Thật vậy, ác quỷ ngồi trong đống thuốc nổ, sẵn sàng bất cứ lúc nào để bắt đầu phá hủy và phá vỡ mọi thứ xung quanh. Kiểm soát sinh vật địa ngục này và chỉ thả nó ra khi được yêu cầu là vấn đề chính mà các nhà hóa học và thợ bắn pháo hoa phải giải quyết khi chế tạo và sử dụng chất nổ. Trong lịch sử hình thành và phát triển chất nổ (thuốc nổ), như trong một giọt nước tràn ly, lịch sử hình thành, phát triển và diệt vong của các quốc gia và đế chế.
Soạn thảo đề cương của bài học, tác giả nhiều lần nhận thấy rằng các quốc gia mà các nhà cai trị quan tâm chú ý đến sự phát triển của khoa học, và trên hết là bộ ba tự nhiên của các nhà toán học - vật lý - hóa học - đã đạt đến tầm cao trong sự phát triển của họ. Một ví dụ nổi bật có thể kể đến là sự đi lên nhanh chóng trên sân khấu thế giới của nước Đức, trong nửa thế kỷ đã tạo ra bước nhảy vọt từ một liên minh các quốc gia khác nhau, một số quốc gia trong số đó thậm chí trên bản đồ chi tiết của châu Âu cũng khó nhìn thấy nếu không có "phạm vi nhỏ", cho một đế chế đã được tính đến trong một thế kỷ rưỡi. Không làm giảm đi công lao của Bismarck vĩ đại trong quá trình này, tôi sẽ trích dẫn câu nói của ông, mà ông đã nói sau khi chiến tranh Pháp-Phổ kết thúc thắng lợi: "Cuộc chiến này đã được chiến thắng bởi một người thầy Đức giản dị." Tác giả muốn dành bài đánh giá của mình cho khía cạnh hóa học của việc tăng khả năng chiến đấu của quân đội và nhà nước, như mọi khi, không hề tuyên bố là độc quyền ý kiến của mình.
Khi xuất bản bài báo, tác giả, giống như Jules Verne, cố tình tránh chỉ ra các chi tiết công nghệ cụ thể và tập trung sự chú ý của mình vào các phương pháp thuần túy công nghiệp để lấy chất nổ. Điều này không chỉ là do tinh thần trách nhiệm khá dễ hiểu của nhà khoa học đối với kết quả công trình của mình (có thể là thực tế hoặc báo chí), mà còn bởi thực tế là chủ đề của nghiên cứu là câu hỏi “Tại sao mọi thứ lại như thế này và không phải khác?”và không phải“Ai là người đầu tiên có được nó? chất”.
Ngoài ra, tác giả xin độc giả tha thứ cho hành vi ép buộc sử dụng các thuật ngữ hóa học - thuộc tính của khoa học (thể hiện qua kinh nghiệm sư phạm của bản thân, chứ không phải học sinh yêu quý nhất). Nhận thấy rằng không thể viết về hóa chất mà không đề cập đến các thuật ngữ hóa học, tác giả sẽ cố gắng giảm thiểu các từ vựng đặc biệt.
Và điều cuối cùng. Những con số mà tác giả đưa ra không nên được coi là sự thật cuối cùng. Dữ liệu về đặc tính của chất nổ ở các nguồn khác nhau có sự khác biệt và đôi khi khá mạnh. Điều này có thể hiểu được: đặc tính của đạn phụ thuộc rất nhiều vào loại "bán được trên thị trường" của chúng, sự có / không có chất lạ, sự ra đời của chất ổn định, chế độ tổng hợp và nhiều yếu tố khác. Các phương pháp xác định đặc tính của thuốc nổ cũng không được phân biệt bằng tính đồng nhất (mặc dù ở đây sẽ có tiêu chuẩn hóa nhiều hơn) và chúng cũng không bị tái lập đặc biệt.
Phân loại BB
Tùy thuộc vào loại nổ và độ nhạy cảm với các tác động bên ngoài, tất cả các chất nổ được chia thành ba nhóm chính:
1. Khởi tạo BB.
2. Nổ thuốc nổ.
3. Ném chất nổ.
Khởi tạo BB. Họ rất nhạy cảm với các tác động bên ngoài. Các đặc điểm còn lại của chúng thường thấp. Nhưng chúng có một đặc tính có giá trị - sức nổ (kích nổ) của chúng có tác dụng kích nổ đối với việc nổ và đẩy chất nổ, thường không nhạy cảm với các loại tác động bên ngoài khác hoặc có độ nhạy rất thấp. Vì vậy, chất khơi mào chỉ được dùng để kích thích sự nổ của thuốc nổ hoặc đẩy thuốc nổ. Để đảm bảo an toàn cho việc sử dụng thuốc nổ khởi đầu, chúng được đóng gói trong các thiết bị bảo vệ (vỏ bao, bao bọc viên, nắp kíp, kíp điện, cầu chì). Các đại diện tiêu biểu của chất nổ khơi mào: fulminat thủy ngân, azide chì, tenres (TNPC).
Nổ thuốc nổ. Trên thực tế, đây là những gì họ nói và viết về. Chúng trang bị đạn pháo, mìn, bom, rocket, mìn đất; họ cho nổ tung cầu, ô tô, doanh nhân …
Thuốc nổ được chia thành ba nhóm theo đặc tính nổ của chúng:
- tăng sức mạnh (đại diện: RDX, HMX, PETN, Tetril);
- điện bình thường (đại diện: TNT, melinite, nhựa);
- giảm sức mạnh (đại diện: amoni nitrat và hỗn hợp của nó).
Chất nổ tăng công suất phần nào nhạy cảm hơn với các tác động bên ngoài và do đó chúng thường được sử dụng trong hỗn hợp với chất làm giảm độ nhạy của chất nổ (chất làm giảm độ nhạy của chất nổ) hoặc trong hỗn hợp với chất nổ có công suất bình thường để tăng sức mạnh của chất nổ. Đôi khi thuốc nổ công suất lớn được sử dụng làm ngòi nổ trung gian.
Ném thuốc nổ. Đây là các loại thuốc súng khác nhau - pyroxylin và nitroglycerin có khói đen, không khói. Chúng cũng bao gồm các hỗn hợp pháo hoa khác nhau để bắn pháo hoa, pháo hiệu và pháo sáng, đạn pháo, mìn và bom trên không.
Về bột đen và Berthold đen
Trong nhiều thế kỷ, loại chất nổ duy nhất được con người sử dụng là bột đen. Với sự trợ giúp của nó, những viên đạn đại bác đã được ném vào kẻ thù, và những quả đạn nổ đầy nó. Thuốc súng được sử dụng trong các hầm mỏ để phá hủy các bức tường của pháo đài, để nghiền đá.
Ở châu Âu, nó được biết đến từ thế kỷ 13, và thậm chí sớm hơn ở Trung Quốc, Ấn Độ và Byzantium. Mô tả đầu tiên được ghi lại về thuốc súng cho pháo hoa được nhà khoa học Trung Quốc Sun-Simyao mô tả vào năm 682. Maximilian người Hy Lạp (thế kỷ XIII-XIV) trong chuyên luận "Book of Lights" đã mô tả một hỗn hợp dựa trên kali nitrat, được sử dụng trong Byzantium như là "Ngọn lửa Hy Lạp" nổi tiếng và bao gồm 60% nitrat, 20% lưu huỳnh và 20% than.
Lịch sử phát hiện ra thuốc súng của châu Âu bắt đầu với một người Anh, tu sĩ dòng Phanxicô Roger Bacon, người vào năm 1242 trong cuốn sách "Liber de Nullitate Magiae" đã đưa ra một công thức làm bột đen cho tên lửa và pháo hoa (40% diêm tiêu, 30% than và 30 % lưu huỳnh) và nhà sư bán thần thoại Berthold Schwartz (1351). Tuy nhiên, có thể đây là một người: việc sử dụng bút danh trong thời Trung cổ khá phổ biến, cũng như sự nhầm lẫn sau đó với việc xác định niên đại của các nguồn.
Sự đơn giản của thành phần, sự sẵn có của hai trong ba thành phần (lưu huỳnh bản địa vẫn không phải là hiếm ở các vùng phía nam của Ý và Sicily), sự dễ dàng chuẩn bị - tất cả những điều này đã đảm bảo cho thuốc súng một cuộc hành quân khải hoàn qua các nước châu Âu và Châu Á. Vấn đề duy nhất là thu được một lượng lớn kali nitrat, nhưng nhiệm vụ này đã được giải quyết thành công. Vì trữ lượng nitrat kali kali duy nhất được biết vào thời điểm đó là ở Ấn Độ (do đó có tên thứ hai - tiếng Ấn Độ), sản xuất địa phương đã được thiết lập ở hầu hết các quốc gia. Không thể gọi anh ta là dễ chịu, ngay cả với một nguồn cung cấp lạc quan vững chắc: nguyên liệu thô cho anh ta là phân, ruột động vật, nước tiểu và lông động vật. Thành phần ít khó chịu nhất trong hỗn hợp có mùi hôi và nhiều đất này là vôi và bồ tạt. Tất cả của cải này trong vài tháng được đổ vào các hố, nơi nó lên men dưới tác động của vi khuẩn azotobacteria. Amoniac giải phóng được oxy hóa thành nitrat, cuối cùng tạo ra nitrat thèm muốn, được phân lập và tinh chế bằng cách kết tinh lại - một nghề nghiệp, tôi sẽ nói, không phải là nghề dễ chịu nhất. Như bạn có thể thấy, không có gì đặc biệt phức tạp trong quá trình này, nguyên liệu thô khá phải chăng và sự sẵn có của thuốc súng cũng nhanh chóng trở nên phổ biến.
Thuốc súng đen (hoặc khói) là một loại thuốc nổ phổ biến thời bấy giờ. Không lung lay cũng không lăn tăn, trong nhiều năm, nó được sử dụng vừa làm đạn vừa làm chất độn cho những quả bom đầu tiên - nguyên mẫu của đạn hiện đại. Cho đến cuối 1/3 đầu thế kỷ 19, thuốc súng đáp ứng đầy đủ nhu cầu của sự tiến bộ. Nhưng khoa học và công nghiệp không đứng yên, chẳng mấy chốc đã không còn đáp ứng được yêu cầu của thời đại do năng lực quá nhỏ bé. Sự kết thúc của độc quyền thuốc súng có thể là do những năm 70 của thế kỷ 17, khi A. Lavoisier và C. Berthollet tổ chức sản xuất muối berthollet dựa trên kali clorat do Berthollet phát hiện (muối berthollet).
Lịch sử của muối Berthollet có thể bắt nguồn từ thời điểm Claude Berthollet nghiên cứu các đặc tính của clo do Carl Scheele phát hiện gần đây. Bằng cách cho clo đi qua dung dịch kali hiđroxit đậm đặc nóng, Berthollet thu được một chất mới, sau này được các nhà hóa học gọi là kali clorat, chứ không phải bởi các nhà hóa học - muối Berthollet. Nó xảy ra vào năm 1786. Và mặc dù muối của quỷ không bao giờ trở thành một chất nổ mới, nhưng nó đã hoàn thành vai trò của mình: thứ nhất, nó là động lực để tìm kiếm những chất thay thế mới cho “thần chiến tranh” đã mục nát, và thứ hai, nó trở thành người sáng lập ra các loại chất nổ mới - người khởi xướng.
Dầu nổ
Và vào năm 1846, các nhà hóa học đã đề xuất hai chất nổ mới - pyroxylin và nitroglycerin. Tại Turin, nhà hóa học người Ý Ascagno Sobrero đã phát hiện ra rằng chỉ cần xử lý glycerin với axit nitric (nitrat hóa) là đủ để tạo thành một chất lỏng trong suốt có dầu - nitroglycerin. Báo cáo in đầu tiên về ông được đăng trên tạp chí L'Institut (XV, 53) vào ngày 15 tháng 2 năm 1847, và nó xứng đáng được trích dẫn một số. Phần đầu tiên nói:
“Ascagno Sobrero, giáo sư hóa kỹ thuật từ Turin, trong một bức thư được truyền bởi prof. Peluzom, báo cáo rằng anh ta đã nhận được chất nổ từ lâu do tác dụng của axit nitric với các chất hữu cơ khác nhau, cụ thể là đường mía, đậu biếc, dextrit, đường sữa, v.v. Sobrero cũng nghiên cứu ảnh hưởng của hỗn hợp axit nitric và sulfuric lên glycerin, và kinh nghiệm cho thấy anh ta thu được một chất, tương tự như bông lúc lắc …"
Hơn nữa, có một mô tả về thí nghiệm nitrat hóa, chỉ thú vị đối với các nhà hóa học hữu cơ (và thậm chí sau đó chỉ theo quan điểm lịch sử), nhưng chúng tôi sẽ chỉ lưu ý một đặc điểm: dẫn xuất nitro của xenlulo, cũng như khả năng phát nổ của chúng., đã được khá nhiều người biết đến sau đó [11].
Nitroglycerin là một trong những chất nổ nổ mạnh và nhạy cảm nhất và cần đặc biệt chú ý khi xử lý.
1. Độ nhạy: có thể nổ do bị đạn bắn. Độ nhạy khi va đập với quả tạ 10 kg thả từ độ cao 25 cm - 100%. Sự đốt cháy biến thành sự phát nổ.
2. Năng lượng chuyển hóa chất nổ - 5300 J / kg.
3. Tốc độ nổ: 6500 m / s.
4. Độ rộng: 15-18 mm.
5. Độ nổ: 360-400 mét khối. xem [6].
Khả năng sử dụng nitroglycerin đã được chỉ ra bởi nhà hóa học Nga N. N. Zinin, người vào năm 1853-1855 trong Chiến tranh Krym, cùng với kỹ sư quân sự V. F. Petrushevsky, đã sản xuất một lượng lớn nitroglycerin.
Giáo sư Đại học Kazan N. N. Zinin
Kỹ sư quân sự V. F. Petrushevsky
Nhưng con quỷ sống trong nitroglycerin hóa ra lại hung ác và nổi loạn. Nó chỉ ra rằng độ nhạy của chất này với các tác động bên ngoài chỉ kém một chút so với thủy ngân nổ. Nó có thể phát nổ ngay tại thời điểm nitrat hóa, nó không thể bị lắc, làm nóng và làm lạnh, hoặc tiếp xúc với ánh nắng mặt trời. Nó có thể phát nổ trong quá trình bảo quản. Và nếu bạn đốt nó bằng que diêm, nó có thể cháy khá bình tĩnh …
Tuy nhiên, nhu cầu về chất nổ mạnh vào giữa thế kỷ 19 đã lớn đến mức, bất chấp nhiều tai nạn, nitroglycerin bắt đầu được sử dụng rộng rãi trong các hoạt động nổ mìn.
Nhiều người đã cố gắng kiềm chế quỷ dữ, nhưng vinh quang của người thuần hóa đã thuộc về Alfred Nobel. Sự thăng trầm của con đường này, cũng như số phận của số tiền thu được từ việc bán chất này, được nhiều người biết đến, và tác giả cho rằng không cần thiết phải đi sâu vào chi tiết của chúng.
Được "ép" vào các lỗ chân lông của một chất độn trơ (và hàng chục chất đã được thử như vậy, trong đó tốt nhất là đất truyền dịch - silicat xốp, 90% thể tích rơi vào các lỗ chân lông có thể hấp thụ nitroglycerin một cách tham lam), nitroglycerin trở nên "dễ chịu" hơn nhiều, giữ cho anh ta gần như tất cả sức mạnh hủy diệt của mình. Như bạn đã biết, Nobel đã đặt cho hỗn hợp này, trông giống như than bùn, cái tên "thuốc nổ" (từ tiếng Hy Lạp "khủng long" - sức mạnh). Số phận trớ trêu: một năm sau khi Nobel nhận được bằng sáng chế về sản xuất thuốc nổ, Petrushevsky hoàn toàn độc lập trộn nitroglycerin với magie và nhận được chất nổ, sau này được gọi là "thuốc nổ Nga".
Nitroglycerin (cụ thể hơn là glyxerin trinitrat) là một este hoàn chỉnh của glixerin và axit nitric. Nó thường thu được bằng cách xử lý glycerin với hỗn hợp axit sulfuric-nitric (trong ngôn ngữ hóa học - phản ứng este hóa):
Sự bùng nổ của nitroglycerin đi kèm với việc giải phóng một lượng lớn các sản phẩm ở dạng khí:
4 C3H5 (NO2) 3 = 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Quá trình este hóa tiến hành tuần tự theo ba giai đoạn: ở giai đoạn thứ nhất thu được glixerol mononitrat, ở giai đoạn thứ hai - glixerol đinitrat và ở giai đoạn thứ ba - glixerol trinitrat. Để tạo ra nitroglycerin hoàn chỉnh hơn, lượng axit nitric dư 20% được lấy vượt quá lượng yêu cầu về mặt lý thuyết.
Quá trình nitrat hóa được thực hiện trong chậu sứ hoặc bình chì hàn trong một bể nước đá. Khoảng 700 g nitroglycerin thu được trong một lần chạy, và trong một giờ các hoạt động như vậy được thực hiện trong 3-4.
Nhưng nhu cầu ngày càng tăng đã có những điều chỉnh riêng đối với công nghệ sản xuất nitroglycerin. Theo thời gian (năm 1882), công nghệ sản xuất chất nổ trong máy nitrat đã được phát triển. Trong trường hợp này, quá trình được chia thành hai giai đoạn: ở giai đoạn đầu, glyxerin được trộn với một nửa lượng axit sunfuric, và do đó phần lớn nhiệt giải phóng được sử dụng, sau đó tạo ra hỗn hợp axit nitric và axit sunfuric. đã được đưa vào cùng một tàu. Do đó, có thể tránh được khó khăn chính: quá nhiệt của hỗn hợp phản ứng. Quá trình khuấy được thực hiện bằng không khí nén ở áp suất 4 atm. Năng suất của quá trình là 100 kg glycerin trong 20 phút ở 10 - 12 độ.
Do trọng lượng riêng của nitroglycerin (1, 6) và axit thải (1, 7) khác nhau, nó thu thập từ phía trên với một mặt phân cách sắc nét. Sau khi nitrat hóa, nitroglycerin được rửa bằng nước, sau đó rửa khỏi dư lượng axit bằng soda và rửa lại bằng nước. Việc trộn ở tất cả các giai đoạn của quá trình đều được thực hiện bằng khí nén. Quá trình làm khô được thực hiện bằng cách lọc qua một lớp muối ăn đã nung [9].
Như bạn có thể thấy, phản ứng này khá đơn giản (nhớ lại làn sóng khủng bố vào cuối thế kỷ 19, được nêu ra bởi những "kẻ đánh bom", những người nắm vững khoa học đơn giản về hóa học ứng dụng) và thuộc về số lượng "quá trình hóa học đơn giản" (A. Stetbacher). Hầu hết mọi lượng nitroglycerin đều có thể được tạo ra trong những điều kiện đơn giản nhất (tạo ra bột màu đen không dễ dàng hơn nhiều).
Mức tiêu hao các thuốc thử như sau: để thu được 150 ml nitroglycerin cần lấy: 116 ml glyxerin; 1126 ml axit sunfuric đặc;
649 ml axit nitric (nồng độ ít nhất 62%).
Dynamite trong chiến tranh
Thuốc nổ lần đầu tiên được sử dụng trong Chiến tranh Pháp-Phổ 1870-1871: Đặc công của Phổ cho nổ tung các công sự của Pháp bằng thuốc nổ. Nhưng độ an toàn của chất nổ hóa ra là tương đối. Quân đội ngay lập tức phát hiện ra rằng khi bị bắn bởi một viên đạn, nó phát nổ không kém gì tiền thân của nó, và sự đốt cháy trong một số trường hợp nhất định sẽ biến thành một vụ nổ.
Nhưng sự cám dỗ để có được đạn dược mạnh mẽ là không thể cưỡng lại được. Thông qua các thí nghiệm khá nguy hiểm và phức tạp, người ta có thể phát hiện ra rằng thuốc nổ sẽ không phát nổ nếu tải trọng tăng lên không ngay lập tức, nhưng dần dần, giữ cho gia tốc của đạn trong giới hạn an toàn.
Giải pháp cho vấn đề ở cấp độ kỹ thuật đã được nhìn thấy trong việc sử dụng khí nén. Vào tháng 6 năm 1886, Trung úy Edmund Ludwig G. Zelinsky thuộc Trung đoàn Pháo binh số 5 của Quân đội Hoa Kỳ đã thử nghiệm và hoàn thiện thiết kế Ban đầu của Công binh Hoa Kỳ. Một khẩu pháo khí nén cỡ nòng 380 mm và dài 15 m với sự hỗ trợ của khí nén đến 140 atm có thể ném những viên đạn dài 3,35 m từ 227 kg thuốc nổ ở 1800 mA, đường đạn dài 1,83 m với 51 kg thuốc nổ và tất cả 5 nghìn m
Động lực được cung cấp bởi hai bình khí nén, và bình trên được nối với dụng cụ bằng một ống mềm. Xi lanh thứ hai là nguồn dự trữ để cung cấp thức ăn cho phần trên, và áp suất trong chính nó được duy trì với sự trợ giúp của một máy bơm hơi được chôn dưới đất. Đạn được nạp thuốc nổ có hình dạng giống như một phi tiêu - một mũi tên pháo - và có một đầu đạn nặng 50 pound.
Công tước xứ Cambridge đã ra lệnh cho quân đội thử nghiệm một hệ thống như vậy ở Milford Haven, nhưng khẩu súng đã sử dụng gần hết đạn trước khi bắn trúng mục tiêu, tuy nhiên, nó đã bị phá hủy rất hiệu quả. Các đô đốc Mỹ rất thích thú với loại pháo mới: năm 1888, xuất tiền để chế tạo 250 khẩu thuốc nổ cho pháo binh ven biển.
Năm 1885, Zelinsky thành lập Công ty Súng khí nén để giới thiệu súng khí nén với đạn nổ trong quân đội và hải quân. Các thí nghiệm của ông đã dẫn đến việc nói về súng hơi như một vũ khí mới đầy hứa hẹn. Hải quân Hoa Kỳ thậm chí còn chế tạo tàu tuần dương kháng chất nổ Vesuvius 944 tấn vào năm 1888, trang bị ba trong số các khẩu pháo 381mm này.
Sơ đồ của tàu tuần dương "thuốc nổ" "Vesuvius"
[Trung tâm]
Và đây là những vũ khí cố định của anh ta trông như thế nào[/Trung tâm]
Nhưng một điều kỳ lạ: sau vài năm, sự nhiệt tình nhường chỗ cho sự thất vọng. "Trong Chiến tranh Tây Ban Nha-Mỹ," các lính pháo binh Mỹ nói về điều này, "những khẩu súng này không bao giờ bắn trúng đúng chỗ." Và mặc dù nó không phải là quá nhiều về súng như khả năng bắn chính xác của lính pháo binh và khả năng siết chặt của súng, hệ thống này đã không nhận được sự phát triển thêm.
Năm 1885, Holland đã lắp đặt khẩu pháo phòng không của Zelinsky trên tàu ngầm số 4 của mình. Tuy nhiên, vấn đề đã không đi đến các thử nghiệm thực tế của nó, tk. chiếc thuyền bị tai nạn nghiêm trọng trong quá trình hạ thủy.
Năm 1897, Hà Lan trang bị lại cho tàu ngầm số 8 của mình một khẩu pháo Zelinsky mới. Vũ khí trang bị bao gồm một ống phóng ngư lôi mũi tên 18 inch (457 mm) với ba ngư lôi Whitehead, cũng như một khẩu súng hơi phía sau Zelinsky dùng cho đạn nổ (7 viên đạn nặng 222 lbs. 100,7 kg) mỗi viên). Tuy nhiên, do nòng quá ngắn, bị giới hạn bởi kích thước của thuyền nên loại súng này có tầm bắn ngắn. Sau khi chụp thực tế, nhà phát minh đã tháo dỡ nó vào năm 1899.
Trong tương lai, cả Holland và các nhà thiết kế khác đều không lắp đặt súng (thiết bị) để bắn mìn và đạn nổ trên tàu ngầm của họ. Vì vậy, các khẩu súng của Zelinsky không thể nhận thấy, nhưng nhanh chóng rời khỏi sân khấu [12].
Anh chị em ruột của nitroglycerin
Từ quan điểm hóa học, glycerin là đại diện đơn giản nhất của nhóm rượu trihydric. Có một chất tương tự điatomic của nó - ethylene glycol. Có gì lạ khi sau khi làm quen với nitroglycerin, các nhà hóa học đã chuyển sự chú ý sang ethylene glycol, với hy vọng rằng nó sẽ thuận tiện hơn khi sử dụng.
Nhưng ở đây, ác quỷ chất nổ cũng thể hiện tính cách thất thường của mình. Các đặc tính của dinitroethylene glycol (chất nổ này không bao giờ có tên riêng) hóa ra không khác nhiều so với nitroglycerin:
1. Độ nhạy: kích nổ khi vật nặng 2 kg rơi từ độ cao 20 cm; nhạy cảm với ma sát, lửa.
2. Năng lượng chuyển hóa chất nổ - 6900 J / kg.
3. Tốc độ nổ: 7200 m / s.
4. Chiều cao: 16,8 mm.
5. Độ nổ cao: 620-650 mét khối. cm.
Nó lần đầu tiên được Henry thu được vào năm 1870. Nó thu được bằng cách nitrat hóa cẩn thận etylen glicol theo một quy trình tương tự như điều chế nitroglycerin (hỗn hợp nitrat hóa: H2SO4 - 50%, HNO3 - 50%; tỷ lệ - 1 đến 5 đối với ethylene glycol).
Quá trình nitrat hóa có thể được thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn, đó là một yếu tố dẫn đến năng suất cao hơn [7, 8].
Mặc dù thực tế là nhìn chung, độ nhạy của DNEG có phần thấp hơn so với NG, việc sử dụng nó không hứa hẹn những lợi ích đáng kể. Nếu chúng ta thêm vào điều này một sự biến động cao hơn so với NG và sự sẵn có của nguyên liệu thô thấp hơn, thì rõ ràng là con đường này cũng chẳng dẫn đến đâu.
Tuy nhiên, anh ta cũng không hóa ra là hoàn toàn vô dụng. Lúc đầu, nó được dùng làm chất phụ gia cho thuốc nổ, trong chiến tranh thế giới thứ hai, do thiếu glycerin nên nó được dùng thay thế cho nitroglycerin trong bột không khói. Những loại bột như vậy có thời hạn sử dụng ngắn do sự biến động của DNEG, nhưng trong điều kiện thời chiến, điều này không quan trọng lắm: không ai bảo quản chúng trong thời gian dài.
Tạp dề Christian Schönbein
Không biết quân đội đã mất bao nhiêu thời gian để tìm cách làm dịu nitroglycerin, nếu vào cuối thế kỷ 19, công nghệ công nghiệp sản xuất nitroester khác vẫn chưa xuất hiện. Tóm lại, lịch sử xuất hiện của nó như sau [16].
Năm 1832, nhà hóa học người Pháp Henri Braconneau phát hiện ra rằng khi tinh bột và sợi gỗ được xử lý bằng axit nitric, một chất không bền, dễ cháy và nổ được hình thành, ông gọi là xyloidin. Đúng vậy, vấn đề chỉ giới hạn trong thông điệp về khám phá này. Sáu năm sau, vào năm 1838, một nhà hóa học người Pháp khác, Théophile-Jules Pelouse, đã xử lý giấy và bìa theo cách tương tự và tạo ra một vật liệu tương tự, mà ông đặt tên là nitramidine. Ai có thể nghĩ đến lúc đó, nhưng lý do không thể sử dụng nitramidine cho các mục đích kỹ thuật chính là độ ổn định thấp của nó.
Năm 1845, nhà hóa học người Thụy Sĩ Christian Friedrich Schönbein (người đã trở nên nổi tiếng vào thời điểm đó với việc khám phá ra ôzôn) đang tiến hành các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm của mình. Vợ anh nghiêm cấm anh mang bình vào bếp, vì vậy anh vội vàng hoàn thành thí nghiệm khi vắng mặt cô - và làm đổ một ít hỗn hợp xút lên bàn. Trong một nỗ lực để tránh một vụ bê bối, theo truyền thống tốt nhất về độ chính xác của Thụy Sĩ, ông đã lau sạch nó bằng tạp dề làm việc của mình, vì không có quá nhiều hỗn hợp. Sau đó, cũng theo truyền thống tiết kiệm của người Thụy Sĩ, ông rửa chiếc tạp dề bằng nước và treo nó lên bếp cho khô. Nó được treo ở đó bao lâu hay ngắn, lịch sử im lặng, nhưng sau khi lau khô chiếc tạp dề đột nhiên biến mất, điều đó là chắc chắn. Hơn nữa, anh ta biến mất không lặng lẽ, bằng tiếng Anh, mà lớn tiếng, người ta thậm chí có thể nói mê hoặc: trong nháy mắt và tiếng vỗ tay lớn của một vụ nổ. Nhưng đây là điều khiến Schönbein chú ý: vụ nổ xảy ra mà không có một chút khói nào!
Và mặc dù Schönbein không phải là người đầu tiên phát hiện ra nitrocellulose, nhưng chính ông đã được định sẵn để đưa ra kết luận về tầm quan trọng của khám phá này. Vào thời điểm đó, bột màu đen được sử dụng trong pháo binh, muội than từ đó làm bẩn các khẩu súng mà trong khoảng thời gian giữa các lần bắn chúng phải được lau sạch, và sau những cú đánh đầu tiên, một bức màn khói bốc lên khiến họ phải chiến đấu gần như mù mịt. Không cần phải nói, những làn khói đen đã chỉ ra vị trí của những viên pin một cách hoàn hảo. Điều duy nhất làm tươi sáng cuộc sống là nhận ra rằng kẻ thù đang ở cùng một vị trí. Do đó, quân đội đã phản ứng nhiệt tình với loại chất nổ ít khói hơn nhiều, ngoài ra nó cũng mạnh hơn chất nổ đen.
Nitrocellulose, không có những khuyết điểm của bột đen, đã làm cho nó có thể thiết lập sản xuất bột không khói. Và, theo truyền thống của thời đó, họ quyết định sử dụng nó như một chất đẩy và chất nổ. Năm 1885, sau nhiều công trình thử nghiệm, kỹ sư người Pháp Paul Viel đã nhận và thử nghiệm vài kg bột tạo vảy pyroxylin, được gọi là thuốc súng "B" - loại bột không khói đầu tiên. Các cuộc thử nghiệm đã chứng minh lợi ích của loại thuốc phóng mới.
Tuy nhiên, việc sản xuất số lượng lớn nitrocellulose cho nhu cầu quân sự không phải là điều dễ dàng. Nitrocellulose quá nôn nóng chờ đợi các trận chiến và các nhà máy, như một quy luật, bay lên không trung với sự đều đặn đáng ghen tị, như thể đang cạnh tranh với sản xuất nitroglycerin. Sự phát triển của công nghệ sản xuất công nghiệp pyroxylin đã phải vượt qua những trở ngại như không có chất nổ nào khác. Phải mất cả một phần tư thế kỷ để thực hiện một số công trình của các nhà nghiên cứu từ các quốc gia khác nhau cho đến khi chất nổ dạng sợi ban đầu này trở nên thích hợp để sử dụng và cho đến khi nhiều phương tiện và phương pháp được tìm thấy bằng cách nào đó đảm bảo chống cháy nổ trong thời gian bảo quản sản phẩm kéo dài. Cụm từ "theo bất kỳ cách nào" không phải là một thiết bị văn học, mà là sự phản ánh khó khăn mà các nhà hóa học và công nghệ đã gặp phải trong việc xác định tiêu chí độ ổn định. Không có đánh giá chắc chắn về các phương pháp tiếp cận để xác định tiêu chí ổn định, và với việc mở rộng phạm vi sử dụng của loại chất nổ này, các vụ nổ liên tục đã tiết lộ ngày càng nhiều đặc điểm bí ẩn trong hoạt động của loại ête phức tạp đặc biệt này. Mãi đến năm 1891, James Dewar và Frederick Abel mới tìm ra công nghệ an toàn.
Việc sản xuất pyroxylin đòi hỏi một số lượng lớn các thiết bị phụ trợ và một quy trình công nghệ kéo dài, trong đó tất cả các hoạt động phải được thực hiện một cách cẩn thận và kỹ lưỡng như nhau.
Sản phẩm ban đầu để sản xuất pyroxylin là xenlulo, đại diện tốt nhất là bông. Xenlulozơ nguyên chất tự nhiên là một polyme bao gồm các gốc glucozơ, là một họ hàng gần của tinh bột: (C6H10O5) n. Ngoài ra, chất thải từ các nhà máy giấy có thể cung cấp nguyên liệu thô tuyệt vời.
Quá trình nitrat hóa sợi được làm chủ ở quy mô công nghiệp vào những năm 60 của thế kỷ 19 và được thực hiện trong các chậu gốm với việc quay thêm trong máy ly tâm. Tuy nhiên, vào cuối thế kỷ này, phương pháp nguyên thủy này đã bị thay thế bởi công nghệ của Mỹ, mặc dù trong Thế chiến I, nó đã được hồi sinh do chi phí thấp và đơn giản (chính xác hơn là chủ nghĩa nguyên thủy).
Bông tinh chế được nạp vào máy nitrator, một hỗn hợp nitrat (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, nước - 7%) được thêm vào dựa trên 15 kg sợi 900 kg hỗn hợp, tạo ra 25 kg pyroxylin..
Các thiết bị nitơ được kết nối trong pin, bao gồm bốn lò phản ứng và một máy ly tâm. Các thiết bị nitrat được nạp với khoảng thời gian (khoảng 40 phút) bằng với thời gian chiết, điều này đảm bảo tính liên tục của quá trình.
Pyroxylin là một hỗn hợp các sản phẩm có mức độ nitrat hóa xenlulozơ khác nhau. Pyroxylin, thu được bằng cách sử dụng axit photphoric thay vì axit sulfuric, có tính ổn định cao, nhưng công nghệ này không phát huy tác dụng do chi phí cao hơn và năng suất thấp hơn.
Pyroxylin ép có đặc tính tự cháy và cần được làm ẩm. Nước được sử dụng để rửa và ổn định pyroxylin không được chứa các tác nhân kiềm, vì các sản phẩm của quá trình phá hủy kiềm là các chất xúc tác tự nhận. Sấy cuối cùng đến độ ẩm cần thiết đạt được bằng cách rửa bằng cồn tuyệt đối.
Nhưng nitrocellulose ướt cũng không tránh khỏi những rắc rối: nó dễ bị ô nhiễm bởi các vi sinh vật gây nấm mốc. Bảo vệ nó bằng cách tẩy lông trên bề mặt. Thành phẩm có các đặc điểm sau:
1. Độ nhạy của pyroxylin phụ thuộc nhiều vào độ ẩm. Khô (độ ẩm 3 - 5%) dễ bắt lửa từ ngọn lửa trần hoặc chạm vào kim loại nóng, khoan, ma sát. Nó phát nổ khi vật nặng 2 kg rơi từ độ cao 10 cm, khi độ ẩm tăng, độ nhạy giảm và ở mức 50% nước, khả năng kích nổ biến mất.
2. Năng lượng chuyển hóa chất nổ - 4200 MJ / kg.
3. Tốc độ nổ: 6300 m / s.
4. Chiều rộng: 18 mm.
5. Độ nổ cao: 240 mét khối. cm.
Chưa hết, bất chấp những thiếu sót, pyroxylin ổn định hơn về mặt hóa học phù hợp với quân đội hơn nitroglycerin và thuốc nổ, độ nhạy của nó có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi độ ẩm của nó. Do đó, pyroxylin ép bắt đầu được sử dụng rộng rãi để trang bị cho đầu đạn của mìn và đạn pháo, nhưng theo thời gian, sản phẩm vô song này đã nhường chỗ cho các dẫn xuất nitrat hóa của hydrocacbon thơm. Nitrocellulose vẫn là một chất nổ đẩy, nhưng với tư cách là một chất nổ nổ, nó đã vĩnh viễn lùi vào dĩ vãng [9].
Thạch dễ bay hơi và thuốc súng nitroglycerin
“Bột màu đen … đại diện cho tất cả những thành tựu của sự cải tiến hơn nữa - thông qua nghiên cứu khoa học về các hiện tượng vô hình xảy ra trong quá trình đốt cháy của nó. Thuốc súng không khói là một liên kết mới giữa sức mạnh của các quốc gia và sự phát triển khoa học của họ. Vì lý do này, là một trong những chiến binh của nền khoa học Nga, với sức lực suy giảm và nhiều năm, tôi không dám phân tích nhiệm vụ của thuốc súng không khói …"
Người đọc, thậm chí một chút quen thuộc với lịch sử hóa học, có lẽ đã đoán được những lời này là của ai - nhà hóa học lỗi lạc người Nga D. I. Mendeleev.
Mendeleev đã dành rất nhiều nỗ lực và sự chú ý cho porrocheliy như một lĩnh vực kiến thức hóa học trong những năm cuối đời - năm 1890-1897. Nhưng, như mọi khi, giai đoạn phát triển tích cực có trước giai đoạn phản ánh, tích lũy và hệ thống hóa tri thức.
Mọi chuyện bắt đầu từ việc vào năm 1875, Alfred Nobel không mệt mỏi đã có một khám phá khác: một dung dịch rắn dẻo và đàn hồi của nitrocellulose trong nitroglycerin. Nó kết hợp khá thành công dạng rắn, mật độ cao, dễ đúc, năng lượng tập trung và không nhạy cảm với độ ẩm không khí cao. Thạch, được đốt cháy hoàn toàn thành carbon dioxide, nitơ và nước, bao gồm 8% dinitrocellulose và 92% nitroglycerin.
Không giống như Nobel công nghệ, D. I. Mendeleev đã tiến hành từ một cách tiếp cận khoa học thuần túy. Trên cơ sở nghiên cứu của mình, ông đưa ra một ý tưởng hoàn toàn xác đáng và có căn cứ về mặt hóa học: chất cần thiết trong quá trình đốt cháy phải tạo ra tối đa các sản phẩm ở dạng khí trên một đơn vị trọng lượng. Từ quan điểm hóa học, điều này có nghĩa là cần có đủ oxy trong hợp chất này để chuyển đổi hoàn toàn cacbon thành oxit ở thể khí, hydro thành nước và khả năng oxy hóa để cung cấp năng lượng cho toàn bộ quá trình này. Một tính toán chi tiết dẫn đến công thức của thành phần sau: C30H38 (NO2) 12O25. Khi đốt, bạn sẽ nhận được những điều sau:
C30H38 (NO2) 12O25 = 30 CO + 19 H2O + 6 N2
Việc thực hiện phản ứng tổng hợp có chủ đích của một chất có thành phần như vậy không phải là một nhiệm vụ dễ dàng, ngay cả hiện tại, do đó, trong thực tế, hỗn hợp 7-10% nitrocellulose và 90-93% nitroglycerin đã được sử dụng. Phần trăm hàm lượng nitơ là khoảng 13, 7%, vượt quá con số này một chút đối với pyrocollodia (12, 4%). Hoạt động không đặc biệt khó khăn, không yêu cầu sử dụng thiết bị phức tạp (nó được thực hiện trong pha lỏng) và tiến hành trong điều kiện bình thường.
Năm 1888, Nobel nhận được bằng sáng chế cho thuốc súng làm từ nitroglycerin và colloxylin (chất xơ ít nitrat hóa), được đặt tên là thuốc súng không khói pyroxylin. Thành phần này thực tế không thay đổi cho đến nay dưới nhiều tên gọi kỹ thuật khác nhau, trong đó nổi tiếng nhất là cordite và ballistite. Sự khác biệt chính là ở tỷ lệ giữa nitroglycerin và pyroxylin (ở cordite thì cao hơn) [13].
Làm thế nào để các chất nổ này liên quan với nhau? Hãy nhìn vào bảng:
Bảng 1.
BB …… Độ nhạy…. Sức mạnh… Tốc độ …… Khủng khiếp… Độ bùng nổ cao
……… (kg / cm /% vụ nổ)…. Nổ…. Nổ
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
Các đặc tính của tất cả các chất nổ là khá giống nhau, nhưng sự khác biệt về tính chất vật lý quyết định các góc ứng dụng khác nhau của chúng.
Như chúng ta đã thấy, cả nitroglycerin và pyroxylin đều không làm hài lòng quân đội về đặc tính của chúng. Theo tôi, lý do cho độ ổn định thấp của những chất này nằm ở bề ngoài. Cả hai hợp chất (hoặc ba - đếm và dinitroetylen glycol) đều là đại diện của lớp ete. Và nhóm este hoàn toàn không phải là một trong những nhóm dẫn đầu về khả năng kháng hóa chất. Đúng hơn, cô ấy có thể được tìm thấy trong số những người bên ngoài. Nhóm nitro, chứa nitơ ở trạng thái ôxy hóa khá lạ là +5 đối với nó, cũng không phải là một mô hình ổn định. Sự cộng sinh của chất oxy hóa mạnh này với chất khử tốt như nhóm hydroxyl của rượu chắc chắn dẫn đến một số hậu quả tiêu cực, trong đó khó chịu nhất là sự thất thường trong ứng dụng.
Tại sao các nhà hóa học và quân đội lại dành nhiều thời gian để thử nghiệm chúng? Có vẻ như, rất nhiều người đã chiến thắng. Quân đội - sức mạnh cao và nguồn nguyên liệu sẵn có, đã làm tăng hiệu quả chiến đấu của quân đội và làm cho quân đội không nhạy cảm với việc giao hàng trong thời chiến. Nhà công nghệ - điều kiện tổng hợp nhẹ (không cần sử dụng nhiệt độ cao và áp suất cao) và thuận tiện về công nghệ (mặc dù các quá trình nhiều giai đoạn, tất cả các phản ứng đều tiến hành trong một thể tích phản ứng và không cần phải phân lập các sản phẩm trung gian).
Sản lượng thực tế của các sản phẩm cũng khá cao (Bảng 2), điều này không gây ra nhu cầu cấp thiết trong việc tìm kiếm các nguồn cung cấp lượng lớn axit nitric rẻ tiền (vấn đề với axit sunfuric đã được giải quyết sớm hơn nhiều).
Ban 2.
BB …… Lượng thuốc thử tiêu thụ trên 1 kg….. Số công đoạn…. Số sản phẩm thải ra
……… Axit nitric.. Axit sunfuric
GN …….10 ……………..23 ……………..3 …………………… 1
DNEG….16, 5 …………..16, 5 …………… 2 …………………… 1
NK ……..8, 5 …………… 25 ……………..3 …………………… 1
Tình hình thay đổi đáng kể khi hiện thân mới của ác quỷ chất nổ xuất hiện: trinitrophenol và trinitrotoluene.
(Còn tiếp)
