ואכן, השטן יושב בחומרי הנפץ, מוכן בכל שנייה להתחיל להרוס ולשבור את כל מה שמסביב. שמירה על יצור הגיהינום הזה ושחרורו רק בעת הצורך היא הבעיה העיקרית שעל כימאים ופירוטכניקים לפתור בעת יצירת חומרי נפץ ושימוש בהם. בהיסטוריה של יצירת ופיתוח חומרי נפץ (חומר נפץ), כמו בטיפת מים, מוצגת ההיסטוריה של הופעתם, התפתחותם והרסם של מדינות ואימפריות.
בהכנת מתווה השיעורים הבחין המחבר שוב ושוב כי המדינות ששליטיהן הקדישו תשומת לב ערה לפיתוח המדעים, ובעיקר לשילוש הטבעי של המתמטיקאים - פיזיקה - כימיה - הגיעו לשיאים בהתפתחותם. דוגמה בולטת יכולה להיות העלייה המהירה לבמה העולמית של גרמניה, שבחצי מאה עשתה קפיצה מאיחוד של מדינות שונות, שאת חלקן אפילו במפה מפורטת של אירופה היה קשה לראות ללא "היקף קטן", לאימפריה שצריך היה להתחשב בה במשך מאה וחצי שנה. מבלי להקטין את יתרונותיו של ביסמרק הגדול בתהליך זה, אצטט את משפטו, שאמר לאחר סיום המלחמה הצרפתית-פרוסית: "במלחמה זו ניצח מורה גרמני פשוט". המחבר מבקש להקדיש את סקירתו להיבט הכימי של הגדלת יכולת הלחימה של הצבא והמדינה, כתמיד, מבלי כלל לטעון שהוא בלעדי לדעתו.
בעת פרסום המאמר, המחבר, בדומה לז'ול ורן, נמנע במכוון מפרט פרטים טכנולוגיים ספציפיים וממקד את תשומת לבו בשיטות תעשייתיות גרידא להשגת חומרי נפץ. זה נובע לא רק מתחושת האחריות המובנת למדי של המדען לתוצאות עבודותיו (מעשיות או עיתונאיות), אלא גם העובדה שנושא המחקר הוא השאלה "מדוע הכל היה כך לא אחרת? "ולא" מי היה הראשון שקיבל את זה? חומר ".
בנוסף, המחבר מבקש מהקוראים סליחה על השימוש הכפוי במונחים כימיים - תכונות המדע (כפי שמראה הניסיון הפדגוגי שלו, לא האהוב ביותר על תלמידי בית הספר). כשהבין כי אי אפשר לכתוב על כימיקלים מבלי להזכיר מונחים כימיים, ינסה המחבר למזער אוצר מילים מיוחד.
והדבר האחרון. אין לראות בנתונים שמסר המחבר בשום אופן את האמת האולטימטיבית. הנתונים על מאפייני חומרי הנפץ במקורות שונים שונים ולעתים די חזקים. זה מובן: מאפייני התחמושת תלויים באופן משמעותי מאוד בסוג ה"סחיר "שלהם, בנוכחותם / בהיעדרם של חומרים זרים, הכנסת מייצבים, מצבי סינתזה וגורמים רבים אחרים. גם השיטות לקביעת מאפייני חומר הנפץ אינן נבדלות באחידות (אם כי תהיה כאן יותר סטנדרטיזציה) והן גם אינן סובלות משחזור מיוחד.
סיווג BB
בהתאם לסוג הפיצוץ והרגישות להשפעות חיצוניות, כל חומרי הנפץ נחלקים לשלוש קבוצות עיקריות:
1. יוזמת BB.
2. פיצוץ חומר נפץ.
3. זריקת חומרי נפץ.
יוזמת BB. הם רגישים ביותר להשפעות חיצוניות. שאר המאפיינים שלהם בדרך כלל נמוכים.אבל יש להם נכס יקר ערך - לפיצוץ שלהם (פיצוץ) יש השפעה על פיצוץ על פיצוץ והנעה של חומרי נפץ, שבדרך כלל אינם רגישים לסוגים אחרים של השפעות חיצוניות או בעלי רגישות נמוכה מאוד. לכן, חומרי ייזום משמשים רק כדי להלהיב את פיצוץ הפיצוץ או הנעה של חומרי נפץ. כדי להבטיח את בטיחות השימוש בחומרי נפץ, הם ארוזים במכשירי הגנה (כמוסה, שרוול כמוסה, מכסה מפוצץ, מפוצץ חשמלי, נתיך). נציגים אופייניים ליזום חומרי נפץ: כספית fulminate, azide עופרת, tenres (TNPC).
פיצוץ חומר נפץ. למעשה, זה מה שהם אומרים וכותבים עליו. הם מציידים פגזים, מוקשים, פצצות, רקטות, מוקשים יבשתיים; הם מפוצצים גשרים, מכוניות, אנשי עסקים …
פיצוץ חומרי נפץ מחולקים לשלוש קבוצות על פי מאפייני הנפץ שלהם:
- כוח מוגבר (נציגים: RDX, HMX, PETN, Tetril);
- כוח רגיל (נציגים: TNT, מליניט, פלסטיק);
- הספק מופחת (נציגים: אמוניום חנקתי ותערובותיו).
חומרי נפץ בעלי כוח מוגבר מעט רגישים יותר להשפעות חיצוניות ולכן הם משמשים לעתים קרובות יותר בתערובת עם פלגמטייזרים (חומרים המפחיתים את רגישות חומרי הנפץ) או בתערובת עם חומרי נפץ בעלי עוצמה רגילה כדי להגביר את כוחם של האחרונים. לפעמים חומרי נפץ בעלי עוצמה גבוהה משמשים כמפוצצים ביניים.
זורקים חומרי נפץ. אלה אבק שריפה שונים - עשן שחור, פירוקסילין ללא עשן וניטרוגליצרין. הם כוללים גם תערובות פירוטכניות שונות לזיקוקים, התלקחות אותות ותאורה, פגז תאורה, מוקשים ופצצות אוויר.
על אבקה שחורה וברטולד שחור
במשך כמה מאות שנים, סוג הנפץ היחיד בו השתמשו בני אדם היה אבקה שחורה. בעזרתו הושלכו כדורי תותח לעבר האויב, ופגזי נפץ התמלאו בו. אבק שריפה שימש במכרות תת קרקעיים להשמדת חומות המבצרים, למריסת סלעים.
באירופה הוא נודע מהמאה ה -13, ואף קודם לכן בסין, הודו וביזנטיון. התיאור הראשון שנרשם של אבק שריפה לזיקוקי דינור תואר על ידי המדען הסיני Sun-Simyao בשנת 682. מקסימיליאן היווני (מאות XIII-XIV) במסכת "ספר האורות" תיאר תערובת המבוססת על אשלגן חנקתי, המשמש ב ביזנטיון כ- "האש היוונית" המפורסמת ומורכבת מ- 60% חנקתי, 20% גופרית ו -20% פחם.
ההיסטוריה האירופית לגילוי אבק שריפה מתחילה באנגלי, הנזיר הפרנציסקני רוג'ר בייקון, שבשנת 1242 בספרו "Liber de Nullitate Magiae" נותן מתכון לאבקה שחורה לטילים ולזיקוקים (40% מלח, 30% פחם ו -30 % גופרית) והנזיר למחצה המיתולוגי ברתולד שוורץ (1351). עם זאת, ייתכן כי מדובר באדם אחד: השימוש בשמות בדויים בימי הביניים היה נפוץ למדי, וכך גם הבלבול עם תיארוך המקורות.
פשטות ההרכב, זמינותם של שניים משלושת המרכיבים (גופרית מקומית עדיין אינה נדירה באזורים הדרומיים של איטליה וסיציליה), קלות ההכנה - כל זה הבטיח לאבקת השריפה צעדת ניצחון בין מדינות אירופה ו אַסְיָה. הבעיה היחידה הייתה להשיג כמויות גדולות של אשלגן חנקתי, אך משימה זו טופלה בהצלחה. מכיוון שהפיקדון היחיד הידוע בחנקת אשלג באותה תקופה היה בהודו (ומכאן שמו השני - הודי), ייצור מקומי הוקם כמעט בכל המדינות. אי אפשר היה לקרוא לו נעים, אפילו עם היצע מוצק של אופטימיות: חומרי הגלם עבורו היו זבל, קרבי בעלי חיים, שתן ושיער של בעלי חיים. המרכיבים הפחות לא נעימים בתערובת ריח רע ומלכלך זה היו סיד ואשלג. כל העושר הזה במשך מספר חודשים נזרק לבורות, שם התסס בהשפעת אזוטובקטריה.האמוניה המשתחררת חמצנה לחנקות, שבסופו של דבר נתנו לחנקה הנחשק, שהיה מבודד ומטהר על ידי התגבשות מחדש - גם עיסוק, אני אגיד, לא הכי נעים. כפי שאתה יכול לראות, אין שום דבר מסובך במיוחד בתהליך, חומרי הגלם די נוחים וזמינות אבק השריפה גם הפכה במהרה לאוניברסלית.
אבק שריפה שחור (או מעושן) היה חומר נפץ אוניברסאלי באותה תקופה. לא מתנדנד ולא מתגלגל, במשך שנים רבות הוא שימש הן כקליעה והן כמילוי לפצצות הראשונות - אב טיפוס של תחמושת מודרנית. עד סוף השליש הראשון של המאה ה -19, אבק שריפה ענה במלוא צרכי ההתקדמות. אך המדע והתעשייה לא עמדו במקום, ועד מהרה חדלו לעמוד בדרישות התקופה בשל יכולתו הקטנה. את סוף המונופול של אבק השריפה אפשר לייחס לשנות ה -70 של המאה ה -17, כאשר א 'לבוזייה וג' ברטולט ארגנו ייצור של מלח ברלט המבוסס על אשלגן כלור שהתגלה על ידי ברתולט (מלח ברולט).
את ההיסטוריה של המלח של ברת'ולט אפשר לייחס לרגע שבו קלוד ברטולט חקר את תכונות הכלור שגילה לאחרונה קרל שיל. על ידי העברת כלור דרך תמיסה מרוכזת חמה של אשלגן הידרוקסיד, ברת'לט קיבל חומר חדש, שנקרא מאוחר יותר על ידי כימאים אשלגן כלור, ולא על ידי כימאים - מלח ברטולט. זה קרה בשנת 1786. ולמרות שמלח השטן מעולם לא הפך לחומר נפץ חדש, הוא מילא את תפקידו: ראשית, הוא שימש תמריץ לחפש תחליפים חדשים ל"אל המלחמה "המרושל, ושנית, הוא הפך למייסד סוגים חדשים של חומרי נפץ - יוזמים.
שמן נפץ
ובשנת 1846 הציעו כימאים שני חומרי נפץ חדשים - פירוקסילין וניטרוגליצרין. בטורינו גילה הכימאי האיטלקי אסקאנו סוברו כי די בטיפול בגליצרין בחומצה חנקתית (ניטראציה) ליצירת נוזל שקוף שמנוני - ניטרוגליצרין. הדו ח המודפס הראשון אודותיו פורסם בכתב העת L'Institut (XV, 53) ב -15 בפברואר 1847, והוא ראוי לציטוט כלשהו. החלק הראשון אומר:
"אסקאנו סוברו, פרופסור לכימיה טכנית מטורינו, במכתב שהעביר פרופ '. פלוזום, מדווח כי הוא כבר מזמן מקבל חומרי נפץ על ידי פעולת חומצה חנקתית על חומרים אורגניים שונים, כלומר סוכר קנים, סימון, דקסטריט, סוכר חלב וכו '. סוברו גם חקר את ההשפעה של תערובת של חומצה חנקתית וגופרית על גליצרין, והניסיון הראה לו כי מתקבל חומר, בדומה לכותנה משקשקת …"
יתר על כן, קיים תיאור של ניסוי הניטור, המעניין רק כימאים אורגניים (וגם אז רק מבחינה היסטורית), אך נציין רק תכונה אחת: נגזרות ניטרו של תאית, כמו גם יכולתם להתפוצץ., כבר היו די מוכרים אז [11].
ניטרוגליצרין הוא אחד מחומרי הנפץ החזקים והרגישים ביותר הדורש טיפול ותשומת לב מיוחדת בעת הטיפול.
1. רגישות: עלולה להתפוצץ מירי בכדור. רגישות להשפעה עם קטלבל 10 ק"ג שנפל מגובה 25 ס"מ - 100%. הבעירה הופכת לפיצוץ.
2. אנרגיה של טרנספורמציה נפץ - 5300 J / kg.
3. מהירות הפיצוץ: 6500 מ / ש.
4. בריזה: 15-18 מ מ.
5. נפץ: 360-400 מטר מעוקב. ראה [6].
האפשרות להשתמש בניטרוגליצרין הוכחה על ידי הכימאי הרוסי המפורסם נ.נ. צינין, שבשנים 1853-1855 במהלך מלחמת קרים, יחד עם המהנדס הצבאי ו.פ.פטרושבסקי, ייצר כמות גדולה של ניטרוגליצרין.
פרופסור מאוניברסיטת קאזאן N. N. זינין
המהנדס הצבאי V. F. פטרושבסקי
אבל השטן שחי בניטרוגליצרין התברר כמרושע ומורד. התברר כי הרגישות של חומר זה להשפעות חיצוניות נחותה רק במעט מזה של כספית נפץ. הוא יכול להתפוצץ כבר ברגע החנקה, לא ניתן לנער, לחמם ולקרר או לחשוף אותו לשמש. הוא עלול להתפוצץ במהלך האחסון. ואם אתה מצית אותו עם גפרור, הוא יכול להישרף די רגוע …
ובכל זאת הצורך בחומרי נפץ רבי עוצמה עד אמצע המאה ה -19 כבר היה כה גדול עד שלמרות תאונות רבות, החלה שימוש נייטרוגליצרין בשימוש נרחב בפעולות פיצוץ.
ניסיונות לרסן את השטן הרע נערכו על ידי רבים, אך תפארתו של המאסל ניגש לאלפרד נובל. העליות והירידות של דרך זו, כמו גם גורל ההכנסות ממכירת חומר זה, ידועות ברבים, והמחבר רואה בכך מיותר להיכנס לפרטיהם.
להיות "סחוט" לנקבוביות של חומר מילוי אינרטי (וכמה עשרות חומרים נוסו ככאלה, שהטוב שבהם היה אדמה אינפוזורית - סיליקט נקבובי, 90% מהנפח שלו נופל על הנקבוביות שיכולות לספוג בחמדנות ניטרוגליצרין), ניטרוגליצרין הפך להיות הרבה יותר "מתאים", ושומר עליו כמעט את כל כוחו ההרסני. כידוע, נובל נתן לתערובת זו, הנראית כמו כבול, את השם "דינמיט" (מהמילה היוונית "דינו" - חוזק). אירוניה של הגורל: שנה לאחר שקיבל נובל פטנט על ייצור דינמיט, פטרושבסקי מערבב באופן עצמאי לחלוטין ניטרוגליצרין עם מגנזיה ומקבל חומרי נפץ, שלימים נקראו "דינמיט רוסי".
ניטרוגליצרין (ליתר דיוק, גליצרין טריניטראט) הוא אסתר שלם של גליצרין וחומצה חנקתית. בדרך כלל הוא מתקבל על ידי טיפול בגליצרין בתערובת חומצה גופרית -חנקתית (בשפה כימית - תגובת האיסטריפיקציה):
הפיצוץ של ניטרוגליצרין מלווה בשחרור כמות גדולה של מוצרים גזים:
4 C3H5 (NO2) 3 = 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
האסטריפיקציה מתרחשת ברצף בשלושה שלבים: בראשון מתקבל גליצרול מונוניטראט, בשני - גליצרול דיניטראט, ובשלישי - גליצרול טריניטרט. לקבלת תשואה מלאה יותר של ניטרוגליצרין, עודף של 20% של חומצה חנקתית נלקח מעבר לכמות הנדרשת תיאורטית.
החנקה בוצעה בסירים מחרסינה או בכלי עופרת מולחמים באמבט של מי קרח. כ -700 גרם של ניטרוגליצרין התקבלו בריצה אחת, ובמהלך שעה בוצעו פעולות כאלה ב 3-4.
אך הצרכים הגוברים עשו התאמות משלהם לטכנולוגיה לייצור ניטרוגליצרין. עם הזמן (בשנת 1882) פותחה טכנולוגיה לייצור חומרי נפץ בחנקות. במקרה זה, התהליך חולק לשני שלבים: בשלב הראשון, גליצרין היה מעורבב עם חצי מכמות החומצה הגופרתית, וכך נוצל רוב החום המשתחרר, ולאחר מכן תערובת מוכנה של חומצה חנקתית וגופרית. הוכנס לאותו כלי. לפיכך, ניתן היה להימנע מהקושי העיקרי: התחממות יתר של תערובת התגובה. הערבוב מתבצע עם אוויר דחוס בלחץ של 4 אטום. פרודוקטיביות התהליך היא 100 ק ג גליצרין תוך 20 דקות ב 10 - 12 מעלות.
בשל הכובד הספציפי השונה של ניטרוגליצרין (1, 6) וחומצת פסולת (1, 7), הוא נאסף מלמעלה עם ממשק חד. לאחר החנקה, ניטרוגליצרין נשטף במים, ואז נשטף משאריות חומצה עם סודה ושוב נשטף במים. ערבוב בכל שלבי התהליך מתבצע באוויר דחוס. הייבוש מתבצע על ידי סינון דרך שכבת מלח שולחן מסולס [9].
כפי שאתה יכול לראות, התגובה פשוטה למדי (זכור את גל הטרור בסוף המאה ה -19, שהועלה על ידי "מפציצים" ששלטו במדע הפשוט של הכימיה היישומית) ושייך למספר "תהליכים כימיים פשוטים" (א סטטבאכר). ניתן להכין כמעט כל כמות של ניטרוגליצרין בתנאים הפשוטים ביותר (הכנת אבקה שחורה אינה קלה בהרבה).
צריכת ריאגנטים היא כדלקמן: כדי להשיג 150 מ"ל של ניטרוגליצרין, עליך לקחת: 116 מ"ל גליצרין; 1126 מ"ל של חומצה גופרית מרוכזת;
649 מ ל של חומצה חנקתית (ריכוז של לפחות 62%).
דינמיט במלחמה
דינמיט שימש לראשונה במלחמת צרפת-פרוסיה בשנים 1870-1871: חבלנים פרוסים פוצצו ביצורים צרפתיים בדינמיט. אבל הבטיחות של הדינמיט התברר כיחסית.הצבא גילה מיד שכאשר הוא נורה בכדור, הוא מתפוצץ לא יותר גרוע מאבותיו, ובעירה במקרים מסוימים הופכת לפיצוץ.
אבל הפיתוי להשיג תחמושת עוצמתית לא היה ניתן לעמוד בפניו. באמצעות ניסויים מסוכנים ומורכבים למדי, ניתן היה לגלות כי דינמיט לא יתפוצץ אם העומסים לא יגדלו באופן מיידי, אלא בהדרגה, תוך שמירה על האצת הטיל בתוך גבולות בטוחים.
הפתרון לבעיה ברמה הטכנית נראה בשימוש באוויר דחוס. ביוני 1886, סגן אדמונד לודוויג ג 'זלינסקי מגדוד התותחנים החמישי של צבא ארצות הברית בדק ועיבד את עיצוב ההנדסה האמריקאי המקורי. תותח פנאומטי בקוטר 380 מ"מ ואורך 15 מ 'בעזרת אוויר דחוס ל -140 אטם יכול לזרוק קליעים באורך של 3.35 מ' מ -227 ק"ג דינמיט באורך 1800 ק"ג אורך 1.83 מ 'עם 51 ק"ג של דינמיט וכל 5 אלף מ '
את הכוח המניע סיפקו שני צילינדרים של אוויר דחוס, והעליון היה מחובר לכלי באמצעות צינור גמיש. הגליל השני היווה עתודה להאכלת העליונה, והלחץ בו עצמו נשמר בעזרת משאבת קיטור הקבורה באדמה. הטיל טעון הדינמיט היה מעוצב כמו חץ - חץ ארטילרי - והיה בעל ראש נפץ של 50 קילו.
הדוכס מקיימברידג 'הורה לצבא לבדוק מערכת אחת כזו במילפורד הייבן, אך האקדח ניצל כמעט את כל התחמושת שלו לפני שפגע בסופו של דבר במטרה, אולם עם זאת נהרסה ביעילות רבה. אדמירלים אמריקאים שמחו על התותח החדש: בשנת 1888 שוחרר כסף לייצור 250 תותחי דינמיט לתותחים חופים.
בשנת 1885 הקים זלינסקי את חברת האקדח הפנאומטי כדי להציג אקדחים פנאומטיים עם פגזי דינמיט בצבא ובצי. הניסויים שלו הובילו לדבר על אקדחי אוויר כנשק חדש ומבטיח. הצי האמריקאי אף בנה בשנת 1888 את סיירת הדינמיט של וזובי 944 טון, חמושה בשלושה מתותחי 381 מ מ אלה.
תרשים של סיירת ה"דינמיט "" וזוב"
[מֶרְכָּז]
וכך נראה הנשק הנייח שלו[/מרכז]
אבל דבר מוזר: אחרי כמה שנים ההתלהבות פינתה את מקומה לאכזבה. "במהלך מלחמת ספרד-אמריקה", אמרו על כך התותחנים האמריקאים, "הרובים האלה מעולם לא פגעו במקום הנכון". ולמרות שזה לא היה קשור לתותחים אלא ליכולת של התותחנים לירות במדויק והידוק הנוקש של התותחים, מערכת זו לא זכתה להתפתחות נוספת.
בשנת 1885 התקינה הולנד את תותח האוויר של זלינסקי על צוללתו מס '4. עם זאת, העניין לא הגיע למבחנים המעשיים שלו, tk. הסירה ספגה תאונה קשה במהלך השיגור.
בשנת 1897 חימש הולנד מחדש את צוללת מס '8 בתותח חדש של זלינסקי. החימוש כלל צינור טורפדו קשת בגודל 18 אינץ' (457 מ"מ) עם שלוש טורפדות וייטהד, כמו גם אקדח אוויר זלנסקי אחורי לפגזי דינמיט (7 סיבובים של 222 ק"ג. 100.7 ק"ג) כל אחד). עם זאת, בשל החבית הקצרה מדי, המוגבלת בגודל הסירה, לאקדח זה היה טווח ירי קצר. לאחר ירי מעשי, הממציא פירק אותו בשנת 1899.
בעתיד, לא הולנד ולא מעצבים אחרים התקינו אקדחים (מכשירים) לירי מוקשים והפגזות דינמיט על צוללותיהם. אז האקדחים של זלינסקי באופן בלתי מורגש, אך מהר עזבו את הבמה [12].
אח של ניטרוגליצרין
מנקודת מבט כימית, גליצרין הוא הנציג הפשוט ביותר של סוג האלכוהולים הטריהידרים. יש את האנלוגיה הדיאטומית שלו - אתילן גליקול. האם פלא שלאחר היכרות עם ניטרוגליצרין, כימאים הפנו את תשומת ליבם לאתילן גליקול, בתקווה שיהיה נוח יותר לשימוש.
אבל גם כאן השטן של חומרי הנפץ הראה את דמותו הקפריזית.התכונות של דיניטרואתילן גליקול (חומר נפץ זה מעולם לא קיבל שם משלו) התבררו כלא שונות בהרבה מניטרוגליצרין:
1. רגישות: פיצוץ כאשר עומס של 2 ק"ג נופל מגובה 20 ס"מ; רגיש לחיכוך, אש.
2. אנרגיה של טרנספורמציה נפץ - 6900 J / kg.
3. מהירות הפיצוץ: 7200 מ ' / ש.
4. בריזנס: 16.8 מ מ.
5. נפץ גבוה: 620-650 מטר מעוקב. ס מ.
הוא התקבל לראשונה על ידי הנרי בשנת 1870. הוא מתקבל על ידי ניטרציה קפדנית של אתילן גליקול על פי נוהל הדומה להכנת ניטרוגליצרין (תערובת חנקה: H2SO4 - 50%, HNO3 - 50%; יחס - 1 עד 5 ביחס אתילן גליקול).
ניתן לבצע את תהליך החנקה בטמפרטורה נמוכה יותר, המהווה נטייה לתשואה גבוהה יותר [7, 8].
למרות העובדה שבאופן כללי הרגישות של DNEG התבררה כנמוכה במקצת מזו של NG, השימוש בה לא הבטיח יתרונות משמעותיים. אם נוסיף לזה תנודתיות גבוהה מזו של NG, וזמינות נמוכה יותר של חומרי גלם, אז יתברר שגם הדרך הזו לא הובילה לשום מקום.
עם זאת, הוא גם לא התברר כחסר תועלת לחלוטין. בתחילה הוא שימש כתוסף לדינמיט, במהלך מלחמת העולם השנייה, בשל מחסור בגליצרין, הוא שימש כתחליף לניטרוגליצרין באבקות ללא עשן. לאבקות כאלה היו חיי מדף קצרים עקב התנודתיות של DNEG, אך בתנאי מלחמה זה לא היה משנה הרבה: איש לא התכוון לאחסן אותם במשך זמן רב.
סינר כריסטיאן שנביין
לא ידוע כמה זמן היה הצבא משקיע בחיפוש אחר דרכים להרגיע ניטרוגליצרין, אם לא הייתה מגיעה טכנולוגיה תעשייתית לייצור ניטרוסטר אחר עד המאה ה -19. בקצרה, ההיסטוריה של הופעתה היא כדלקמן [16].
בשנת 1832 גילה הכימאי הצרפתי אנרי ברקונאו שכאשר מטופלים בעמילן ובסיבי עץ בחומצה חנקתית נוצר חומר לא יציב, דליק ונפיץ, שאותו כינה קסילואידין. נכון, העניין הוגבל למסר על גילוי זה. שש שנים מאוחר יותר, בשנת 1838, כימאי צרפתי אחר, ת'ופיל-ז'ול פלאוס, עיבד נייר וקרטון באופן דומה והפיק חומר דומה, שאותו קרא בשם ניטרמידין. מי היה מאמין אז, אבל הסיבה לחוסר האפשרות להשתמש בחנקן למטרות טכניות היא דווקא היציבות הנמוכה שלו.
בשנת 1845, הכימאי השוויצרי כריסטיאן פרידריך שונביין (שהתפרסם עד אז לגילוי האוזון) ערך ניסויים במעבדה שלו. אשתו אסרה עליו בתוקף להביא את הבקבוקים שלו למטבח, אז מיהר לסיים את הניסוי בהיעדרה - ושפכה תערובת קאוסטית על השולחן. במאמץ להימנע משערורייה, הוא, כמיטב המסורות של הדיוק השוויצרי, ניגב אותו עם סינר העבודה שלו, מכיוון שלא הייתה יותר מדי תערובת. ואז, גם במסורת החסכנות השוויצרית, הוא שטף את הסינר במים ותלה אותו על הכיריים לייבוש. כמה זמן או קצר זה היה תלוי שם, ההיסטוריה שותקת, אבל שאחרי ייבוש הסינר נעלם לפתע, זה ידוע בוודאות. יתר על כן, הוא נעלם לא בשקט, באנגלית, אבל בקול רם, אפשר אפילו לומר קסום: בהבזק ומחיאת פיצוץ חזקה. אבל הנה מה שתפס את תשומת לבו של שנביין: הפיצוץ אירע בלי שמץ של עשן!
ולמרות ששנביין לא היה הראשון שגילה ניטרוצלולוזה, הוא נועד להסיק מסקנה לגבי חשיבות הגילוי. באותה תקופה, אבקת שחורה שימשה בארטילריה, שהפיח שמלכלך את התותחים שבמרווחים בין היריות היה צריך לנקות אותם, ואחרי המטחים הראשונים עלה מסך עשן כזה שהם נאלצו להילחם כמעט בעיוורון. מיותר לציין שנשיפות העשן השחור הצביעו באופן מושלם על מיקומן של הסוללות. הדבר היחיד שהבהיר את החיים היה ההבנה שהאויב נמצא באותה עמדה. לכן, הצבא הגיב בהתלהבות על חומר הנפץ, שנותן הרבה פחות עשן, וחוץ מזה, הוא גם חזק יותר מאבקה שחורה.
ניטרוצלולוזה, נטולת החסרונות של אבקה שחורה, אפשרה לבסס ייצור של אבקה נטולת עשן. ובמסורות של אותה תקופה, הם החליטו להשתמש בו הן כדחף והן כחומר נפץ. בשנת 1885, לאחר עבודות ניסוי רבות, קיבל המהנדס הצרפתי פול וייל מספר קילוגרמים של אבקת פירוקסילין פרוקסילין המכונה אבק שריפה "B" - האבקה הראשונה ללא עשן. בדיקות הוכיחו את היתרונות של הדלק החדש.
עם זאת, לא היה קל לבסס ייצור של כמויות גדולות של ניטרוצלולוזה לצרכים צבאיים. ניטרוצלולוז היה חסר סבלנות מכדי לחכות לקרבות ומפעלים, ככלל, עפו לאוויר בקביעות מעוררת קנאה, כאילו התחרו בייצור ניטרוגליצרין. פיתוח הטכנולוגיה לייצור תעשייתי של פירוקסילין נאלץ להתגבר על מכשולים שאין כמותם חומר נפץ אחר. לקח רבע מאה שלמה לבצע מספר עבודות של חוקרים ממדינות שונות עד שחומר הנפץ הסיבי המקורי הזה התאים לשימוש ועד שנמצאו אמצעים ושיטות רבות שאיכשהו מובטחות מפני פיצוץ במהלך אחסון ממושך של המוצר. הביטוי "בכל דרך" אינו מכשיר ספרותי, אלא השתקפות של הקושי שנתקלו בכימאים וטכנולוגים בהגדרת קריטריוני יציבות. לא היה שיפוט נחרץ לגבי הגישות לקביעת קריטריוני היציבות, ועם הרחבת היקף השימוש של חומר נפץ זה, פיצוצים מתמידים חשפו עוד ועוד תכונות מסתוריות בהתנהגותו של אתר מורכב מוזר זה. רק בשנת 1891 הצליחו ג'יימס דיוור ופרידריך הבל למצוא טכנולוגיה בטוחה.
ייצור הפירוקסילין דורש מספר רב של מכשירי עזר ותהליך טכנולוגי ממושך, בו יש לבצע את כל הפעולות בזהירות וביסודיות.
המוצר הראשוני לייצור פירוקסילין הוא תאית, המייצג הטוב ביותר הוא כותנה. תאית טהורה טבעית היא פולימר המורכב משאריות גלוקוז, שהוא קרוב משפחה של עמילן: (C6H10O5) n. בנוסף, פסולת מטחנות נייר יכולה לספק חומרי גלם מצוינים.
ניטרציה של סיבים השתלטה בקנה מידה תעשייתי בשנות ה -60 של המאה ה -19 והתבצעה בסירים מקרמיקה עם סיבוב נוסף בצנטריפוגות. עם זאת, בסוף המאה השיטה הפרימיטיבית הזו הוחלפה על ידי הטכנולוגיה האמריקאית, אם כי במהלך מלחמת העולם הראשונה היא קמה לתחייה בשל עלותה הנמוכה ופשטותה (ליתר דיוק, הפרימיטיביזם).
כותנה מעודנת נטענת לתוך חנקן, תערובת חנקה (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, מים - 7%) מתווספת על בסיס 15 ק"ג סיבים 900 ק"ג מהתערובת, מה שנותן תשואה של 25 ק"ג פירוקסילין.
החנקות מחוברות בסוללות, המורכבות מארבעה כורים וצנטריפוגה אחת. הניטטורים טעונים במרווח זמן (כ -40 דקות) השווה לזמן החילוץ, מה שמבטיח את המשכיות התהליך.
פירוקסילין הוא תערובת של מוצרים בעלי דרגות שונות של ניטרול תאית. פירוקסילין, המתקבל על ידי שימוש בחומצה זרחתית במקום בחומצה גופרית, הוא יציב ביותר, אך טכנולוגיה זו לא השתרשה בשל עלותה הגבוהה והפריון הנמוך יותר.
הפירוקסילין הלחוץ הוא בעל תכונה של הצתה עצמית וצריך להרטיב אותו. המים המשמשים לשטיפה וייצוב פירוקסילין לא צריכים להכיל חומרים אלקליין, שכן תוצרי ההרס הבסיסי הם זרזים של התלקחות עצמית. ייבוש סופי לתכולת הלחות הנדרשת מושג על ידי שטיפה באלכוהול מוחלט.
אך גם ניטרוצלולוז הרטוב אינו נקי מבעיות: הוא חשוף לזיהום על ידי מיקרואורגניזמים הגורמים לעובש. הגן עליו על ידי שעווה על פני השטח.למוצר המוגמר היו המאפיינים הבאים:
1. הרגישות של פירוקסילין תלויה מאוד בלחות. יבש (3 - 5% לחות) נדלק בקלות מלהבה פתוחה או מגע של מתכת חמה, קידוחים, חיכוכים. הוא מתפוצץ כאשר עומס של 2 ק"ג יורד מגובה של 10 ס"מ. כאשר הלחות עולה, הרגישות יורדת וב -50% מים, יכולת הפיצוץ נעלמת.
2. אנרגיה של טרנספורמציה נפץ - 4200 MJ / ק ג.
3. מהירות הפיצוץ: 6300 מ / ש.
4. בריזה: 18 מ מ.
5. נפץ גבוה: 240 קוב. ס מ.
ובכל זאת, למרות החסרונות, הפירוקסילין הכי יציב יותר מבחינה כימית התאים לצבא יותר מאשר ניטרוגליצרין ודינמיט, ניתן היה להתאים את רגישותו על ידי שינוי תכולת הלחות שלו. לכן, פירוקסילין לחוץ החל למצוא שימוש נרחב לציוד ראשי נפץ של מוקשים ופגזים, אך עם הזמן, מוצר זה שאין כמוהו, פינה את מקומו לנגזרות חנקות של פחמימנים ארומטיים. ניטרוצלולוזה נותר כמטען דוחף, אך כחומר נפץ הוא נסוג לנצח לעבר [9].
ג'לי נדיף ואבקת ניטרוגליצרין
"אבקה שחורה … מייצגת את כל האפשרויות לשיפור נוסף - באמצעות מחקר מדעי של התופעות הבלתי נראות המתרחשות בעת הבעירה שלה. אבק שריפה ללא עשן הוא קשר חדש בין כוחן של מדינות להתפתחותן המדעית. מסיבה זו, בהיותי אחד מלוחמי המדע הרוסי, בכוחי היורד ושנותי אינני מעז לנתח את משימות אבק השריפה העשן …"
הקורא, אפילו מעט מכיר את ההיסטוריה של הכימיה, כנראה כבר ניחש למי מדובר דבריו - הכימאי הרוסי המבריק D. I. Mendeleev.
מנדלייב הקדיש מאמצים ותשומת לב רבה לפורוצ'לי כתחום של ידע כימי בשנים האחרונות לחייו - בשנים 1890-1897. אך כמו תמיד, לשלב ההתפתחות הפעיל קדמה תקופה של השתקפות, הצטברות ושיטתיות של ידע.
הכל התחיל בכך שבשנת 1875 אלפרד נובל הבלתי נלאה גילה תגלית נוספת: תמיסה מוצקה פלסטית וגמישה של ניטרוצלולוזה בניטרוגליצרין. הוא שילב בהצלחה צורה מוצקה, צפיפות גבוהה, קלות דפוס, אנרגיה מרוכזת וחוסר רגישות ללחות אטמוספרית גבוהה. הג'לי, שנצרב לחלוטין לפחמן דו חמצני, חנקן ומים, כלל 8% דיניטרוצלולוז ו -92% ניטרוגליצרין.
שלא כמו הטכנאי נובל, D. I. מנדלייב יצא מגישה מדעית גרידא. בבסיס המחקר שלו הוא הניח רעיון מוגדר לחלוטין ומבוסס כימית: החומר הנדרש במהלך הבעירה צריך לפלוט לכל היותר משקל גזי לכל יחידת משקל. מנקודת מבט כימית, זה אומר שצריך שיהיה מספיק חמצן בתרכובת זו כדי להפוך פחמן לחלוטין לתחמוצת גזים, מימן למים, והיכולת החמצון לספק אנרגיה לכל התהליך הזה. חישוב מפורט הוביל לנוסחה של ההרכב הבא: C30H38 (NO2) 12O25. בעת צריבה, אתה אמור לקבל את הדברים הבאים:
C30H38 (NO2) 12O25 = 30 CO + 19 H2O + 6 N2
אין זו משימה קלה לבצע תגובת סינתזה ממוקדת של חומר בעל הרכב כזה, אפילו כיום, לכן, בפועל, נעשה שימוש בתערובת של 7-10% ניטרוצלולוזה ו-90-93% ניטרוגליצרין. אחוז תכולת החנקן הוא כ -13, 7%, וזה מעט חורג מהנתון הזה של פירוקולודיה (12, 4%). הפעולה אינה קשה במיוחד, אינה דורשת שימוש בציוד מורכב (היא מתבצעת בשלב הנוזלים) ומתקדמת בתנאים רגילים.
בשנת 1888 קיבל נובל פטנט על אבק שריפה העשוי ניטרוגליצרין וקולוקסילין (סיבים נמוכים בחנקה), הנקראים כמו אבק שריפה פירוקסילין. הרכב זה כמעט ללא שינוי עד כה תחת שמות טכניים שונים, כשהמפורסמים שבהם הם קורדיטים ובליסטיים. ההבדל העיקרי הוא ביחס בין ניטרוגליצרין לפירוקסילין (בקורדיט הוא גבוה יותר) [13].
כיצד חומרי הנפץ הללו קשורים זה לזה? בואו נסתכל על הטבלה:
שולחן 1.
BB …… רגישות….אנרגיה… מהירות …… Brisance… נפיצות גבוהה
……… (ק"ג / ס"מ /% מהפיצוצים) … פיצוץ … התפוצצות
GN ……….2 / 4/100 ………… 5300 ……..6500 ………..15 - 18 ………. 360 - 400
DNEG …… 2/10/100 ………..6900 ……… 7200 ……….16, 8 …………… 620 - 650
NK ……… 25/2/10 ………… 4200 ……… 6300 ………..18 ……………. 240
המאפיינים של כל חומר הנפץ דומים למדי, אך ההבדל במאפיינים הפיזיים הכתיב נישות שונות של יישומם.
כפי שכבר ראינו, לא ניטרוגליצרין ולא פירוקסילין שימחו את הצבא מאופיים. הסיבה ליציבות הנמוכה של חומרים אלה, כך נראה לי, מונחת על פני השטח. שני התרכובות (או שלוש - ספירה ודיניטרואתילן גליקול) מייצגות את המעמד האתרי. וקבוצת האסטר היא בשום אופן לא אחת המובילות בעמידות כימית. במקום זאת, ניתן למצוא אותה בין הזרים. קבוצת הניטרו, המכילה חנקן במצב חמצון מוזר למדי של +5 עבורה, היא גם לא מודל של יציבות. הסימביוזה של סוכן חמצון חזק זה עם חומר הפחתה כל כך טוב כמו קבוצת האלכוהולים ההידרוקסיל מביאה בהכרח למספר השלכות שליליות, שהכי לא נעים שבהן הוא קפריזיות ביישום.
מדוע הכימאים והצבא השקיעו בהם כל כך הרבה זמן בניסויים? כפי שזה נראה, רבים ורבים ניצחו. הצבא - העוצמה הגבוהה והזמינות של חומרי גלם, שהגבירו את יעילות הלחימה של הצבא והפכו אותו לחסר רגישות למסירה בזמן מלחמה. טכנולוגים - תנאי סינתזה קלים (אין צורך להשתמש בטמפרטורות גבוהות ולחץ גבוה) ונוחות טכנולוגית (למרות התהליכים הרב -שלביים, כל התגובות נמשכות בנפח תגובה אחד וללא צורך בבידוד מוצרי ביניים).
גם התשואות המעשיות של המוצרים היו גבוהות למדי (טבלה 2), מה שלא גרם לצורך דחוף לחפש מקורות לכמויות גדולות של חומצה חנקתית זולה (הבעיה עם חומצה גופרית נפתרה הרבה קודם לכן).
שולחן 2.
BB …… צריכת ריאגנטים לכל 1 ק ג….. מספר שלבים …. מספר המוצרים הנפלטים
……… חומצה חנקתית..חומצה גופרית
GN …….10 ……………..23 …………….. 3 …………………… 1
DNEG….16, 5 …………..16, 5 …………… 2 …………………… 1
NK ……..8, 5 …………… 25 …………….. 3 …………………… 1
המצב השתנה באופן דרמטי כאשר גלגולים חדשים של השטן של חומרי הנפץ הופיעו במקום: טריניטרופנול וטריניטרוטולואן.
(המשך יבוא)
