Состав продуктов взрыва, теплота взрыва

СОСТАВ ПРОДУКТОВ ВЗРЫВА

Для оценки возможного разрушительного действия взрыва необходимо знать количество и качество продуктов взрывчатого превращения, являющихся непосредственными передатчиками энергии взрыва и исполнителями внешней работы. Количество и качество (состав) продуктов взрыва, в свою очередь, определяются реакцией взрывчатого превращения ВВ.

Реакция взрывчатого превращения может быть описана, как и любая химическая реакция, уравнением, выражающим распад молекул ВВ, и образование продуктов взрыва по схеме:

г де Q — тепловой эффект взрывчатого превращения.

Само уравнение уже непосредственно дает состав и объем продуктов, а также теплоту взрывчатого превращения. Теоретическими расчетами можно по уравнению вычислить и другие характеристики взрыва: температуру, давление, скорость, импульс.

Таким образом, уравнение взрывчатого превращения дает возможность, не производя опыта, оценить ожидаемое разрушительное действие зарядов ВВ.

Для написания уравнений необходимо знать левую часть уравнения, т. е. формулу исходного ВВ, и правую часть — формулы молекул конечных продуктов взрывчатого превращения. Кроме того, уравнение должно учесть тепловой эффект превращения, как основной признак любой химической реакции. Формула ВВ дает элементарный состав молекул, который в значительной степени предопределяет характер правой части — состав НВ. Однако состав НВ зависит также от способа возбуждения реакции, температуры и давления, при которых протекает реакция, от взаимодействия промежуточных продуктов распада, плотности заряда, величины совершаемой работы, материала оболочки заряда, степени однородности взрывчатых смесей и ряда других факторов.

Написание уравнений взрывчатых превращений является весьма сложным, так как направление и характер химических реакций, составляющих взрывчатое превращение в целом, не поддаются точному экспериментальному и теоретическому исследованию. Имеющиеся способы расчетов, а также опытное определение состава ИВ дает более или менее приближенные представления о действительном уравнении взрыва.

Написание теоретических уравнений производится на основе результатов расчетов с применением различных строгих приемов и допущений, в зависимости от элементарного состава молекул ВВ и главным образом — от содержания кислорода в молекулах ВВ.

Большинство индивидуальных ВВ в своих молекулах имеет следующие элементы: С, Н, О, N. Лишь некоторые (преимущественно инициирующие ВВ) имеют иной состав, например, гремучая ртуть Hg (ONC)2, азид свинца РЬ (Ыз)2 и др. Смесевые ВВ могут содержать металлы (например, А1) или их соли (нитраты, хлораты, перхлораты). Бризантные же ВВ (индивидуальные) в основном состоят из приведенных выше четырех элементов. Соотношение между этими элементами может быть различным.

В основе химических превращений ВВ лежат окислительновосстановительные реакции, протекающие за счет собственного кислорода. В результате превращения образуются продукты реакции внутримолекулярного окисления ВВ. Так, количество кислорода в основном определяет характер взрывчатого превращения, т. е. возможный состав продуктов взрыва.

В зависимости от кислородного баланса принято разделять ВВ на три группы:

• 1) ВВ с положительным или нулевым кислородным балансом, т. е. с количеством кислорода, избыточным и достаточным для полного окисления горючих элементов, например, нитроглицерин, нитродигликоль, некоторые аммонийно-селитренные ВВ и др.;
• 2) ВВ с отрицательным кислородным балансом, т. е. с количеством кислорода, недостаточным для полного окисления и для превращения всего углерода в газы, например, гексоген, ТЭН, пироксилин и др.;
• 3) ВВ с существенно отрицательным кислородным балансом, т. е. с количеством кислорода, недостаточным для окисления всего углерода в СО, в результате чего в продуктах взрыва образуется свободный углерод, например, тротил, тетрил и др.

Деление ВВ на группы условно, так как при взрывчатом превращении ВВ, относящихся к первой группе, могут образоваться в небольших количествах продукты неполного окисления (СО и Н2) и выделяться одновременно свободный кислород, а в продуктах взрывчатого превращения ВВ второй группы в зависимости от условий может образоваться некоторое количество свободного углерода. Наиболее просто и достаточно близко к опытным данным написание уравнений для ВВ с положительным или нулевым кислородным балансом, когда образуются продукты полного окисления.

В этом случае пользуются правилом неограниченного расхода кислорода на полное окисление углерода и водорода. Это правило базируется на допущении, что наиболее вероятно то химическое превращение, при котором выделяется максимальное количество энергии (тепла).

Признаком ВВ первой группы будет неравенство.

Реакция взрывчатого превращения ВВ этой группы в общем виде записывается так:

Пример уравнения взрывчатого превращения нитроглицерина:

Признаком ВВ второй группы является неравенство.

Реакция взрывчатого превращения ВВ этой группы в общем виде записывается так:

Пример уравнения взрывчатого превращения гексогена:

Признаком ВВ третьей группы является неравенство.

Реакция взрывчатого превращения ВВ этой группы в общем виде записывается так:

Пример уравнения взрывчатого превращения тротила:

Приведенные примеры уравнений взрыва приближенные, так как между продуктами взрыва происходят различные вторичные реакции, например:

• диссоциация углекислого газа и воды.

• реакция водяного газа.

• реакция доменного газа.

Для точных расчетов необходимо учитывать эти вторичные реакции.

Таблица 1.3.

Состав продуктов взрыва в молях на 1 грамм-моль тротила

В табл. 1.3 приведены составы продуктов взрыва для тротила по приближенному уравнению и уточненному расчету.