Взрывчатые вещества

Динамитный склад

Взры́вчатое вещество́ (ВВ) — химическое соединение или их смесь, способное в результате определённых внешних воздействий или внутренних процессов взрываться, выделяя тепло и образуя сильно нагретые газы. Комплекс процессов который происходит в таком веществе, называется детонацией. Традиционно к взрывчатым веществам также относят соединения и смеси, которые не детонируют, а горят с определенной скоростью (метательные пороха, пиротехнические составы).

Существует ряд веществ, также способных к 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».

Терминология

Сложность и разнообразие химии и технологии ВВ, политические и военные противоречия в мире, стремление к засекречиванию любой информации в этой области привели к неустойчивым и разнообразным формулировкам терминов.

Действующая редакция 2005 года принятой ООН Согласованной на глобальном уровне системы классификации опасности и маркировки химической продукции (СГС) даёт следующие определения:

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 ВВ характеризуется следующими условиями: 1. большой скоростью химического превращения; 2. выделением тепла (экзотермичность процесса); 3. образованием газов или паров в продуктах взрыва; 4. способностью реакции к самораспространению.

Общая характеристика

Любое взрывчатое вещество обладает следующими характеристиками:

• способность к экзотермическим химическим превращениям
• способность к самораспространяющемуся химическому превращению

Важнейшими характеристиками взрывчатых веществ являются:

• 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
• критический диаметр детонации
• критическая плотность детонации

При детонации разложение ВВ происходит настолько быстро (за время от 10⁻⁶ до 10⁻² сек), 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 2 основных вида действия ВВ: бризантное (местного действия) и фугасное (общего действия).

Существенное значение при обращении и хранении ВВ имеет их стабильность.

Промышленное применение

ВВ широко используются и в промышленности для производства различных взрывных работ. Ежегодный расход ВВ в странах с развитым промышленным производством даже в мирное время составляет сотни тысяч тонн. В военное время расход ВВ резко возрастает. Так, в период 1-й мировой войны в воюющих странах он составил около 5 миллионов тонн, а во 2-й мировой войне превысил 10 миллионов тонн. Ежегодное использование ВВ в США в 1990-х годах составляло около 2 миллионов тонн.

В Российской Федерации запрещена свободная реализация взрывчатых веществ, средств взрывания, порохов, всех видов ракетного топлива, а также специальных материалов и специального оборудования для их производства, нормативной документации на их производство и эксплуатацию.

Классификация ВВ

По составу

• Индивидуальные химические соединения.
  Большинство таких соединений представляют 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.
• Взрывчатые смеси-композиты.
  Состоят из двух и более химически не связанных между собой веществ. Многие взрывчатые смеси состоят из индивидуальных веществ, не имеющих взрывчатых свойств (горючих, окислителей и регулирующих добавок). Регулирующие добавки применяют:

• • для снижения чувствительности ВВ 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 ВВ применяют натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ)
  • для обеспечения функций контроля над применением ВВ
    В состав ВВ могут вводиться специальные вещества-маркеры, по наличию которых в продуктах взрыва устанавливается происхождение ВВ

По физическому состоянию

• газообразные
• жидкие
  При нормальных условиях таким ВВ является, например, индивидуальные вещества нитроглицерин, этиленгликольдинитрат (нитрогликоль), этилнитрат и другие. Существует много разработок жидких смесевых ВВ (наиболее известны ВВ Шпренгеля, панкластит и др.)
• гелеобразные
  При растворении нитроцеллюлозы в нитроглицерине образуется гелеобразная масса, получившая название «гремучий студень».
• суспензионные
  Большая часть современных промышленных ВВ представляют собой суспензии смесей аммиачной селитры с различными горючими и добавками в воде (акватол, ифзанит, 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) ВВ. Твердые ВВ могут быть
  • монолитными (тол)
  • порошкообразными (гексоген)
  • гранулированными(аммиачно-селитренные взрывчатые вещества)
• пластичные
• эластичные

По форме работы взрыва

• инициирующие (первичные)
  Инициирующие ВВ предназначаются для возбуждения взрывчатых превращений в зарядах других ВВ. Они отличаются повышенной чувствительностью и легко взрываются от простых начальных импульсов (удара, трения, накола жалом, электрической искры и т. д.). Основой инициирующих ВВ являются гремучая ртуть, азид свинца, тринитрорезорцинат свинца (ТНРС), тетразен, диазодинитрофенол (или их смеси) и прочие с высокой скоростью детонации (свыше 5000 м/с).

В военном деле и в промышленности инициирующие ВВ применяются для снаряжения капсюлей-воспламенителей, капсюльных втулок, запальных трубок, различных электровоспламенителей, артиллерийских и подрывных капсюлей-детонаторов, электродетонаторов и др. Они используются также в различных средствах пироавтоматики: пирозарядах, пиропатронах, пирозамках, пиротолкателях, пиромембранах, пиростартёрах, катапультах, разрывных болтах и гайках, пирорезаках, самоликвидаторах и др.

• бризантные (вторичные)
  Бризантные ВВ менее чувствительны к внешним воздействиям, и возбуждение взрывных превращений в них осуществляется главным образом с помощью инициирующих ВВ. В качестве бризантных ВВ применяются обычно различные нитросоединения (тротил, нитрометан, нитронафталины и др.), N-нитрамины (тетрил, гексоген, октоген, этилен-N,N'-динитрамин и др.), нитраты спиртов (нитроглицерин, нитрогликоль), нитраты целлюлозы и др. Часто эти соединения применяют в виде смесей между собой и с другими веществами.
  Бризантные взрывчатые смеси часто называют по виду окислителя:
  • хлоратиты (окислитель — хлорат калия)
  • перхлоратиты (окислитель — перхлорат калия, перхлорат аммония)
  • аммониты (окислитель — нитрат аммония)
  • оксиликвиты (окислитель — жидкий кислород) и др.

Бризантные ВВ 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 ВВ используются в зарядах, предназначенных для перевода ядерного горючего в надкритическое состояние.
В различных вспомогательных системах ракетно-космической техники бризантные ВВ 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 ВВ используются для аварийного отделения кабин, взрывного отброса винтов вертолётов и т. д.
Значительное количество бризантных ВВ 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.). Существуют произведения монументального искусства, изготовленные с помощью ВВ (монумент Crazy Horse в штате Южная Дакота, США).

• метательные
  Метательные ВВ (пороха и ракетные топлива) служат источниками энергии для метания тел (снарядов, мин, пуль и т. д.) или движения ракет. Их отличительная особенность — способность к взрывчатому превращению в форме быстрого сгорания, но без детонации.
• пиротехнические
  Пиротехнические составы применяются для получения пиротехнических эффектов (светового, дымового, зажигательного, звукового и т. д.). Основной вид взрывчатых превращений пиротехнических составов — горение.

Метательные ВВ (пороха) применяются в основном в качестве метательных зарядов для различного рода оружия и предназначаются для придания снаряду (торпеде, пуле и т.д.) определенной начальной скорости. Преимущественным видом химического превращения их является быстрое сгорание, вызываемое лучом огня от средств воспламенения. Пороха делятся на две группы:

а) дымные;

б) 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 определенных условиях могут детонировать.

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 ВВ для горных работ по условиям безопасного применения подразделяют на

• непредохранительные
• 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 ВВ по степени опасности. Наиболее известны:

• Согласованная на глобальном уровне система классификации опасности и маркировки химической

продукции (СГС), принятая ООН в 2003 (действует первая пересмотренная редакция 2005);

• Классификация по степени опасности в горных работах;

Интересные факты

Сама по себе энергия взрывчатого вещества невелика. При взрыве 1 кг тротила выделяется в 6-8 раз меньше энергии, чем при сгорании 1 кг угля, но эта энергия при взрыве выделяется в десятки миллионов раз быстрее, чем при обычных процессах горения. Кроме того, уголь не содержит окислителя.

См. также

• Взрывное дело

Литература

1. Советская военная энциклопедия. М., 1978.
2. Поздняков З. Г., Росси Б. Д. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания. — М.: «Недра», 1977. — 253 c.
3. Fedoroff, Basil T. et al Enciclopedia of Explosives and Related Items, vol.1—7. — Dover, New Jersey: Picatinny Arsenal, 1960—1975.

Ссылки

• Взрывчатые вещества // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Сайт Международного общества инженеров-взрывников