Eksploziv

Eksplozivi su jedinjenja ili smese koji mogu za vrlo kratko vreme da razviju veliku zapreminu gasova na visokoj temperaturi. Proces veoma brzog stvaranja toplotne i mehaničke energije uz oslobađanje gasova naziva se eksplozija.

Eksploziju prate zvuk, svetlost, mehaničko dejstvo i slične pojave, koje ostavljaju snažan utisak na čoveka. Sagorevanjem 1 kg petroleuma oslobađa 46000 KJ, ako se sagorevanje vrši na primer u lampi ova energija se postepeno prenosi u okolinu, bez ikakvog mehaničkog dejstva. Međutim, ako se pomeša 1 kg petroleuma sa dovoljnom količinom tečnog kiseonika i paljenje izvrši inicijalnom kapislom, nastaće velika eksplozija u kojoj se trenutno (hiljaditi deo sekunde) oslobađa oko 46.000 KJ, temperature dostiže i do 4.000 °C, izaziva se i pritisak od oko 100 tona po kvadratnom centimetru (podrazumeva se da udarni talas ima razorno dejstvo).

Osnovna razlika eksploziva od ostalih zapaljivih materija je u tome sto se kiseonik potreban za sagorevanje nalazi u molekulima u vidu nitro ili hitratne, hloratne ili perhloratne grupe, pri čemu treba znati da prisustvo internih gasova smanjuje broj kalorija oslobođenih pri eksploziji.

Istorijski razvoj

1190. p. n. e. – Trojanske trupe koristile su zapaljiva sredstva protiv grčke mornarice.
500-470. p. n. e. – u taktici kineza Fau Li Jena opisana je upotreba kamenih kugli i zapaljivih lopti prilikom opsade gradova.
160-122. p. n. e. – Kinezi pronašli crni barut, smesu 76,2% kalijum-nitrata, 15,4% drvenog uglja i 8,4% sumpora.
222 god. – Rimljani počeli da koriste u pomorskim bitkama, zapaljivu smesu izrađenu od negašenog kreča i asfalta koja se palila u dodiru sa vodom.
Sredinom VII veka Grk Kalinikos je usavršio rimsku zapaljivu smesu i pronašao “grčku vatru” koja se sastoji od nafte, sumpora, smole i negašenog kreča.
1073. – Mađari su pri opsadi Beograda prvi koristili crni barut u Evropi.
1250. – Kaluđer R. Bacon dao je sledeći sastav crnog baruta: 41,2% kalijumnitrat, 29,4% sumpora i 19,4% drvenog uglja.
1326. – U Veneciji su izrađeni metalni topovi koji su izbacivali đulad pod pritiskom gasova nastalih sagorevanjem baruta.
1627. – K. Viendl (Wiendl) prvi je koristio crni barut za otkopavanje ruda.
1654. – J. R. Kluber (Clauber) pronašao je amonijum-nitrat (koji se koristi kao oksidans u privrednim eksplozivima).
krajem XVII veka J. Lovstern (Lowestern) pronašao je živin-fulminat.
1780. – C. L. Bertholet (Berthollet) pronašao je kalijum-hlorat.
1845. – Otkrivena nitroceluloza, a A. Soborero (Soborero) pronašao nitroglicerin.
1853. – Austrija zamenjuje crni barut nitroceluloznim barutom koji stavljaju u baterije topova
1867. – Alfred Nobel je pronašao dinamit
1873. – Pronađen plastični eksploziv (nitroceluloza + nitroglicerin)
1884. – Pronađen dvobazni barut
1870. – Dobijen je trinitrotroluen (TNT)
1891. – T. Kurtis (Curtis) pronašao olovo-azid
1894. – Proizveden je pentrit.
U toku Drugog svetskog rata napravljeno je mnogo novih eksplozivnih smesa.
1944. – Počela je proizvodnja livenih dvobaznih baruta za pogon raketnih projektila.

Klasifikacija eksploziva

Prema poreklu oslobođene toplote

Prema poreklu toplote koja se oslobađa eksplozivi se dele na:

eksplozive sa endotermnim molekulima
eksplozive sa egzotermnim molekulima

Molekul eksploziva je endoterman onda kada nastaje iz elemenata uz vezivanje toplote. Ovakvi eksplozivi obično ne sadrže kiseonik, a toplota se oslobađa isključivo raspadanjem molekula na svoje elemente.

Pb(N₃) _{2_{→ Pb + 3N₂}}

Pri ovom procesu se za svaki molekul azota oslobađa 447 KJ energije.

Molekul eksploziva je egzoterman kada se stvara iz elemenata uz oslobađanje toplote. Molekul sadrži kiseonične grupe, NO₂ i O, i do oslobađanja energije dolazi sagorevanjem samog molekula, odnosno reakcijom vodonika i ugljenika sa jedne i kiseoničnih grupa sa druge strane. Pri tome nastaju ugljen-dioksid, ugljen-monoksid i voda. Takođe je potrebno da kiseonik u molekulu nije direktno vezan za ugljenik da bi jedinjenje bilo eksplozivno. U ovu grupu eksploziva ulaze i eksplozivne smese koje se uvek sastoje iz jednog tela koje potpomaže sagorevanje (nitrati, hlorati, kiseonik itd.) i jednog sagorljivog tela (ugalj, ugljovodonici, nitro derivati itd.). U ovu grupu spada većina eksploziva.

Prema načinu dejstva

Eksplozivi se prema načinu dejstva dela na:

inicijalne (primarni) i
brizantne (sekundarni) eksplozive

Inicijalne eksplozivne materije imaju veoma malu energiju aktiviranja i veoma su osetljive na udar, varnice, trenje, toplotu, jer mogu izazvati njihovo razlaganje. U ovu grupu eksploziva spadaju: živin-fulminat Hg(OCN)₂, olovo-trinitrorezorcilat, srebro-fuliminat AgONC, srebro-azid AgN₃, olovo-azid NaN₃, dinitrodiazo-fenol i peroksidi (H₂O₂, ROOH, ROOR).

Brizantne eksplozivne materije su manje osetljive na mehaničke i toplotne uticaje i eksplodiraju pod dejstvom udarnog talasa inicijalnih eksploziva. U ovu grupu spadaju nitro jedinjenja koja sadrže C-NO₂ vezu, kao što su dinitrobenzen, dinitrotluen, heksanitro-stilben, triaminonitrobenzen, trinitrotoluen (TNT), i druga, zatim nitratni estri koji sadrže C-O-NO₂ grupu, kao što su nitroceluloza i pentaeritit-tetranitrit (pentrit, PETN). Takođe se u ovu grupu svrstavaju i nitroamini koji imaju C-N-NO₂ grupu, kao sto su ciklotetraametilen-tetraamin (oktogen), ciklotrimetil-triamin (heksogen), nitroguanidin.

Privredni eksplozivi

Postoji velika mogućnost kombinovanja raznih eksplozivnih jedinjenja, aditiva i pripremanja eksplozivnih smesa za različite namene. Od posebnog značaja su takozvani privredni eksplozivi. To su uglavnom eksplozivne smese koje sadrže nekoliko komponenti, a pripremaju se za specijalne namene i miniranja u rudarstvu i građevini. Najpoznatiji su granulisani eksplozivi, kao na primer, smesa koja sadrži amonijum-nitrat (90%), ugljenu prašinu (7%), karboksimetil-celulozu (1%) i dizel gorivo (2%) ili eksplozivna smesa koja sadrži amonijum-nitrat (87,9%), trinitrotoluen (5,5%), drveno brašno (4,5%) i dizel gorivo (2,5%). Ova vrsta eksploziva koristi se za miniranje srednje tvrdih i mekih stena i ruda.

Postoje i kašasti – vodoplastični eksplozivi koji imaju kašasto – plastičnu konzistenciju. Odlikuju se visokom gustinom i dobrom vodootpornošću. Ova vrsta eksploziva sačinjena je od smese amonijum-nitrata (40%), natrijum-nitrata (20%), aluminijuma u prahu (15%), trinitrotoluena (15%), vode (10%) i sredstva za zgrušavanje (0,5-2%). Ovi privredni eksplozivi koriste se u rudarstvu za miniranje u uslovima gde je potrebna vodootpornost i za direktno ubrizgavanje u bušotine.

Ostale eksplozivne materije

Baruti su eksplozivne materije u kojima se hemijsko razlaganje vrši isključivo termičkom provodljivošću, pri čemu sagorevanje može da bude različite brzine, od nekoliko milimetara do nekoliko centimetara u sekundi. Pri takvim brzinama moguće je iskorišćavanje gasova, proizvoda sagorevanja, za pokretanje projektila u cevi oružja, ili raketnog projektila.

Postoje:

koloidni (homogeni) i
kompozitni baruti.

Koloidni baruti se dobijaju želatiniziranjem molekula nitroceluloze rastvorene u nekom organskom rastvaraču i nekog drugog eksplozivnog jedinjenja. U zavisnosti od broja osnovnih aktivnih materija postoje jednobazni koloidni baruti koji su izgrađeni samo iz nitroceluloze, ali u ovu grupu spadaju i baruti koji sadrže i dinitrotoluen. Dvobazni koloidni baruti su izgrađeni od nitroceluloze i nitroglicerina, pri čemu nitroglicerina ima između 12% i 45%. U ovu grupu baruta svrstavaju se i novi sastavi koji sadrže oktogen, heksogen i pentrit radi povećavanja specificnog impulsa. Trobazni koloidni baruti sadrže tri eksplozivne komponente: nitrocelulozu, nitroglicerin i nitroguanidin.

U kompozitne barute svrstava se crni barut koji se dobija mešanjem sumpora, ugljenika i kalijum-nitrata. Pored crnog baruta, u ovu grupu ulaze kompozitna raketna goriva koja se sastoje od oksidansa (uglavnom amonijum-hlorata, 60-80%), veziva koje obezbeđuje koheziju i homogenost oksidansa i goriva, formiraju se od prepolimera (polibutadien), umreživača (toliuendiizocijanat), adhezivnih agenasa (trietanolamin), plastifikatora (diizooktil-azelat), katalizatora umreživača (feri-acetonilacetonat, olovo-hromat), zatim od reduktansa (aluminijum, oko 25%), ubrzivača sagorevanja (feri-oksid, ferocen), usporivača sagorevanja (nitroguanidin, amonijum-nitrat), konzervansa (antioksidansi na bazi fenola i amina) i stabilizatora sagorevanja (acetilenska čađ, aluminijum u prahu).

Od ostalih eksplozivnih materija i smesa treba pomenuti eksplozivne naprave na bazi smese goriva i vazduha. To su takozvane aerosolne eksplozivne smese. Prve aerosolne avionske bombe proizvedene su 1960. godine. Osnovni princip u funkcionisanju ove vrste bombi je rasprašivanje lako isparljivih ugljovodonika ili metalnih prahova u vazduhu, pri čemu nastaje eksplozivna gasna smesa u vidu oblaka, koja se naknadno pali pomoću centralno postavljenog punjenja visoko bizantnog eksploziva. Posle odabranog uparenja, koje omogućava mešanje goriva i vazduha, smesa se pali i nastaje velika eksplozija. Kao goriva u aerosolnim bombama koriste se razna jedinjenja koja sa vazduhom u određenim koncetracijama grade eksplozivnu smesu. Udarni talas aerosolnih bombi ruši sve prepreke u prečniku od 500 m, a ubija na rastojanju od 1.000 m. Sekundarno dejstvo ovih bombi je oduzimanje kiseonika iz okoline, što izaziva gušenje živih organizama. Bombe su težine do 7 tona. Kao gorivo najčešće se koristi kerozin sa dodatkom heptana i aditiva, kao što su: propilen-oksid, propil-nitrat i butil-nitrat.

Treba još pomenuti i takozvane pirotehničke smese, koje predstavljaju smesu eksplozivnih jedinjenja i oksidansa. Pirotehničke smese reaguju egzotermno tako što proizvode specifične efekte: dim, plamen, udarni talas, svetlost, gasove, zvuk ili toplotu. Prema nameni ili željenim efektima koje proizvode, pirotehničke smese mogu da budu:

pripalne,
inicijalne,
osvetljavajuće,
dimne,
zapaljive i
sa zvučnim signalima.

Za dobijanje obojenih svetlosnih efekata dodaju se razni aditivi, kao što su bakar(II)-oksid za plavu boju, soli barijuma i borne kiseline daju zelenu boju, soli natrijuma žutu, soli silicijuma daju crvenu svetlost, a magnezijumove soli daju blještavo plavu boju.

Primena

Eksplozivi i baruti imaju veoma dugu istoriju i našli su primenu u raznim obalastima ljudske delatnosti, pre svega kao oružje, zatim u privredi (rudarstvu, kamenolomima i sl.), kao gorivo u raketnim motorima i kao lekovi.

Vanjske veze

Znanje