pat nėra be rūpesčių: ji yra jautri užteršimui mikroorganizmais, sukeliančiais pelėsį. Apsaugokite jį vaškuodami paviršių. Gatavam produktui būdingos šios savybės:
1. Piroksilino jautrumas labai priklauso nuo drėgmės. Sausas (3–5% drėgmės) lengvai užsidega nuo atviros liepsnos ar karšto metalo prisilietimo, gręžimo, trinties. Jis sprogsta, kai 2 kg apkrova nukrenta iš 10 cm aukščio, padidėjus drėgmei, jautrumas sumažėja, o esant 50% vandens, detonacija išnyksta.
2. Sprogstamosios transformacijos energija - 4200 MJ / kg.
3. Detonacijos greitis: 6300 m / s.
4. Brisance: 18 mm.
5. Didelis sprogstamumas: 240 kub. cm.
Ir vis dėlto, nepaisant trūkumų, chemiškai stabilesnis piroksilinas labiau tiko kariuomenei nei nitroglicerinas ir dinamitas, jo jautrumą galima koreguoti keičiant jo drėgmės kiekį. Todėl presuotas piroksilinas buvo pradėtas plačiai naudoti minų ir kriauklių kovinėms galvutėms įrengti, tačiau laikui bėgant šis neprilygstamas produktas pakeitė aromatinių angliavandenilių nitratinius darinius. Nitroceliuliozė išliko kaip raketinis sprogmuo, tačiau kaip sprogdinamasis sprogmuo amžinai pasitraukė į praeitį [9].
Lakus želė ir nitroglicerino parakas
„Juodieji milteliai … atspindi visas tolesnio tobulinimo galimybes - mokslinį tyrimą dėl nematomų reiškinių, atsirandančių degant. Nerūkantis parakas yra naujas ryšys tarp šalių galios ir jų mokslo raidos. Dėl šios priežasties, būdamas vienas iš Rusijos mokslo karių, savo mažėjančiomis jėgomis ir metais nedrįstu analizuoti dūmų neturinčio parako užduočių … “
Skaitytojas, net šiek tiek susipažinęs su chemijos istorija, tikriausiai jau spėjo, kieno tai žodžiai - puikus rusų chemikas D. I. Mendelejevas.
Mendelejevas paskutiniais savo gyvenimo metais - 1890–1897 metais - daug pastangų ir dėmesio skyrė porrocheliy kaip chemijos žinių sričiai. Tačiau, kaip visada, prieš aktyvų vystymosi etapą prasidėjo žinių apmąstymas, kaupimas ir sisteminimas.
Viskas prasidėjo nuo to, kad 1875 metais nenuilstantis Alfredas Nobelis padarė dar vieną atradimą: plastikinį ir elastingą kietą nitroceliuliozės tirpalą nitroglicerine. Tai gana sėkmingai sujungė kietą formą, didelį tankį, lengvą liejimą, koncentruotą energiją ir nejautrumą aukštai atmosferos drėgmei. Želė, visiškai sudegusi į anglies dioksidą, azotą ir vandenį, sudarė 8% dinitroceliuliozės ir 92% nitroglicerino.
Skirtingai nei technikas Nobelis, D. I. Mendelejevas vadovavosi grynai moksliniu požiūriu. Remdamasis savo tyrimais, jis pateikė visiškai apibrėžtą ir chemiškai griežtai pagrįstą mintį: degimo metu reikalinga medžiaga turėtų išmesti ne daugiau kaip dujinius produktus svorio vienetui. Cheminiu požiūriu tai reiškia, kad šiame junginyje turėtų būti pakankamai deguonies, kad anglis būtų visiškai paversta dujiniu oksidu, vandenilis - į vandenį, o oksidacinis pajėgumas - tiekti energiją visam šiam procesui. Atlikus išsamų skaičiavimą, buvo gauta tokios sudėties formulė: C30H38 (NO2) 12O25. Degimo metu turėtumėte gauti:
C30H38 (NO2) 12O25 = 30 CO + 19 H2O + 6 N2
Net ir šiuo metu nėra lengva užduotis atlikti tokios sudėties medžiagos tikslinę sintezės reakciją, todėl praktiškai buvo naudojamas 7–10% nitroceliuliozės ir 90–93% nitroglicerino mišinys. Azoto kiekio procentinė dalis yra apie 13, 7%, o tai šiek tiek viršija šį skaičių pirokolodijų atveju (12, 4%). Operacija nėra ypač sunki, nereikalauja naudoti sudėtingos įrangos (ji atliekama skystoje fazėje) ir vyksta įprastomis sąlygomis.
1888 m. Nobelis gavo patentą parakui, pagamintam iš nitroglicerino ir koloksilino (mažai azoto turinčio pluošto), pavadinto kaip piroksilino nerūkomasis parakas. Ši kompozicija praktiškai nesikeičia iki šiol įvairiais techniniais pavadinimais, iš kurių garsiausi yra korditas ir balistitas. Pagrindinis skirtumas yra nitroglicerino ir piroksilino santykis (kordite jis yra didesnis) [13].
Kaip šie sprogmenys susiję vienas su kitu? Pažvelkime į lentelę:
1 lentelė.
BB …… Jautrumas…. Energija… Greitis …… Brisance… Didelis sprogstamumas
……… (kg / cm /% sprogimų)…. Sprogimas…
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
Visų sprogmenų charakteristikos yra gana panašios, tačiau fizinių savybių skirtumas lėmė skirtingas jų taikymo nišas.
Kaip jau matėme, nei nitroglicerinas, nei piroksilinas nepatiko kariuomenei savo charakteriu. Man atrodo, kad žemo šių medžiagų stabilumo priežastis slypi paviršiuje. Abu junginiai (arba trys - skaičiavimo ir dinitroetilenglikolis) yra eterio klasės atstovai. O esterių grupė anaiptol nėra viena iš chemijos atsparumo lyderių. Greičiau ją galima rasti tarp pašaliečių. Nitro grupė, kurioje yra azoto, kurio oksidacijos būsena yra gana +5, taip pat nėra stabilumo modelis. Šio stipraus oksidatoriaus simbiozė su tokiu geru redukuojančiu agentu kaip alkoholių hidroksilo grupė neišvengiamai sukelia daugybę neigiamų pasekmių, iš kurių nemaloniausia yra kapriziškumas.
Kodėl chemikai ir kariškiai tiek daug laiko praleido eksperimentuodami su jais? Kaip atrodo, daug ir daug laimėjo. Kariuomenė - didelė galia ir žaliavų prieinamumas, dėl kurių padidėjo armijos kovinis efektyvumas ir tapo nejautrus pristatymui karo metu. Technologai - švelnios sintezės sąlygos (nereikia naudoti aukštos temperatūros ir padidinto slėgio) ir technologinis patogumas (nepaisant daugiapakopių procesų, visos reakcijos vyksta vienu reakcijos tūriu ir nereikia izoliuoti tarpinių produktų).
Praktinis produktų derlius taip pat buvo gana didelis (2 lentelė), todėl neatsirado skubių poreikių ieškoti didelių pigios azoto rūgšties šaltinių (sieros rūgšties problema buvo išspręsta daug anksčiau).
2 lentelė.
BB …… Reagentų suvartojimas 1 kg….. Etapų skaičius…. Išmetamų produktų skaičius
……… Azoto rūgštis.. Sieros rūgštis
GN …….10 ………………………………………………………………… 23
DNEG….16, 5 ………….16, 5 …………… 2 …………………… 1
NK ……..8, 5 …………… 25 ……………..3 …………………… 1
Situacija kardinaliai pasikeitė, kai scenoje pasirodė nauji sprogmenų velnio įsikūnijimai: trinitrofenolis ir trinitrotoluenas.
(Tęsinys)
