När han förberedde lektionsplaner märkte författaren upprepade gånger att länder vars härskare ägnade vaksam uppmärksamhet åt utvecklingen av vetenskaper, och framför allt till den naturliga treenigheten av matematik - fysik - kemi - nådde höjder i sin utveckling. Ett slående exempel är Tysklands snabba uppstigning på världsscenen, som på ett halvt sekel gjorde ett språng från unionen av olika stater, av vilka några till och med på en detaljerad karta över Europa var svåra att se utan ett "fint omfattning" , till ett imperium som man fick räkna med i ett och ett halvt sekel. Utan att förringa den store Bismarcks förtjänster i denna process, kommer jag att citera hans fras, som han sa efter det fransk-preussiska krigets segerrika avslutning: "Detta krig vanns av en enkel tysk lärare." Det är den kemiska aspekten av att öka arméns och statens stridsförmåga som författaren vill ägna sin recension åt, som alltid, utan några anspråk på att hans åsikt är exklusiv.
Vid publicering av artikeln undviker författaren medvetet, liksom Jules Verne, att specificera specifika tekniska detaljer och fokuserar sin uppmärksamhet på rent industriella metoder för att skaffa sprängämnen. Detta beror inte bara på vetenskapsmannens förståeliga känsla av ansvar för resultaten av sitt arbete (oavsett om det är praktiskt eller journalistiskt), utan också på det faktum att ämnet för studien är frågan "Varför allt var så här och inte annars" , och inte "Vem var den första som fick det?".
Dessutom ber författaren läsarna om ursäkt för den påtvingade användningen av kemiska termer - vetenskapens attribut (vilket framgår av hans egen pedagogiska erfarenhet, inte den mest älskade av skolbarn). När författaren inser att det är omöjligt att skriva om kemikalier utan att nämna kemiska termer, kommer författaren att försöka minimera det tekniska ordförrådet.
Och den sista. De numeriska data som författaren ger bör på intet sätt anses vara den ultimata sanningen. Uppgifter om sprängämnens egenskaper i olika källor skiljer sig åt och ibland ganska starkt. Detta är förståeligt: egenskaperna hos ammunition beror mycket på deras "vara" utseende, närvaron / frånvaron av främmande ämnen, införandet av stabilisatorer, synteslägen och många andra faktorer. Metoder för att bestämma egenskaper hos sprängämnen skiljer sig inte heller i monotoni (även om det bara kommer att bli mer standardisering här), och de lider inte heller av speciell reproducerbarhet.
BB klassificering
Beroende på typen av explosion och känslighet för yttre påverkan delas alla sprängämnen in i tre huvudgrupper:
1. Initiera sprängämnen.
2. Brisant sprängämnen.
3. Kasta sprängämnen.
Initiera sprängämnen. De är mycket känsliga för yttre påverkan. Resten av deras egenskaper är vanligtvis låga. Men de har en värdefull egenskap - deras explosion (detonation) har en detonationseffekt på sprängning och framdrivning av sprängämnen, som vanligtvis inte är känsliga för andra typer av yttre påverkan alls eller har mycket låg känslighet. Därför används initierande ämnen endast för att excitera explosionen av sprängämnen eller sprängämnen. För att säkerställa säkerheten vid användningen av initierande sprängämnen är de förpackade i skyddsanordningar (primer, primer-hylsa, detonatorlock, elektrisk detonator, säkring). Typiska representanter för att initiera sprängämnen: kvicksilverfulminat, blyazid, tener (TNRS).
Brizantnye VV. Detta är faktiskt vad de säger och skriver om. De är utrustade med granater, minor, bomber, raketer, landminor; de spränger broar, bilar, affärsmän...
Sprängämnen delas in i tre grupper efter deras explosiva egenskaper:
- ökad effekt (representanter: hexogen, oktogen, värmeelement, tetryl);
- normal kraft (representanter: TNT, melinit, plastit);
- Minskad effekt (representanter: ammoniumnitrat och dess blandningar).
Högeffektssprängämnen är något känsligare för yttre påverkan och därför används de oftare i blandning med flegmatiseringsmedel (ämnen som minskar känsligheten hos sprängämnen) eller i en blandning med sprängämnen med normal kraft för att öka kraften hos de senare. Ibland används sprängämnen med ökad effekt som mellansprängkapslar.
Kasta sprängämnen. Dessa är olika krut - svart rökig, rökfri pyroxylin och nitroglycerin. De inkluderar också olika pyrotekniska blandningar för fyrverkerier, signal- och tändraketer, tändprojektiler, minor, bomber.
Om svartkrut och Black Berthold
Under flera århundraden var svartkrut den enda typen av sprängämne som användes av människan. Med dess hjälp kastades kanonkulor mot fienden från kanoner, och explosiva granater fylldes med dem. Krut användes i underjordiska gruvor för att förstöra fästningarnas väggar, för att krossa stenar.
I Europa blev han känd från XIII-talet, och i Kina, Indien och Bysans ännu tidigare. Den första nedtecknade beskrivningen av krut för fyrverkerier beskrevs av den kinesiske vetenskapsmannen Sun-Simyao 682. Maximilian greken (XIII-XIV århundraden) beskrev i avhandlingen "The Book of Fires" en blandning baserad på kaliumnitrat, använd i Bysans som den berömda "grekiska elden" och bestående av 60 % salpeter, 20 % svavel och 20 % kol.
Den europeiska historien om upptäckten av krutet börjar med engelsmannen, franciskanermunken Roger Bacon, som 1242 i boken "Liber de Nullitate Magiae" ger ett recept på svartkrut till raketer och fyrverkerier (40 % salpeter, 30 % kol och 30 % svavel) och den halvmytiske munken Berthold Schwartz (1351). Det är dock möjligt att det var en person: användandet av pseudonymer under medeltiden var ganska vanligt, liksom den efterföljande förväxlingen med datering av källor.Sammansättningens enkelhet, tillgången på två av de tre komponenterna (inhemskt svavel är fortfarande inte ovanligt i de södra regionerna i Italien och Sicilien), enkel förberedelse - allt detta garanterade en triumferande marsch genom länderna i Europa och Asien. Det enda problemet var att få fram kaliumnitrat i stora mängder, men även denna uppgift klarades framgångsrikt. Eftersom den enda kända fyndigheten av kaliumnitrat vid den tiden var i Indien (därav dess andra namn - indiska), etablerades lokal produktion i nästan alla länder. Det var omöjligt att kalla det behagligt, även med en solid marginal av optimism: råvarorna för den var gödsel, djurinälvor, urin och djurhår. De minst obehagliga ingredienserna i detta illaluktande och kraftigt nedsmutsade hopkok var lime och kaliumklorid. All denna rikedom föll i gropar i flera månader, där den vandrade under påverkan av azotobakterier. Den frigjorda ammoniaken oxiderades till nitrater, vilket i slutändan gav den eftertraktade salpetern, som isolerades och renades genom omkristallisation - en sysselsättning, ska jag också säga, inte den mest trevliga. Som du kan se är det inget särskilt komplicerat i processen, råvarorna är ganska överkomliga och tillgången på krut blev också snart universell.
Svart (eller rökigt) pulver på den tiden var ett universellt sprängämne. Varken skakig eller rullande, i många år användes den både som ett kastvapen och som en fyllning för de första bomberna - prototyperna av modern ammunition. Fram till slutet av den första tredjedelen av 70-talet mötte krutet fullt ut utvecklingens behov. Men vetenskapen och industrin stod inte stilla, och snart upphörde den att uppfylla tidens krav på grund av sin låga effekt. Slutet på krutmonopolet kan hänföras till XNUMX-talet av XNUMX-talet, då A. Lavoisier och C. Berthollet organiserade produktionen av Bertholletsalt baserat på kaliumklorat (Bertholletsalt) upptäckt av Berthollet.
Historien om bertholletsalt kan startas från det ögonblick då Claude Berthollet studerade egenskaperna hos klor som nyligen upptäcktes av Karl Scheele. Genom att passera klor genom en het koncentrerad lösning av kaliumhydroxid fick Berthollet ett nytt ämne, som senare kallades kaliumklorat av kemister, och inte av kemister - Berthollets salt. Det hände 1786. Och även om djävulens salt inte blev ett nytt sprängämne, fyllde det sin roll: för det första fungerade det som ett incitament att söka efter nya substitut för den förfallna "krigsguden", och för det andra blev det förfader till nya typer av sprängämnen - initierar.
explosiv olja
Och 1846 föreslog kemister två nya sprängämnen - pyroxylin och nitroglycerin. I Turin upptäckte den italienske kemisten Ascanio Sobrero att det räckte med att behandla glycerin med salpetersyra (utför nitrering) för att bilda en oljig transparent vätska - nitroglycerin. Den första tryckta redogörelsen för honom publicerades i L'Institut (XV, 53), 15 februari 1847, och förtjänar något citat. Den första delen av den säger:
"Ascanio Sobrero, professor i teknisk kemi från Turin, i ett brev överlämnat av prof. Peluz, rapporterar att han länge har producerat sprängämnen genom inverkan av salpetersyra på olika organiska ämnen, nämligen rörsocker, beten, dextrite, mjölksocker etc. Sobrero studerade också effekten av en blandning av salpeter- och svavelsyror på glycerin , och erfarenhet visade honom att ett ämne som liknar skramlande bomull erhålls ... "
Följande är en beskrivning av nitreringsupplevelsen, som endast är av intresse för organiska kemister (och även då endast ur en historisk synvinkel), men vi noterar bara en egenskap: nitroderivat av cellulosa, såväl som deras förmåga att explodera , var redan då ganska välkända [11].
Nitroglycerin är en av de mest kraftfulla och känsligaste brisantsprängämnena, vars hantering kräver särskild försiktighet och försiktighet.
1. Känslighet: kulor kan explodera när de träffas av en kula. Känslighet för stötar med en vikt på 10 kg sjunkit från en höjd av 25 cm - 100 %. Förbränning övergår i detonation.
2. Energi för explosiv omvandling - 5300 J/kg.
3. Detonationshastighet: 6500m/s
4. Brisance: 15-18mm.
5. Högexplosiv: 360-400 cc se [6].
Möjligheten att använda nitroglycerin visades av den berömda ryske kemisten N.N. Zinin, som 1853-1855 under Krimkriget, tillsammans med militäringenjören V.F. Petrushevsky, producerade en stor mängd nitroglycerin.
Professor vid Kazan University N.N. Zinin
Militäringenjör V.F. Petrushevsky
Men djävulen som levde i nitroglycerin visade sig vara ond och motsträvig. Det visade sig att detta ämnes känslighet för yttre påverkan bara är något sämre än kvicksilverfulminat. Den kan explodera redan i nitreringsögonblicket, den får inte skakas, värmas och kylas, utsättas för solen. Det kan explodera under förvaring. Och om du tänder eld på den med en tändsticka kan den brinna ganska lugnt ...
Och ändå var behovet av kraftfulla sprängämnen redan i mitten av XNUMX-talet så stort att nitroglycerin, trots många olyckor, började användas i stor utsträckning vid sprängning.Försök att stävja den onda djävulen gjordes av många, men tämjarens berömmelse gick till Alfred Nobel. Upp- och nedgångarna på denna väg, liksom ödet för intäkterna från försäljningen av detta ämne, är allmänt kända, och författaren anser att det är onödigt att gå in på deras detaljer.
Att "klämmas" in i porerna på ett inert fyllmedel (och flera dussin ämnen provades som sådana, varav det bästa visade sig vara infusionsjord - ett poröst silikat, vars volym till 90% faller på porer som ivrigt kan absorbera nitroglycerin), blev nitroglycerin mycket mer "följsamt", samtidigt som det bibehölls med nästan all sin destruktiva kraft. Som ni vet gav Nobel denna blandning, utåt lik torv, namnet "dynamit" (från det grekiska ordet "dinos" - styrka). Ödets ironi: ett år efter att Nobel fått patent på tillverkning av dynamit blandar Petrushevsky helt självständigt nitroglycerin med magnesia och får sprängämnen, senare kallad "rysk dynamit".
Nitroglycerin (eller snarare, glyceroltrinitrat) är en komplett ester av glycerol och salpetersyra. Det erhålls vanligtvis genom att behandla glycerol med en svavelsyrablandning (i kemiska termer, en förestringsreaktion):
Explosionen av nitroglycerin åtföljs av frigörandet av en stor mängd gasformiga produkter:
4 C3H5(NEJ2)3 = 12 CO2 + 10 timmar2O+6N2 + ELLER2
Förestringen fortskrider sekventiellt i tre steg: det första är glycerolmononitrat, det andra är glyceroldinitrat och det tredje är glyceroltrinitrat. För ett mer fullständigt utbyte av nitroglycerin tas ett 20% överskott av salpetersyra utöver den teoretiskt erforderliga mängden.
Nitrering utfördes i porslinsgrytor eller lödda blykärl i ett bad med isvatten. I en körning erhölls cirka 700 g nitroglycerin, och inom en timme efter sådana operationer utfördes 3-4.
Men de växande behoven gjorde sina egna justeringar av tekniken för att få fram nitroglycerin. Med tiden (1882) utvecklades en teknik för att tillverka sprängämnen i nitratorer. Samtidigt delades processen upp i två steg: i det första steget blandades glycerol med halva mängden svavelsyra och utnyttjade därigenom det mesta av den alstrade värmen, varefter en färdig blandning av salpeter- och svavelsyra införas i samma kärl. Sålunda undvek den största svårigheten: överdriven överhettning av reaktionsblandningen. Blandning utförs med tryckluft vid ett tryck av 4 atm. Produktiviteten i processen är 100 kg glycerin på 20 minuter vid 10-12 grader.
På grund av den olika specifika vikten för nitroglycerin (1,6) och avfallssyra (1,7) samlas den upp ovanifrån med en skarp gränsyta. Efter nitrering tvättas nitroglycerin med vatten, tvättas sedan från syrarester med soda och tvättas igen med vatten. Blandning i alla skeden av processen utförs med tryckluft. Torkning utförs genom att filtrera genom ett lager av bränt koksalt [9].
Som du kan se är reaktionen ganska enkel (kom ihåg vågen av terrorism i slutet av XNUMX-talet, uppvuxen av "bombplanen" som behärskade den enkla vetenskapen om tillämpad kemi) och tillhör antalet "enkla kemiska processer" (A. Shtetbacher). Nästan vilken mängd nitroglycerin som helst kan göras under de enklaste förhållanden (svart pulver är inte mycket lättare att göra).
Förbrukningen av reagens är som följer: för att få 150 ml nitroglycerin måste du ta: 116 ml glycerin; 1126 ml koncentrerad svavelsyra;
649 ml salpetersyra (minst 62 % koncentration).
Dynamit i krig
Dynamit användes först i det fransk-preussiska kriget 1870-1871, när preussiska sappers sprängde franska befästningar med dynamit. Men säkerheten för dynamit var relativ. Militären fick omedelbart reda på att när den skjuts med en kula exploderar den inte värre än dess förfäder, och att brinna i vissa fall förvandlas till en explosion.Men frestelsen att skaffa kraftfull ammunition var oemotståndlig. Genom ganska farliga och komplexa experiment var det möjligt att ta reda på att dynamit inte kommer att detonera om belastningen inte ökar omedelbart, utan gradvis, och håller projektilens acceleration inom säkra gränser.
Lösningen på problemet på teknisk nivå sågs i användningen av tryckluft. I juni 1886 testade och förbättrade löjtnant Edmund Ludwig G. Zelinsky från 5:e artilleriregementet i USA:s armé den ursprungliga American Engineering-designen. En pneumatisk pistol med en kaliber på 380 mm och en längd på 15 m, med luft komprimerad till 140 atm, kunde kasta granater 3,35 m långa med 227 kg dynamit på 1800 m. tusen m
Drivkraften tillhandahölls av två cylindrar med tryckluft, vars topp var ansluten till pistolen med en flexibel slang. Den andra cylindern var en reserv för matning av den övre, och trycket i den upprätthölls med hjälp av en ångpump nedgrävd i marken. Projektilen, fylld med dynamit, var formad som en pil – en artilleripil – och hade en stridsspets på 50 pund.
Hertigen av Cambridge beordrade armén att testa ett sådant system vid Milford Haven, men pistolen använde nästan all ammunition innan den slutligen träffade målet, som dock förstördes mycket effektivt. Amerikanska amiraler var nöjda med den nya pistolen: 1888 släpptes pengar för tillverkning av 250 dynamitvapen för kustartilleri.
1885 etablerade Zelinsky Pneumatic Gun Company för implementering i armén och vidare Marin pneumatiska pistoler med dynamitskal. Hans experiment ledde till att man pratade om luftgevär som ett nytt lovande vapen. Den amerikanska flottan byggde till och med Vesuvius dynamitkryssare 1888, förträngde 944 ton, beväpnad med tre sådana 381 mm kanoner.
Schema för "dynamit" kryssaren "Vesuvius"
[Centrum]
Och så här såg hans stationära pistoler ut som gick ut[/ Center]
Men en konstig sak: efter några år ersattes entusiasmen med besvikelse. "Under det spansk-amerikanska kriget", sade de amerikanska skyttarna vid detta tillfälle, "träffade dessa vapen aldrig rätt plats." Och även om poängen här inte var så mycket i pistolerna, utan i skyttarnas förmåga att skjuta exakt och den stela monteringen av pistolerna, fick detta system inte vidareutveckling.
1885 installerade Holland en Zelinsky-luftpistol på sin ubåt nr 4. Det kom dock inte till sina praktiska prov, eftersom. båten råkade ut för en allvarlig olycka under sjösättningen.
År 1897 beväpnade Holland sin ubåt nr 8 med den nya Zelinsky-pistolen.Beväpningen var ett 18-tums (457 mm) bogtorpedrör med tre Whitehead-torpeder, samt en akter Zelinsky-luftpistol för dynamitgranater (ammunition). belastning på 7 skott på 222 pund (100,7 kg) vardera). Men på grund av den för korta pipan, begränsad av båtens storlek, hade denna pistol ett kort skjutområde. Efter praktisk bränning demonterade uppfinnaren den 1899.
I framtiden installerade varken Holland eller andra designers vapen (enheter) för att skjuta kastminor och dynamitskal på sina ubåtar. Så Zelinskys vapen omärkligt, men lämnade snabbt scenen [12].
Syskon till nitroglycerin
Ur kemisk synvinkel är glycerol den enklaste representanten för klassen av trevärda alkoholer. Det finns dess diatomiska analog - etylenglykol. Är det konstigt att kemister efter att ha bekantat sig med nitroglycerin också riktade sin uppmärksamhet mot etylenglykol i hopp om att det skulle vara bekvämare att använda.
Men även här visade sprängmedlets djävul sin nyckfulla karaktär. Egenskaperna hos dinitroetylenglykol (denna sprängämne fick aldrig sitt eget namn) visade sig inte vara mycket annorlunda än nitroglycerin:
1. Känslighet: detonation när 2 kg last faller från en höjd av 20 cm; känslig för friktion, eld.
2. Energi för explosiv omvandling - 6900 J/kg.
3. Detonationshastighet: 7200m/s
4. Brisance: 16,8 mm.
5. Högexplosiv: 620-650 cu. centimeter.
Den erhölls först av Henry 1870. Erhållen genom noggrann nitrering av etylenglykol på ett sätt som liknar nitroglycerin (nitreringsblandning: H2SO4 - 50%, HNO3 - femtio%; förhållande - 50 till 1 i förhållande till etylenglykol).
Nitreringsprocessen kan utföras vid lägre temperatur, vilket predisponerar för högre utbyte [7, 8].
Trots det faktum att känsligheten för GNEG i allmänhet visade sig vara något lägre än för NG, lovade användningen inte några betydande fördelar. Lägger vi till detta en högre volatilitet än NG och en lägre tillgång på råmaterial, blir det tydligt att denna väg inte ledde någonstans.
Det var dock inte helt värdelöst heller. Ursprungligen användes den som tillsats till dynamit, under andra världskrigets år, på grund av bristen på glycerin, användes den som ersättning för nitroglycerin i rökfria pulver. Sådant krut hade en kort hållbarhet på grund av flyktigheten hos DNEG, men under krigstidsförhållanden spelade detta ingen roll: ingen skulle lagra dem under lång tid.
Förkläde av Christian Schönbein
Det är inte känt hur mycket tid militären skulle ha ägnat åt att leta efter sätt att lugna nitroglycerin om, i slutet av 16-talet, industriell teknik för att producera ytterligare en nitroester inte hade anlänt i tid. Kortfattat är historien om dess utseende följande [XNUMX].
1832 upptäckte den franske kemisten Henri Braconnot att när stärkelse och träfibrer behandlades med salpetersyra bildades ett instabilt brännbart och explosivt material, som han kallade xyloidin. Det är sant att saken begränsades till att rapportera denna upptäckt. Sex år senare, 1838, behandlade en annan fransk kemist, Théophile-Jules Pelouze, papper och kartong på liknande sätt och fick ett liknande material, som han kallade nitramidin. Vem hade trott då, men anledningen till omöjligheten att använda nitramidin för tekniska ändamål var just dess låga stabilitet.
1845 genomförde den schweiziske kemisten Christian Friedrich Schönbein (som vid den tiden hade blivit känd för upptäckten av ozon) experiment i sitt laboratorium. Hans fru förbjöd honom strängt att ta med sina kolvar in i köket, så han skyndade sig att avsluta experimentet i hennes frånvaro - och hällde ut lite av den frätande blandningen på bordet. I ett försök att undvika skandal torkade han, i de bästa traditionerna av schweizisk prydlighet, av det med sitt arbetsförkläde, eftersom blandningen inte var för mycket. Sedan, också i schweizisk sparsamhets tradition, tvättade han förklädet med vatten och hängde det över spisen för att torka. Hur länge eller kort det hängde där, historien är tyst, men man vet med säkerhet att efter torkning förklädet plötsligt försvann. Dessutom försvann han inte tyst, på engelska, utan högt, kan man till och med säga förtrollande: i en blixt och ett högt pop av en explosion. Men här är vad som fångade Shenbeins uppmärksamhet: explosionen skedde utan den minsta rökpuff!
Och även om Shenbein inte var den första som upptäckte nitrocellulosa, var det han som var ämnad att dra en slutsats om vikten av upptäckten. Då användes svartkrut i artilleriet, sotet från vilket smutsade ner kanonerna så att de måste rengöras mellan skotten, och efter de första salvorna reste sig en sådan rökridå att man nästan blint måste kämpa. Vad kan vi säga om det faktum att puffar av svart rök perfekt markerade platsen för batterierna. Det enda som lyste upp tillvaron var insikten om att fienden var i samma position. Därför reagerade militären med entusiasm på sprängämnet, som ger mycket mindre rök, och dessutom är det också mer kraftfullt än svartkrut.
Nitrocellulosa, utan nackdelarna med svartkrut, gjorde det möjligt att etablera produktion av rökfritt krut. Och i den tidens traditioner bestämde de sig för att använda det både som drivmedel och som sprängämne. År 1885, efter många experimentella arbeten, mottog och testade den franske ingenjören Paul Viel flera kilo pyroxylin lamellärt pulver, kallat krut "B" - det första rökfria pulvret. Tester visade fördelarna med det nya krutet.
Det var dock inte lätt att etablera produktionen av en stor mängd nitrocellulosa för militära behov. Nitrocellulosa var för otålig för att vänta på strider, och fabriker tog som regel fart med avundsvärd regelbundenhet, som om de konkurrerade i detta med nitroglycerinproduktion. När man skapade tekniken för industriell produktion av pyroxylin måste sådana hinder övervinnas, som för inget annat sprängämne. Det tog ett helt kvartssekel att utföra ett antal arbeten av forskare från olika länder tills detta ursprungliga fibrösa sprängämne blev lämpligt för användning och tills man hittade många medel och metoder som på något sätt garanterade en explosion vid långvarig förvaring av produkten. Uttrycket "något" är inte ett litterärt grepp, utan en återspegling av den komplexitet som kemister och teknologer har mött i att fastställa kriterierna för hållbarhet. Det fanns ingen bestämd bedömning av tillvägagångssätt för att bestämma stabilitetskriterier, och med den ytterligare utvidgningen av omfattningen av användningen av detta explosiva, avslöjade konstanta explosioner fler och mer mystiska drag i beteendet hos denna märkliga komplexa eter. Det var inte förrän 1891 som James Dewar och Frederick Abel lyckades hitta en säker teknik.
Framställningen av pyroxylin kräver ett stort antal hjälpanordningar och en lång teknisk process, där alla operationer måste utföras lika noggrant och noggrant.
Den ursprungliga produkten för tillverkning av pyroxylin är cellulosa, vars bästa representant är bomull. Naturlig ren cellulosa är en polymer som består av glukosrester, som är en nära släkting till stärkelse:(C6H10O5)n. Dessutom kan avfallet från pappersbruk bli en källa till utmärkta råvaror.
Fibernitrering bemästrades i industriell skala redan på 60-talet av XNUMX-talet och utfördes i keramiska krukor med ytterligare pressning i centrifuger. Men i slutet av århundradet ersattes denna primitiva metod av amerikansk teknologi, även om den under första världskriget återupplivades på grund av dess låga kostnad och enkelhet (mer exakt primitivism).
Renad bomull laddas i en nitrifierare, en nitreringsblandning (HNO3-24 %, H2SO4 - 69%, vatten - 7%) baserat på 15 kg fiber 900 kg av blandningen, vilket ger ett utbyte på 25 kg pyroxylin.
Nitratorer är kopplade till batterier, bestående av fyra reaktorer och en centrifug. Nitratorerna laddas med ett tidsintervall (cirka 40 minuter) lika med spinntiden, vilket säkerställer kontinuiteten i processen.
Pyroxylin är en blandning av produkter med olika grader av cellulosanitrering. Pyroxylin, som erhålls genom att använda fosforsyra istället för svavelsyra, är mycket stabilt, men denna teknik har inte slagit rot på grund av högre kostnader och lägre produktivitet.
Pressat pyroxylin tenderar att antändas spontant och behöver fuktas. Vattnet som används för att tvätta och stabilisera pyroxylin bör inte innehålla alkaliska medel, eftersom alkaliska nedbrytningsprodukter är självantändande katalysatorer. Slutlig torkning till önskad fukthalt uppnås genom att skölja med absolut alkohol.
Men även fuktad nitrocellulosa är inte fri från problem: den är känslig för infektion av mikroorganismer som orsakar mögel. Skydda den genom att vaxa ytan. Den färdiga produkten hade följande egenskaper:
1. Känsligheten hos pyroxylin är starkt beroende av luftfuktigheten. Torr (3 - 5% fukt) antänds lätt från öppen låga eller beröring av het metall, borrning, friktion. Den exploderar när en last på 2 kg faller från 10 cm höjd.Med ökande luftfuktighet minskar känsligheten och vid 50% vatten försvinner detonationsförmågan.
2. Energi för explosiv omvandling - 4200 MJ/kg.
3. Detonationshastighet: 6300m/s
4. Brisance: 18 mm.
5. Högexplosiv: 240 cu. centimeter.
Och ändå, trots nackdelarna, det kemiskt mer stabila pyroxylinet passade militären mer än nitroglycerin och dynamit, dess känslighet kunde justeras genom att ändra dess luftfuktighet. Därför började pressad pyroxylin hitta bred användning för att utrusta stridsspetsar av gruvor och granater, men med tiden gav denna oöverträffade produkt vika för nitrerade derivat av aromatiska kolväten. Nitrocellulosa fanns kvar som ett drivande sprängämne, men som sprängämne har det för alltid blivit ett minne blott [9].
Explosiv gelé och nitroglycerinkrut
"Svart pulver ... representerar alla förutsättningar för ytterligare förbättringar - med hjälp av en vetenskaplig studie av de osynliga fenomen som uppstår under dess förbränning. Rökfritt pulver är en ny länk mellan länders makt och deras vetenskapliga utveckling. Av denna anledning, eftersom jag är en av krigarna i rysk vetenskap, vågar jag, när min styrka och år minskar, inte analysera problemen med rökfritt pulver ... "
Läsaren, åtminstone lite insatt i kemins historia, har förmodligen redan gissat vems ord detta är - den briljante ryske kemisten D.I. Mendeleev.
Som ett område för kemisk kunskap ägnade Mendeleev mycket ansträngning och uppmärksamhet åt pulvertillverkning under de sista åren av sitt liv - 1890-1897. Men som alltid föregicks den aktiva utvecklingsfasen av en period av reflektion, ackumulering och systematisering av kunskap.
Allt började med att den outtröttlige Alfred Nobel 1875 gjorde ytterligare en upptäckt: en plastisk och elastisk fast lösning av nitrocellulosa i nitroglycerin. Det kombinerade ganska framgångsrikt en solid form, hög densitet, lätt att forma, koncentrerad energi och okänslighet för hög luftfuktighet. Geléen, helt förbränd till koldioxid, kväve och vatten, bestod av 8 % dinitrocellulosa och 92 % nitroglycerin.
Till skillnad från teknikern Nobel, D.I. Mendelejev utgick från ett rent vetenskapligt förhållningssätt. Han baserade sin forskning på en väldefinierad och kemiskt strikt underbyggd idé: det önskade ämnet under förbränning ska avge maximalt gasformiga produkter per viktenhet. Ur en kemisk synvinkel betyder detta att syret i denna förening borde vara tillräckligt för att helt omvandla kol till gasformig oxid, väte till vatten och den oxiderande förmågan att ge energi för hela denna process. En detaljerad beräkning ledde till formeln för följande sammansättning: C30Н38(NEJ2)12O25. När du bränner bör du få följande:
C30Н38(NEJ2)12O25 = 30 CO + 19 H2O+6N2
Att utföra en målinriktad reaktion för syntes av ett ämne med en sådan sammansättning, även för närvarande, är inte en lätt uppgift, därför användes i praktiken en blandning av 7–10% nitrocellulosa och 90–93% nitroglycerin. Andelen kväve är cirka 13,7 %, vilket är något högre än för pyrokollodium (12,4 %). Operationen är inte särskilt svår, kräver inte användning av komplex utrustning (utförs i flytande fas) och fortsätter under normala förhållanden.
1888 fick Nobel patent på krut tillverkat av nitroglycerin och kolloxylin (lågnitrerad fiber), som kallas rökfritt som pyroxylinkrut. Denna komposition har hittills använts nästan oförändrad under olika tekniska namn, varav de mest kända är cordit och ballistit. Den största skillnaden ligger i förhållandet mellan nitroglycerin och pyroxylin (det är högre i cordit) [13].
Hur förhåller sig dessa VV till varandra? Låt oss titta på tabellen:
1 Table.
-------------------------------------------------- -------------------------------
VV ...... Känslighet .... Energi ... Hastighet...... Brisance ... Hög explosiv
.........(kg / cm /% explosioner) .... explosioner .... detonationer
-------------------------------------------------- ------------------------------------
ГН..........2/4/100............5300........6500...........15 - 18...........360 - 400
ДНЭГ......2/10/100...........6900.........7200..........16,8...............620 - 650
НК.........2/25/10............4200.........6300...........18.................240
-------------------------------------------------- ------------------------------------
Egenskaperna för alla sprängämnen är ganska nära, men skillnaden i fysiska egenskaper dikterade olika nischer för deras användning.
Som vi redan har sett gladde varken nitroglycerin eller pyroxylin militären med sin karaktär. Anledningen till den låga stabiliteten hos dessa ämnen, verkar det som, ligger på ytan. Båda föreningarna (eller treräknings- och dinitroetylenglykol) är representanter för klassen etrar. Och estergruppen är inte på något sätt en av de ledande inom kemikalieresistens. Snarare kan den hittas bland utomstående. Nitrogruppen, som innehåller kväve i ett ganska märkligt oxidationstillstånd på +5, är inte heller en modell för stabilitet. Symbiosen av detta starka oxidationsmedel med ett så bra reduktionsmedel som hydroxylgruppen av alkoholer leder oundvikligen till ett antal negativa konsekvenser, av vilka den mest obehagliga är nyckfullhet vid användning.
Varför spenderade kemister och militärer så mycket tid på att experimentera med dem? Som du kan se mutade många och många. Militär - större makt och tillgång på råvaror, vilket ökade arméns stridseffektivitet och gjorde den okänslig för leveranser i krigstid. Teknologer - milda syntesförhållanden (inget behov av att använda höga temperaturer och högt tryck) och teknisk bekvämlighet (trots flerstegsprocesserna fortsätter alla reaktioner i en reaktionsvolym och utan att behöva isolera mellanprodukter).
De praktiska utbytena av produkterna var också ganska höga (tabell 2), vilket inte orsakade ett akut behov av att leta efter källor till en stor mängd billig salpetersyra (problemet med svavelsyra löstes mycket tidigare).
2 Table.
-------------------------------------------------- ---------------------------------
BB ...... Förbrukning av reagens per 1 kg ..... Antal steg .... Antal produkter som släpps
.........Kvävesyra..Svavelsyra
-------------------------------------------------- ---------------------------------
GN......10............23............3..... ........... ........ett
DNEG....16,5...............16,5...............2......... ... ............ett
NK........8,5............25............3... ........ ............ett
-------------------------------------------------- ---------------------------------
Situationen förändrades dramatiskt när nya hypostaser av sprängämnesdjävulen kom in på scenen: trinitrofenol och trinitrotoluen.
(Fortsättning följer)