Patiešām, velns sēž sprāgstvielās, jebkurā brīdī gatavs sākt iznīcināt un salauzt visu apkārtējo. Šīs elles radības kontrole un atbrīvošana tikai pēc nepieciešamības ir galvenā problēma, kas ķīmiķiem un pirotehniķiem jāatrisina, veidojot un lietojot sprāgstvielas. Sprāgstvielu (sprāgstvielu) radīšanas un attīstības vēsturē, tāpat kā ūdens pilienā, tiek parādīta valstu un impēriju rašanās, attīstības un iznīcināšanas vēsture.
Gatavojot stundu izklāstu, autors vairākkārt pamanīja, ka valstis, kuru valdnieki uzmanīgi pievērsās zinātņu attīstībai, un pirmām kārtām matemātiķu dabiskajai trīsvienībai - fizikai - ķīmijai - sasniedza augstumu savā attīstībā. Spilgts piemērs var būt straujais kāpums uz pasaules skatuves Vācijā, kas pusgadsimta laikā veica lēcienu no atšķirīgu valstu savienības, no kurām dažas pat detalizētā Eiropas kartē bija grūti saskatāmas bez “neliela vēriena”., uz impēriju, ar kuru bija jārēķinās pusotru gadsimtu. Nesamazinot lielā Bismarka nopelnus šajā procesā, es citēšu viņa frāzi, ko viņš teica pēc uzvarošā Francijas un Prūsijas kara beigām: "Šo karu uzvarēja vienkāršs vācu valodas skolotājs." Autors vēlētos savu pārskatu veltīt ķīmiskajam aspektam - armijas un valsts kaujas spēju palielināšanai, kā vienmēr, nemaz nepretendējot uz savu viedokli.
Publicējot rakstu, autors, tāpat kā Žils Verns, apzināti izvairās norādīt konkrētas tehnoloģiskas detaļas un pievērš uzmanību tīri rūpnieciskām sprāgstvielu iegūšanas metodēm. Tas ir saistīts ne tikai ar diezgan saprotamo zinātnieka atbildības sajūtu par savu darbu rezultātiem (vai tas būtu praktiski, vai žurnālistiski), bet arī ar to, ka pētījuma priekšmets ir jautājums “Kāpēc viss bija tā un vai ne citādi?”Un ne“Kurš pirmais to dabūja? viela”.
Turklāt autors lūdz lasītājus piedot par ķīmisko terminu piespiedu izmantošanu - zinātnes atribūtiem (kā to parāda viņa paša pedagoģiskā pieredze, nevis skolēnu vismīļākā). Saprotot, ka nav iespējams rakstīt par ķimikālijām, neminot ķīmiskos terminus, autors centīsies minimizēt īpašo vārdu krājumu.
Un pēdējā lieta. Autora sniegtie skaitļi nekādā gadījumā nav uzskatāmi par galīgo patiesību. Dati par sprāgstvielu īpašībām dažādos avotos atšķiras un dažreiz diezgan stipri. Tas ir saprotams: munīcijas īpašības ļoti lielā mērā ir atkarīgas no to "tirgojamā" veida, svešu vielu klātbūtnes / neesamības, stabilizatoru ieviešanas, sintēzes režīmiem un daudziem citiem faktoriem. Arī metodes sprāgstvielu īpašību noteikšanai neatšķiras pēc vienveidības (lai gan šeit būs lielāka standartizācija), un tās arī necieš no īpašas reproducējamības.
BB klasifikācija
Atkarībā no sprādziena veida un jutīguma pret ārējām ietekmēm visas sprāgstvielas iedala trīs galvenajās grupās:
1. BB uzsākšana.
2. Spridzekļu spridzināšana.
3. Sprāgstvielu mešana.
BB uzsākšana. Viņi ir ļoti jutīgi pret ārējām ietekmēm. Pārējās to īpašības parasti ir zemas. Bet tiem ir vērtīgs īpašums - to sprādzienam (detonācijai) ir detonācijas efekts uz spridzināšanas un dzenšanas sprāgstvielām, kuras parasti nav jutīgas pret cita veida ārējām ietekmēm vai ir ļoti zemas jutības. Tāpēc ierosinātājas vielas tiek izmantotas tikai, lai izraisītu spridzināšanas vai dzenošo sprāgstvielu eksploziju. Lai nodrošinātu iedarbīgu sprāgstvielu lietošanas drošību, tās tiek iepakotas aizsargierīcēs (kapsula, kapsulas uzmava, detonatora vāciņš, elektriskais detonators, drošinātājs). Tipiski ierosinātāju sprāgstvielu pārstāvji: dzīvsudraba fulmināts, svina azīds, tenres (TNPC).
Spridzekļu spridzināšana. Patiesībā par to viņi saka un raksta. Viņi aprīko šāviņus, mīnas, bumbas, raķetes, sauszemes mīnas; viņi uzspridzina tiltus, automašīnas, uzņēmējus …
Spridzināšanas sprāgstvielas ir sadalītas trīs grupās pēc to sprādzienbīstamajām īpašībām:
- palielināta jauda (pārstāvji: RDX, HMX, PETN, Tetril);
- normāla jauda (pārstāvji: TNT, melinīts, plastmasa);
- samazināta jauda (pārstāvji: amonija nitrāts un tā maisījumi).
Palielinātas jaudas sprāgstvielas ir nedaudz jutīgākas pret ārējām ietekmēm, un tāpēc tās biežāk izmanto maisījumā ar flegmatizatoriem (vielām, kas samazina sprāgstvielu jutīgumu) vai maisījumā ar normālas jaudas sprāgstvielām, lai palielinātu to jaudu. Dažreiz lieljaudas sprāgstvielas tiek izmantotas kā starpposma detonatori.
Mest sprāgstvielas. Tie ir dažādi šaujampulveri - melni dūmakains, nesmēķējošs piroksilīns un nitroglicerīns. Tajos ietilpst arī dažādi pirotehniskie maisījumi uguņošanas ierīcēm, signālugunis un gaismas signālraķetes, apgaismes šāviņi, mīnas un gaisa bumbas.
Par melno pulveri un Black Berthold
Vairākus gadsimtus vienīgais sprāgstvielu veids, ko izmantoja cilvēki, bija melns pulveris. Ar tās palīdzību ienaidniekam tika izmestas lielgabalu lodes, un ar to tika piepildīti sprādzienbīstami šāviņi. Šaujampulveris tika izmantots pazemes raktuvēs, lai iznīcinātu cietokšņu sienas, iežu drupināšanai.
Eiropā tas kļuva zināms no 13. gadsimta, un vēl agrāk Ķīnā, Indijā un Bizantijā. Pirmo reģistrēto šaujampulvera aprakstu uguņošanai 682. gadā aprakstīja ķīniešu zinātnieks Sun-Simyao. Maksimiliāns grieķis (XIII-XIV gs.) Traktātā "Gaismas grāmata" aprakstīja maisījumu, kura pamatā bija kālija nitrāts un ko Bizantijā izmantoja kā slavenā "grieķu uguns" un sastāv no 60% nitrāta, 20% sēra un 20% ogļu.
Eiropas šaujampulvera atklāšanas vēsture sākas ar angli, franciskāņu mūku Rodžeru Bekonu, kurš 1242. gadā savā grāmatā "Liber de Nullitate Magiae" sniedz recepti melnajam pulverim raķetēm un uguņošanai (40% salpetra, 30% ogļu un 30 % sēra) un daļēji mītiskais mūks Bertolds Švarcs (1351). Tomēr iespējams, ka tā bija viena persona: pseidonīmu lietošana viduslaikos bija diezgan izplatīta, tāpat kā sekojošā neskaidrība ar avotu datēšanu.
Kompozīcijas vienkāršība, divu no trim sastāvdaļām pieejamība (vietējais sērs joprojām nav nekas neparasts Itālijas dienvidu reģionos un Sicīlijā), sagatavošanas vieglums - tas viss garantēja šaujampulverim uzvaru gājienā pa Eiropas valstīm un Āzija. Vienīgā problēma bija iegūt lielu daudzumu kālija nitrāta, taču šis uzdevums tika veiksmīgi izpildīts. Tā kā vienīgā zināmā potaša nitrāta atradne tajā laikā bija Indijā (līdz ar to tās otrais nosaukums - indiešu), vietējā ražošana tika izveidota gandrīz visās valstīs. Viņu nebija iespējams saukt par patīkamu, pat ja bija labs optimisma piedāvājums: izejvielas viņam bija kūtsmēsli, dzīvnieku iekšas, urīns un dzīvnieku spalvas. Vismazāk nepatīkamās sastāvdaļas šajā nepatīkami smaržojošajā un ļoti netīrā maisījumā bija kaļķi un potašs. Visa šī bagātība vairākus mēnešus tika izgāzta bedrēs, kur tā raudzējās azotobaktēriju ietekmē. Izdalītais amonjaks tika oksidēts līdz nitrātiem, kas galu galā deva kāroto nitrātu, kas tika izolēts un attīrīts ar pārkristalizāciju - arī, teikšu, ne tā patīkamākā nodarbošanās. Kā redzat, šajā procesā nav nekā īpaši sarežģīta, izejvielas ir diezgan pieejamas un arī šaujampulvera pieejamība drīz kļuva universāla.
Melns (vai dūmakains) šaujampulveris tolaik bija universāls sprāgstviela. Ne ļodzīgs, ne ripulis, daudzus gadus to izmantoja gan kā šāviņu, gan kā pildījumu pirmajām bumbām - mūsdienu munīcijas prototipiem. Līdz 19. gadsimta pirmās trešdaļas beigām šaujampulveris pilnībā apmierināja progresa vajadzības. Bet zinātne un rūpniecība nestāvēja uz vietas, un drīz vien tā pārstāja izpildīt tā laika prasības mazās jaudas dēļ. Šaujampulvera monopola beigas var attiecināt uz 17. gadsimta 70. gadiem, kad A. Lavozjē un C. Bertolē organizēja bertholles sāls ražošanu, pamatojoties uz kālija hlorātu, ko atklāja Bērtolets (berthollet sāls).
Bertoleta sāls vēsture meklējama brīdī, kad Klods Bertolē pētīja hlora īpašības, ko nesen atklāja Karls Šēle. Izlaižot hloru caur karstu koncentrētu kālija hidroksīda šķīdumu, Bertolē ieguva jaunu vielu, ko vēlāk ķīmiķi sauca par kālija hlorātu, nevis ķīmiķi - Bērtoleta sāli. Tas notika 1786. gadā. Un, lai gan velna sāls nekad nav kļuvis par jaunu sprāgstvielu, tā pildīja savu lomu: pirmkārt, tā kalpoja par pamudinājumu meklēt jaunus aizstājējus nožēlojamam “kara dievam”, un, otrkārt, tā kļuva par jaunu sprāgstvielu veidu dibinātāju - iniciatori.
Sprādzienbīstama eļļa
Un 1846. gadā ķīmiķi ierosināja divas jaunas sprāgstvielas - piroksilīnu un nitroglicerīnu. Turīnā itāļu ķīmiķis Askagno Sobrero atklāja, ka pietiek ar glicerīna apstrādi ar slāpekļskābi (nitrēšana), lai veidotos eļļains caurspīdīgs šķidrums - nitroglicerīns. Pirmais drukātais ziņojums par viņu tika publicēts žurnālā L'Institut (XV, 53) 1847. gada 15. februārī, un tas ir pelnījis kādu citātu. Pirmajā daļā teikts:
“Askagno Sobrero, tehniskās ķīmijas profesors no Turīnas, vēstulē, ko nosūtīja prof. Peluzom, ziņo, ka viņš jau sen saņem sprāgstvielas, slāpekļskābe iedarbojoties uz dažādām organiskām vielām, proti, cukurniedru cukuru, uzaicinājumu, dekstrītu, piena cukuru utt. Sobrero pētīja arī slāpekļskābes un sērskābes maisījuma ietekmi uz glicerīnu, un pieredze viņam parādīja, ka tiek iegūta viela, kas līdzīga grabošai kokvilnai …"
Tālāk ir aprakstīts nitrēšanas eksperiments, kas ir interesants tikai bioloģiskajiem ķīmiķiem (un pat tad tikai no vēsturiskā viedokļa), taču mēs atzīmēsim tikai vienu iezīmi: celulozes nitroatvasinājumus, kā arī to spēju eksplodēt, jau tad bija diezgan labi zināmi [11].
Nitroglicerīns ir viens no visspēcīgākajiem un jutīgākajiem spridzināšanas līdzekļiem, un tā apstrādei nepieciešama īpaša piesardzība un uzmanība.
1. Jutība: var eksplodēt no šāviena ar lodi. Jutība pret triecienu ar 10 kg tējkannu, kas nokritusi no 25 cm augstuma - 100%. Degšana pārvēršas detonācijā.
2. Sprādzienbīstamās transformācijas enerģija - 5300 J / kg.
3. Detonācijas ātrums: 6500 m / s.
4. Brisance: 15-18 mm.
5. Sprādzienbīstamība: 360-400 kubikmetri. skatīt [6].
Iespēju lietot nitroglicerīnu parādīja slavenais krievu ķīmiķis N. N. Ciņins, kurš 1853.-1855. Gadā Krimas kara laikā kopā ar militāro inženieri V. F. Petruševski saražoja lielu daudzumu nitroglicerīna.
Kazaņas universitātes profesors N. N. Ciņins
Militārais inženieris V. F. Petruševskis
Bet velns, kas dzīvoja nitroglicerīnā, izrādījās ļauns un dumpīgs. Izrādījās, ka šīs vielas jutība pret ārējām ietekmēm ir tikai nedaudz zemāka par sprādzienbīstamo dzīvsudrabu. Tas var eksplodēt jau nitrēšanas brīdī, to nevar kratīt, sildīt un atdzesēt vai pakļaut saulei. Glabāšanas laikā tas var eksplodēt. Un, ja jūs to aizdedzināsit ar sērkociņu, tas var dedzināt diezgan mierīgi …
Un tomēr vajadzība pēc spēcīgām sprāgstvielām līdz 19. gadsimta vidum jau bija tik liela, ka, neskatoties uz daudziem negadījumiem, nitroglicerīnu sāka plaši izmantot spridzināšanas darbībās.
Mēģinājumus ierobežot ļauno velnu uzņēmās daudzi, bet pieradinātāja gods tika Alfrēdam Nobelam. Šī ceļa kāpumi un kritumi, kā arī šīs vielas pārdošanas ieņēmumi ir plaši zināmi, un autors uzskata, ka nav nepieciešams iedziļināties to detaļās.
Tiek "iespiests" inerta pildvielas porās (un tika izmēģināti vairāki desmiti vielu, no kurām labākā bija infūzijas zeme - porains silikāts, kura tilpums 90% nokrīt uz porām, kas var alkatīgi absorbēt nitroglicerīnu), nitroglicerīns kļuva daudz "pretimnākošāks", saglabājot ar viņu gandrīz visu savu iznīcinošo spēku. Kā zināms, Nobels šim maisījumam, kas izskatās pēc kūdras, deva nosaukumu "dinamīts" (no grieķu vārda "dinos" - spēks). Likteņa ironija: gadu pēc tam, kad Nobels saņēma patentu dinamīta ražošanai, Petruševskis pilnīgi neatkarīgi sajauc nitroglicerīnu ar magnēziju un saņem sprāgstvielas, vēlāk sauktas par "krievu dinamītu".
Nitroglicerīns (precīzāk, glicerīna trinitrāts) ir pilnīgs glicerīna un slāpekļskābes esteris. To parasti iegūst, apstrādājot glicerīnu ar sērskābes un slāpekļskābes maisījumu (ķīmiskajā valodā - esterifikācijas reakcija):
Nitroglicerīna eksploziju papildina liela daudzuma gāzveida produktu izdalīšanās:
4 C3H5 (NO2) 3 = 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Esterifikācija notiek secīgi trīs posmos: pirmajā iegūst glicerīna mononitrātu, otrajā - glicerīna dinitrātu, bet trešajā - glicerīna trinitrātu. Lai iegūtu pilnīgāku nitroglicerīna iznākumu, tiek ņemts slāpekļskābes pārpalikums par 20%, kas pārsniedz teorētiski nepieciešamo daudzumu.
Nitrēšanu veica porcelāna podos vai cietlodēta svina traukos ledus ūdens vannā. Vienā piegājienā tika iegūti aptuveni 700 g nitroglicerīna, un stundas laikā šādas operācijas tika veiktas 3.-4.
Bet pieaugošās vajadzības ir pielāgojušas nitroglicerīna ražošanas tehnoloģiju. Laika gaitā (1882. gadā) tika izstrādāta tehnoloģija sprāgstvielu ražošanai nitratoros. Šajā gadījumā process tika sadalīts divos posmos: pirmajā posmā glicerīns tika sajaukts ar pusi sērskābes daudzuma, un tādējādi tika izmantota lielākā daļa izdalītā siltuma, pēc kura tika iegūts gatavs slāpekļskābes un sērskābes maisījums tika ievadīts tajā pašā traukā. Tādējādi bija iespējams izvairīties no galvenajām grūtībām: pārmērīga reakcijas maisījuma pārkaršanas. Maisīšanu veic ar saspiestu gaisu 4 atm spiedienā. Procesa produktivitāte ir 100 kg glicerīna 20 minūtēs 10 - 12 grādu temperatūrā.
Tā kā nitroglicerīnam (1, 6) un skābei (1, 7) ir atšķirīgs īpatnējais svars, tas savācas no augšas ar asu saskarni. Pēc nitrēšanas nitroglicerīnu mazgā ar ūdeni, pēc tam no skābes atlikumiem mazgā ar soda un atkal mazgā ar ūdeni. Maisīšanu visos procesa posmos veic ar saspiestu gaisu. Žāvēšanu veic, filtrējot caur kalcinēta galda sāls slāni [9].
Kā redzat, reakcija ir pavisam vienkārša (atcerieties terorisma vilni 19. gadsimta beigās, ko uzcēla “bumbvedēji”, kuri apguva vienkāršo lietišķās ķīmijas zinātni) un pieder pie “vienkāršo ķīmisko procesu” skaita (A. Stetbacher). Gandrīz jebkuru nitroglicerīna daudzumu var pagatavot visvienkāršākajos apstākļos (melnā pulvera pagatavošana nav daudz vienkāršāka).
Reaģentu patēriņš ir šāds: lai iegūtu 150 ml nitroglicerīna, jums jāņem: 116 ml glicerīna; 1126 ml koncentrētas sērskābes;
649 ml slāpekļskābes (vismaz 62% koncentrācija).
Dinamīts karā
Dinamīts pirmo reizi tika izmantots Francijas un Prūsijas karā no 1870. līdz 1871. gadam: Prūsijas sapieri ar dinamītu uzspridzināja franču nocietinājumus. Bet dinamīta drošība izrādījās relatīva. Militārpersonas uzreiz noskaidroja, ka, izšaujot ar lodi, tā eksplodē ne sliktāk par tās priekšteci, un sadegšana atsevišķos gadījumos pārvēršas sprādzienā.
Bet kārdinājums iegūt jaudīgu munīciju bija neatvairāms. Izmantojot diezgan bīstamus un sarežģītus eksperimentus, bija iespējams noskaidrot, ka dinamīts nesprāgs, ja slodzes palielinās nevis uzreiz, bet pakāpeniski, saglabājot šāviņa paātrinājumu drošās robežās.
Problēmas risinājums tehniskajā līmenī bija saspiesta gaisa izmantošana. 1886. gada jūnijā ASV armijas 5. artilērijas pulka leitnants Edmunds Ludvigs G. Zelinskis pārbaudīja un pilnveidoja oriģinālo amerikāņu inženierijas dizainu. Pneimatiskais lielgabals, kura kalibrs ir 380 mm un garums 15 m, ar gaisa spiedienu, kas saspiests līdz 140 atm, varētu izmest šāviņus ar garumu 3,35 m no 227 kg dinamīta pie 1800 mA šāviņa garuma 1,83 m ar 51 kg. dinamīts un visi 5 tūkstoši m
Dzenošo spēku nodrošināja divi saspiesta gaisa baloni, un augšējais tika savienots ar instrumentu ar elastīgu šļūteni. Otrais cilindrs bija rezerves augšējā barošanai, un spiediens tajā tika uzturēts ar zemē ieraktā tvaika sūkņa palīdzību. Ar dinamītu ielādētais šāviņš bija šautriņas formas - artilērijas bulta - un tam bija 50 mārciņas kaujas galviņa.
Kembridžas hercogs pavēlēja armijai pārbaudīt vienu šādu sistēmu Milfordheivenā, taču lielgabals izlietoja gandrīz visu munīciju, pirms beidzot trāpīja mērķī, kas tomēr tika iznīcināts ļoti efektīvi. Amerikāņu admirāļi bija sajūsmā par jauno lielgabalu: 1888. gadā tika atbrīvota nauda, lai izgatavotu 250 dinamīta lielgabalus piekrastes artilērijai.
1885. gadā Zeļinskis nodibināja pneimatisko ieroču kompāniju, lai armijā un flotē ieviestu pneimatiskos ieročus ar dinamīta apvalkiem. Viņa eksperimenti lika runāt par gaisa ieročiem kā daudzsološu jaunu ieroci. ASV Jūras spēki 1888. gadā pat uzbūvēja 944 tonnu smago dinamiskā kreiseri Vesuvius, kas bija bruņots ar trim no šiem 381 mm lielgabaliem.
"Dinamīta" kreisētāja "Vesuvius" diagramma
[centrs]
Un šādi izskatījās viņa stacionārie ieroči[/centrs]
Bet dīvaina lieta: pēc dažiem gadiem entuziasms deva vilšanos. "Spānijas un Amerikas kara laikā," par to teica amerikāņu artilēristi, "šie ieroči nekad netrāpīja pareizajā vietā." Un, lai gan runa nebija tik daudz par ieročiem, cik par artilēristu spēju precīzi šaut un ieroču stingro stiprinājumu, šī sistēma netika tālāk attīstīta.
1885. gadā Holande uz savas zemūdenes Nr. 4 uzstādīja Zelinska gaisa lielgabalu. Tomēr lieta nenonāca praktiskajos pārbaudījumos, tk. laiva nolaišanas laikā cieta smagā avārijā.
1897. gadā Holande pārbruņoja savu zemūdeni Nr. 8 ar jaunu Zelinska lielgabalu. Bruņojumu veidoja 18 collu (457 mm) priekšgala torpēdu caurule ar trim Whitehead torpēdām, kā arī Zelinska pakaļgaisa pistole dinamīta apvalkiem (7 kārtas 222 mārciņas. 100,7 kg) katra). Tomēr pārāk īsā stobra dēļ, ko ierobežoja laivas izmērs, šim lielgabalam bija īss šaušanas diapazons. Pēc praktiskas šaušanas izgudrotājs to demontēja 1899. gadā.
Nākotnē ne Holande, ne citi dizaineri uz savām zemūdenēm neuzstādīja lielgabalus (aparātus), lai izšautu mētājmīnus un dinamīta šāviņus. Tātad Zelinska ieroči nemanāmi, bet ātri pameta skatuvi [12].
Nitroglicerīna brālis
No ķīmiskā viedokļa glicerīns ir vienkāršākais trīsvērtīgo spirtu klases pārstāvis. Ir tā diatomiskais analogs - etilēnglikols. Vai ir brīnums, ka pēc iepazīšanās ar nitroglicerīnu ķīmiķi pievērsa uzmanību etilēnglikolam, cerot, ka to būs ērtāk lietot.
Bet arī šeit sprāgstvielu velns parādīja savu kaprīzo raksturu. Izrādījās, ka dinitroetilēnglikola (šis sprāgstviela nekad nav saņēmis savu nosaukumu) īpašības daudz neatšķiras no nitroglicerīna:
1. Jutība: detonācija, kad 2 kg slodze nokrīt no 20 cm augstuma; jutīgs pret berzi, uguni.
2. Sprādzienbīstamās transformācijas enerģija - 6900 J / kg.
3. Detonācijas ātrums: 7200 m / s.
4. Brisance: 16,8 mm.
5. augsta sprādzienbīstamība: 620-650 kubikmetri. cm.
To pirmo reizi ieguva Henrijs 1870. gadā. To iegūst, rūpīgi nitrējot etilēnglikolu saskaņā ar procedūru, kas līdzīga nitroglicerīna pagatavošanai (nitrēšanas maisījums: H2SO4 - 50%, HNO3 - 50%; attiecība - 1 pret 5 attiecībā pret etilēna glikols).
Nitrēšanas procesu var veikt zemākā temperatūrā, kas ir nosliece uz lielāku ražu [7, 8].
Neskatoties uz to, ka kopumā DNEG jutīgums izrādījās nedaudz zemāks nekā NG, tā lietošana nesolīja būtisku labumu. Ja mēs tam pievienojam lielāku svārstīgumu nekā NG un zemāku izejvielu pieejamību, tad kļūst skaidrs, ka arī šis ceļš nav novedis nekur.
Tomēr viņš arī neizrādījās pilnīgi bezjēdzīgs. Sākumā to izmantoja kā piedevu dinamitam, Otrā pasaules kara laikā glicerīna trūkuma dēļ to izmantoja kā nitroglicerīna aizstājēju nesmēķējošos pulveros. Šādiem pulveriem bija īss glabāšanas laiks DNEG nepastāvības dēļ, taču kara apstākļos tam nebija lielas nozīmes: neviens negrasījās tos uzglabāt ilgu laiku.
Christian Schönbein priekšauts
Nav zināms, cik daudz laika militāristi būtu pavadījuši, meklējot veidus, kā nomierināt nitroglicerīnu, ja līdz 19. gadsimta beigām nebūtu ieradusies rūpnieciskā tehnoloģija cita nitroesterra ražošanai. Īsumā tā parādīšanās vēsture ir šāda [16].
1832. gadā franču ķīmiķis Anrī Brakono atklāja, ka, apstrādājot cieti un koksnes šķiedras ar slāpekļskābi, izveidojās nestabils, viegli uzliesmojošs un sprādzienbīstams materiāls, ko viņš nosauca par ksiloidīnu. Tiesa, lieta aprobežojās ar vēstījumu par šo atklājumu. Pēc sešiem gadiem, 1838. gadā, cits franču ķīmiķis Teofils Žils Pelūzs līdzīgi apstrādāja papīru un kartonu un ražoja līdzīgu materiālu, ko nosauca par nitramidīnu. Kas to būtu domājis, bet iemesls, kāpēc nitramidīnu nevar izmantot tehniskiem mērķiem, bija tieši tā zemā stabilitāte.
1845. gadā Šveices ķīmiķis Kristians Frīdrihs Šēnbeins (kurš līdz tam laikam bija kļuvis slavens ar ozona atklāšanu) savā laboratorijā veica eksperimentus. Viņa sieva stingri aizliedza viņam nest kolbas uz virtuvi, tāpēc viņš steidzās pabeigt eksperimentu viņas prombūtnes laikā - un izlēja uz galda kādu kodīgu maisījumu. Cenšoties izvairīties no skandāla, viņš, ievērojot labākās Šveices precizitātes tradīcijas, noslaucīja to ar savu darba priekšautu, jo maisījuma nebija pārāk daudz. Tad, arī pēc Šveices taupības tradīcijām, viņš mazgāja priekšautu ar ūdeni un pakāra to virs plīts, lai nožūtu. Cik ilgi vai īsi tas tur karājās, vēsture klusē, bet tas, ka pēc žāvēšanas priekšauts pēkšņi pazuda, ir zināms. Turklāt viņš pazuda nevis klusi, angliski, bet skaļi, varētu pat teikt, burvīgi: zibenīgi un skaļi sprādziena pļāpā. Bet lūk, kas piesaistīja Šēnbeina uzmanību: sprādziens notika bez mazākās dūmu pikas!
Un, lai gan Šēnbeins nebija pirmais, kurš atklāja nitrocelulozi, tieši viņam bija lemts izdarīt secinājumu par atklājuma nozīmīgumu. Tolaik artilērijā tika izmantots melns pulveris, no kura kvēpi netīra ieročus, ka intervālos starp šāvieniem tie bija jātīra, un pēc pirmajām zalvēm radās tāds dūmu priekškars, ka nācās cīnīties gandrīz akli. Lieki piebilst, ka melno dūmu dvesmas lieliski norādīja uz bateriju atrašanās vietu. Vienīgais, kas dzīvi padarīja gaišāku, bija apziņa, ka ienaidnieks ir tādā pašā stāvoklī. Tāpēc militāristi ar entuziasmu reaģēja uz sprāgstvielu, kas dod daudz mazāk dūmu, turklāt tas ir arī jaudīgāks par melno pulveri.
Nitroceluloze, kurai nebija melnā pulvera trūkumu, ļāva noteikt dūmu nesaturoša pulvera ražošanu. Un tā laika tradīcijās viņi nolēma to izmantot gan kā propelentu, gan kā sprāgstvielu. 1885. gadā pēc daudziem eksperimentāliem darbiem franču inženieris Pols Vīls saņēma un pārbaudīja vairākus kilogramus piroksilīna pārslveida pulvera, ko sauca par šaujampulveri "B" - pirmo nesmēķējošo pulveri. Pārbaudes ir pierādījušas jaunā propelenta priekšrocības.
Tomēr militārām vajadzībām nebija viegli noteikt liela nitrocelulozes daudzuma ražošanu. Nitroceluloze bija pārāk nepacietīga, lai gaidītu cīņas, un rūpnīcas, kā likums, lidoja gaisā ar apskaužamu regularitāti, it kā konkurētu ar nitroglicerīna ražošanu. Izstrādājot piroksilīna rūpnieciskās ražošanas tehnoloģiju, bija jāpārvar tādi šķēršļi kā nevienam citam spridzeklim. Pagāja vesels ceturtdaļgadsimts, lai veiktu vairākus dažādu valstu pētnieku darbus, līdz šī oriģinālā šķiedru sprāgstviela kļuva piemērota lietošanai un līdz tika atrasti daudzi līdzekļi un metodes, kas kaut kādā veidā garantēja pret sprādzienu, ilgstoši uzglabājot produktu. Izteiciens "jebkādā veidā" nav literāra ierīce, bet gan atspoguļo grūtības, ar kurām ķīmiķi un tehnologi ir saskārušies, nosakot stabilitātes kritērijus. Nebija stingra sprieduma par stabilitātes kritēriju noteikšanas pieejām, un, turpinot paplašināt šī sprāgstvielas izmantošanas jomu, pastāvīgi sprādzieni atklāja arvien vairāk noslēpumainu iezīmju šī īpatnējā kompleksā ētera uzvedībā. Tikai 1891. gadā Džeimsam Devaram un Frederikam Ābelam izdevās atrast drošu tehnoloģiju.
Piroksilīna ražošanai nepieciešams liels skaits palīgierīču un ilgs tehnoloģiskais process, kurā visas darbības jāveic vienlīdz rūpīgi un rūpīgi.
Piroksilīna ražošanas sākotnējais produkts ir celuloze, kuras labākais pārstāvis ir kokvilna. Dabīga tīra celuloze ir polimērs, kas sastāv no glikozes atlikumiem, kas ir cietes tuvs radinieks: (C6H10O5) n. Turklāt papīra rūpnīcu atkritumi var nodrošināt lieliskas izejvielas.
Šķiedru nitrēšana tika apgūta rūpnieciskā mērogā jau 19. gadsimta 60. gados un tika veikta keramikas podos, tālāk centrifugējot. Tomēr līdz gadsimta beigām šo primitīvo metodi aizstāja amerikāņu tehnoloģijas, lai gan Pirmā pasaules kara laikā tā tika atdzīvināta zemo izmaksu un vienkāršības (precīzāk, primitīvisma) dēļ.
Rafinēta kokvilna tiek ievietota nitratorā, pievienots nitrējošs maisījums (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, ūdens - 7%), pamatojoties uz 15 kg šķiedrvielu 900 kg maisījuma, kas dod 25 kg piroksilīna iznākumu.
Nitratori ir savienoti baterijās, kas sastāv no četriem reaktoriem un vienas centrifūgas. Nitratori tiek ielādēti ar laika intervālu (aptuveni 40 minūtes), kas vienāds ar ekstrakcijas laiku, kas nodrošina procesa nepārtrauktību.
Piroksilīns ir produktu maisījums ar dažādas pakāpes celulozes nitrēšanu. Piroksilīns, kas iegūts, sērskābes vietā izmantojot fosforskābi, ir ļoti stabils, taču šī tehnoloģija nav iesakņojusies augstāko izmaksu un zemākas produktivitātes dēļ.
Presētajam piroksilīnam piemīt pašaizdegšanās īpašība, un tas ir jāsamitrina. Ūdens, ko izmanto piroksilīna mazgāšanai un stabilizēšanai, nedrīkst saturēt sārmainus līdzekļus, jo sārmu iznīcināšanas produkti ir pašaizdegšanās katalizatori. Galīgo žāvēšanu līdz vajadzīgajam mitruma saturam panāk, noskalojot ar absolūtu spirtu.
Bet samitrināta nitroceluloze arī nav brīva no nepatikšanām: tā ir jutīga pret piesārņojumu ar mikroorganismiem, kas izraisa pelējumu. Aizsargājiet to, vaskojot virsmu. Gatavam produktam bija šādas īpašības:
1. Piroksilīna jutība ir ļoti atkarīga no mitruma. Sauss (3–5% mitrums) viegli aizdegas no atklātas liesmas vai karsta metāla pieskāriena, urbšanas, berzes. Tas eksplodē, kad 2 kg slodze nokrīt no 10 cm augstuma, paaugstinoties mitrumam, jutība samazinās un pie 50% ūdens detonācijas spēja pazūd.
2. Sprādzienbīstamās transformācijas enerģija - 4200 MJ / kg.
3. Detonācijas ātrums: 6300 m / s.
4. Brisance: 18 mm.
5. Augsta sprādzienbīstamība: 240 kubikmetri. cm.
Un tomēr, neraugoties uz trūkumiem, ķīmiski stabilāks piroksilīns militārpersonām bija piemērots vairāk nekā nitroglicerīns un dinamīts, tā jutību varēja regulēt, mainot tā mitruma saturu. Tāpēc presēto piroksilīnu sāka plaši izmantot mīnu un čaumalu kaujas galviņu aprīkošanai, taču laika gaitā šis nepārspējamais produkts aizvietoja aromātisko ogļūdeņražu nitrētos atvasinājumus. Nitroceluloze palika kā propelenta sprāgstviela, bet kā spridzināšanas sprāgstviela tā uz visiem laikiem ir atkāpusies pagātnē [9].
Gaistošs želeja un nitroglicerīna šaujampulveris
“Melnais pulveris … atspoguļo visas turpmākās uzlabošanas iespējas - zinātniski pētot neredzamās parādības, kas rodas tā sadegšanas laikā. Nesmēķējošs šaujampulveris ir jauna saikne starp valstu varu un to zinātnisko attīstību. Šī iemesla dēļ, būdams viens no Krievijas zinātnes karotājiem, manos spēka samazināšanās un gados es neuzdrošinos analizēt bezsmēķējošā šaujampulvera uzdevumus …"
Lasītājs, pat nedaudz iepazinies ar ķīmijas vēsturi, droši vien jau ir uzminējis, kuru vārdi tie ir - izcilais krievu ķīmiķis D. I. Mendeļejevs.
Mendeļejevs daudz pūļu un uzmanības veltīja porrocheliy kā ķīmisko zināšanu jomai pēdējos dzīves gados - 1890. -1897. Bet, kā vienmēr, pirms aktīvās attīstības fāzes notika pārdomu, zināšanu uzkrāšanas un sistematizācijas periods.
Viss sākās ar to, ka 1875. gadā nenogurdināmais Alfrēds Nobels izdarīja vēl vienu atklājumu - plastmasas un elastīgu nitrocelulozes cieto šķīdumu nitroglicerīnā. Tas diezgan veiksmīgi apvienoja cieto formu, augstu blīvumu, vieglu formēšanu, koncentrētu enerģiju un nejutīgumu pret augstu atmosfēras mitrumu. Želeja, kas pilnībā sadedzināta oglekļa dioksīdā, slāpeklī un ūdenī, sastāvēja no 8% dinitrocelulozes un 92% nitroglicerīna.
Atšķirībā no tehniķa Nobela, D. I. Mendeļejevs vadījās no tīri zinātniskas pieejas. Pamatojoties uz saviem pētījumiem, viņš izvirzīja pilnīgi noteiktu un ķīmiski stingri pamatotu ideju: nepieciešamajai vielai degšanas laikā vajadzētu izdalīt maksimāli gāzveida produktus uz svara vienību. No ķīmiskā viedokļa tas nozīmē, ka šajā savienojumā vajadzētu būt pietiekami daudz skābekļa, lai pilnībā pārvērstu oglekli gāzveida oksīdā, ūdeņradi ūdenī un oksidējošo spēju nodrošināt enerģiju visam šim procesam. Pēc detalizēta aprēķina tika iegūta šāda sastāva formula: C30H38 (NO2) 12O25. Dedzinot, jums vajadzētu iegūt sekojošo:
C30H38 (NO2) 12O25 = 30 CO + 19 H2O + 6 N2
Šāda sastāva vielas mērķtiecīgas sintēzes reakcijas veikšana pat šobrīd nav viegls uzdevums, tāpēc praksē tika izmantots 7-10% nitrocelulozes un 90-93% nitroglicerīna maisījums. Slāpekļa saturs procentos ir aptuveni 13, 7%, kas nedaudz pārsniedz šo rādītāju pirokolodijām (12, 4%). Darbība nav īpaši grūta, neprasa sarežģītas iekārtas izmantošanu (to veic šķidrā fāzē) un norit normālos apstākļos.
1888. gadā Nobels saņēma patentu šaujampulverim, kas izgatavots no nitroglicerīna un koloksilīna (šķiedra ar zemu nitrātu), kas nosaukts kā piroksilīna nesmēķējošais šaujampulveris. Šis sastāvs praktiski nemainās līdz šim ar dažādiem tehniskiem nosaukumiem, no kuriem slavenākie ir kordīts un ballistīts. Galvenā atšķirība ir attiecībās starp nitroglicerīnu un piroksilīnu (kordītā tas ir lielāks) [13].
Kā šīs sprāgstvielas ir savstarpēji saistītas? Apskatīsim tabulu:
1. tabula.
BB …… Jutīgums…. Enerģija… Ātrums…… Brisance… Augsta sprādzienbīstamība
……… (kg / cm /% sprādzienu)….sprāgšana….detonācija
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
Visu sprāgstvielu īpašības ir diezgan līdzīgas, taču fizisko īpašību atšķirības noteica dažādas to pielietošanas nišas.
Kā mēs jau redzējām, ne nitroglicerīns, ne piroksilīns neiepriecināja armiju ar savu raksturu. Man šķiet, ka šo vielu zemās stabilitātes iemesls ir uz virsmas. Abi savienojumi (vai trīs - skaitīšanas un dinitroetilēnglikols) ir ētera klases pārstāvji. Un esteru grupa nekādā ziņā nav viena no ķīmiskās izturības līderēm. Drīzāk viņu var atrast starp nepiederošajiem. Nitro grupa, kas satur slāpekli diezgan dīvainā oksidācijas stāvoklī +5, arī nav stabilitātes modelis. Šī spēcīgā oksidētāja simbioze ar tik labu reducētāju kā spirtu hidroksilgrupa neizbēgami noved pie vairākām negatīvām sekām, no kurām visnepatīkamākā ir kaprīze lietošanā.
Kāpēc ķīmiķi un armija tik daudz laika pavadīja, eksperimentējot ar viņiem? Kā šķiet, daudzi un daudzi ir uzvarējuši. Militārpersonas - liela jauda un izejvielu pieejamība, kas palielināja armijas kaujas efektivitāti un padarīja to nejutīgu pret piegādi kara laikā. Tehnologi - maigi sintēzes apstākļi (nav jāizmanto augsta temperatūra un paaugstināts spiediens) un tehnoloģiskās ērtības (neskatoties uz daudzpakāpju procesiem, visas reakcijas notiek vienā reakcijas tilpumā un bez nepieciešamības izolēt starpproduktus).
Produktu praktiskā raža bija arī diezgan augsta (2. tabula), kas neizraisīja steidzamu nepieciešamību meklēt avotus lielam daudzumam lētas slāpekļskābes (jautājums par sērskābi tika atrisināts daudz agrāk).
2. tabula.
BB ……. Reaģentu patēriņš uz 1 kg….. Posmu skaits…. Izplūdušo produktu skaits
……… Slāpekļskābe.. Sērskābe
GN …….10 ……………..23 ……………..3 …………………… 1
DNEG….16, 5 ………….16, 5 …………… 2 …………………… 1
NK ……..8, 5 …………… 25 ……………..3 …………………… 1
Situācija krasi mainījās, kad uz skatuves parādījās jauni sprāgstvielu velna iemiesojumi: trinitrofenols un trinitrotoluols.
(Turpinājums sekos)
