Лекция №4
Тема: Скорость и формы взрывчатого превращения. Детонация.
Известны три наиболее характерные формы взрывчатого превращения ВВ:
Термический распад.
Горение.
Детонация.
Термический распад возникает при нагреве ВВ ниже температуры вспышки. Скорость его зависит от температуры нагрева. Способность ВВ к термическому распаду принимается во внимание при определении безопасных условий хранения и переработки ВВ.
Горение - возникает при местных нагревах (поджигании, разогреве, трении) ВВ выше температуры его вспышки и характеризуется сравнительно медленным распространением по веществу зоны реакции в результате прогрева впереди лежащих слоев вещества. В самом пламени скорость реакции высокая, так как температура горения ВВ достигает нескольких тысяч градусов.
Скорость горения, или распространение пламени по веществу зависит от физико-химических свойств ВВ и внешних условий.
Детонация — процесс взрывчатого превращения, вызываемый прохождением по веществу ударной волны (скачка давления), распространяющийся с постоянной для данного физического состояния вещества сверхзвуковой скоростью, порядка 1200-9000 м/с. Детонация мало зависит от внешнего давления и температуры.
Промежуточным режимом между горением и детонацией является так называемое взрывное горение, которое характеризуется непостоянством скорости, достигающей десятков или сотен метров в секунду.
В химическом отношении взрыв представляет собой необратимую реакцию превращения исходного вещества или смеси веществ в газообразные продукты. В идеальном случае процесс превращения должен привести к образованию термодинамически наиболее устойчивых соединений и сопровождаться максимальным выделением тепла.
Лекция №5
Тема: Кислородный баланс.
Кислородным балансом называется выраженное в процентах избыточное, достаточное или недостаточное количество кислорода во взрывчатом веществе по сравнению с количеством, необходимым для полного окисления содержащихся в нём горючих элементов (углерода, водорода, алюминия и др.). Под полным окислением следует понимать окисление водорода в воду, углерода – в диоксид углерода (углекислый газ), алюминия – в оксид алюминия.
В зависимости от избытка или недостатка кислорода в ВВ различают нулевой, положительный и отрицательный кислородный баланс . Нулевой – это такой кислородный баланс, при котором количество кислорода в составе ВВ равно количеству , необходимому для полного окисления всех горючих элементов, входящих в ВВ. Если в составе ВВ имеется избыток кислорода, то кислородный баланс считается положительным , а если недостаток – отрицательным .
Кислородный баланс – это физико-химическая характеристика ВВ. Его можно качественно оценить по взрывной реакции, т. е. по составу газообразных продуктов взрыва, а именно: при нулевом - среди продуктов взрыва есть только Н2О, СО2 , N2 ( возможно и Al2O3), например, у нитрогликоля; при положительном, кроме того, содержится свободный кислород, например, в аммиачной селитре; при отрицательном – оксид углерода (угарный газ) и углерод, например, у тротила.
Точное численное значение кислородного баланса ВВ определяют по уравнению:
где Nк – количество атомов кислорода в молекуле ВВ;
Nк' – количество атомов кислорода, необходимое для полного окисления горючих элементов (углерода, водорода, алюминия и др.);
а – молярная масса кислорода (а =16 кг/кмоль );
МВВ – молярная масса ВВ, кг/кмоль .
Если ВВ имеет элементарный состав в виде CaHbOcNdAle, то Nк = с ; Nк' = 2а + 0,5 b + 1,5 е ,
где а, b, c, d, e – количество атомов химического элемента в молекуле ВВ.
Очевидно, что если Nк>Nк', то кислородный баланс положительный, если Nк<Nк'– отрицательный, а если Nк=Nк' – нулевой.
Взрывчатые вещества с нулевым кислородным балансом наиболее эффективны, поскольку при полном окислении горючих элементов выделяется максимальное количество теплоты, что обеспечивает максимальное выделение энергии в момент взрыва.
Пример 1. Определить кислородный баланс нитроглицерина C3H5(ONO2)3 и тротила C6H2(NO2)3CH3.
Молярная масса нироглицерина МВВ = 12·3 + 1·5 + 16·9 + 14·3 = 227 кг /кмоль.
Решение. Молекула нитроглицерина содержит
Nк = 6 + 3 = 9,
а тротила Nк = 2 · 3 = 6 атомов кислорода.
Для полного окисления горючих компонентов нитроглицерина требуется
Nк' = 2 · 3 + 0,5 · 5 = 8,5,
а тротила Nк' = 2 · 6 + 0,5 · 2 + 2 · 1 + 0,5 · 3 = 16,5 атомов кислорода.
Кислородный баланс нитроглицерина рассчитываем по формуле (2.1)
Следовательно, кислородный баланс нитроглицерина положительный.
Молярная масса тротила: МВВ = 12·7 + 1·5 + 14·3 + 16·6 = 227 кг/кмоль. Кислородный баланс тротила
Следовательно, кислородный баланс тротила отрицательный.
Пример 2. Определить кислородный баланс аммонита 6 ЖВ, состоящего из 0,925 кмоля тротила и 9,88 кмолей аммиачной селитры. Его элементарный состав – C6,48 H44,13 O35,18 N22,52.
Решение. Исходя из элементарного состава, определяем Nк, Nк' и МВВ:
Nк = 35,180; Nк' = 2 · 6,48 + 0,5 · 44,13 = 35,025.
Молярная масса смеси равна 1083 кг /кмоль.
Кислородный баланс рассчитываем по формуле (2.1)
Следовательно, кислородный баланс аммонита 6 ЖВ небольшой положительный .