نیترات ها در جنگ قسمت اول. از سان سیمیائو و برتولد شوارتز تا دی.آی. مندلیف
به راستی که شیطان در مواد منفجره نشسته است و هر لحظه آماده است تا شروع به تخریب و شکستن همه چیز در اطراف کند. تحت کنترل نگه داشتن این موجود جهنمی و رها کردن آن تنها در مواقع ضروری مشکل اصلی است که شیمیدانان و متخصصان آتش نشانی باید هنگام ایجاد و استفاده از مواد منفجره حل کنند. AT داستان ایجاد و توسعه مواد منفجره (مواد منفجره)، همانطور که در یک قطره آب، تاریخ پیدایش، توسعه و مرگ دولت ها و امپراتوری ها به نمایش گذاشته می شود.
نویسنده با تهیه طرح کلی دروس، مکرراً متوجه شد که کشورهایی که حاکمان آنها هوشیارانه به توسعه علوم و مهمتر از همه به تثلیث طبیعی ریاضی - فیزیک - شیمی توجه داشتند - در پیشرفت خود به اوج رسیدند. نمونه بارز صعود سریع در صحنه جهانی آلمان است که در نیم قرن از اتحاد کشورهای متفاوت جهشی کرد، که حتی در نقشه دقیق اروپا بدون "محدوده دقیق" مشاهده برخی از آنها دشوار بود. ، به امپراتوری که باید یک قرن و نیم با آن حساب می شد. بدون اینکه از شایستگی بیسمارک بزرگ در این جریان کم کنم، عبارت او را که پس از پایان پیروزمندانه جنگ فرانسه و پروس گفت: «این جنگ را یک معلم ساده آلمانی پیروز شد» نقل می کنم. این جنبه شیمیایی افزایش توان رزمی ارتش و دولت است که نویسنده مایل است مانند همیشه بدون هیچ گونه ادعایی در انحصار نظر خود، بررسی خود را به آن اختصاص دهد.
نویسنده در انتشار مقاله عمدا مانند ژول ورن از مشخص کردن جزئیات فنی خاص پرهیز می کند و توجه خود را بر روش های صرفاً صنعتی برای به دست آوردن مواد منفجره متمرکز می کند. این نه تنها با احساس مسئولیت کاملاً قابل درک دانشمند در قبال نتایج کار خود (اعم از عملی یا روزنامه نگاری)، بلکه با این واقعیت مرتبط است که موضوع مطالعه این سؤال است که "چرا همه چیز اینگونه بود و نه در غیر این صورت»، و نه «اولین کسی که آن را دریافت کرد؟»».
علاوه بر این، نویسنده از خوانندگان به دلیل استفاده اجباری از اصطلاحات شیمیایی - ویژگی های علم (همانطور که تجربه آموزشی خود نشان داده است، نه محبوب ترین دانش آموزان) از خوانندگان عذرخواهی می کند. نویسنده با درک اینکه نوشتن در مورد مواد شیمیایی بدون ذکر اصطلاحات شیمیایی غیرممکن است، سعی خواهد کرد تا واژگان فنی را به حداقل برساند.
و آخرین. داده های عددی ارائه شده توسط نویسنده به هیچ وجه نباید حقیقت نهایی در نظر گرفته شود. داده های مربوط به ویژگی های مواد منفجره در منابع مختلف متفاوت و گاه کاملاً شدید است. این قابل درک است: ویژگی های مهمات به طور قابل توجهی به ظاهر "کالا" آنها، وجود / عدم وجود مواد خارجی، معرفی تثبیت کننده ها، حالت های سنتز و بسیاری از عوامل دیگر بستگی دارد. روش‌های تعیین ویژگی‌های مواد منفجره نیز از نظر یکنواختی متفاوت نیستند (اگرچه در اینجا فقط استانداردسازی بیشتری وجود خواهد داشت) و همچنین از تکرارپذیری خاصی رنج نمی‌برند.
طبقه بندی BB
بسته به نوع انفجار و حساسیت به تأثیرات خارجی، همه مواد منفجره به سه گروه اصلی تقسیم می شوند:
1. راه اندازی مواد منفجره.
2. مواد منفجره برسانت.
3. پرتاب مواد منفجره.
راه اندازی مواد منفجره آنها نسبت به تأثیرات خارجی بسیار حساس هستند. بقیه خصوصیات آنها معمولا کم است. اما آنها دارای یک خاصیت ارزشمند هستند - انفجار آنها (انفجار) اثر انفجاری در انفجار و رانش مواد منفجره دارد که معمولاً به سایر انواع تأثیر خارجی اصلاً حساس نیستند یا حساسیت بسیار کمی دارند. بنابراین، از مواد آغازگر فقط برای تحریک انفجار مواد منفجره انفجاری یا پیشران استفاده می شود. برای اطمینان از ایمنی استفاده از مواد منفجره، آنها را در وسایل حفاظتی (پرایمر، آستین آغازگر، درپوش چاشنی، چاشنی برقی، فیوز) بسته بندی می کنند. نمایندگان معمولی مواد منفجره آغازگر: فولمینات جیوه، آزید سرب، تنرس (TNRS).
Brizantnye VV. در واقع این چیزی است که می گویند و می نویسند. آنها مجهز به پوسته، مین، بمب، راکت، مین های زمینی هستند. پل ها، ماشین ها، تاجران را منفجر می کنند...
مواد منفجره با توجه به ویژگی های انفجاری به سه گروه تقسیم می شوند:
- افزایش قدرت (نمایندگان: هگزوژن، اکتوژن، عنصر گرمایش، تتریل)؛
- قدرت معمولی (نمایندگان: TNT، ملینیت، پلاست)؛
- کاهش قدرت (نمایندگان: نیترات آمونیوم و مخلوط های آن).
مواد منفجره با قدرت بالا تا حدودی نسبت به تأثیرات خارجی حساس تر هستند و بنابراین بیشتر در مخلوط با بلغم سازها (موادی که حساسیت مواد منفجره را کاهش می دهند) یا در مخلوط با مواد منفجره با قدرت معمولی برای افزایش قدرت دومی استفاده می شوند. گاهی اوقات از مواد منفجره با قدرت افزایش یافته به عنوان چاشنی میانی استفاده می شود.
پرتاب مواد منفجره اینها باروت های مختلفی هستند - دودی سیاه، پیروکسیلین بدون دود و نیتروگلیسیرین. آنها همچنین شامل مخلوط های مختلف آتش بازی برای آتش بازی، راکت های سیگنال و روشنایی، پرتابه های روشنایی، مین ها، بمب ها هستند.
درباره پودر سیاه و بلک برتولد
برای چندین قرن، تنها نوع ماده منفجره مورد استفاده انسان پودر سیاه بود. با کمک آن گلوله های توپ به سمت دشمن پرتاب می شد و گلوله های انفجاری از آنها پر می شد. باروت در معادن زیرزمینی برای تخریب دیوارهای قلعه ها و خرد کردن سنگ ها استفاده می شد.
در اروپا، او از قرن سیزدهم شناخته شد، و در چین، هند و بیزانس حتی قبل از آن. اولین توصیف ثبت شده باروت برای آتش بازی توسط دانشمند چینی Sun-Simyao در سال 682 توصیف شد. ماکسیمیلیان یونانی (قرن XIII-XIV) در رساله "کتاب آتش" مخلوطی بر اساس نیترات پتاسیم را توصیف کرد که در بیزانس استفاده می شد. "آتش یونانی" معروف و از 60% نمک نمک، 20% گوگرد و 20% زغال سنگ تشکیل شده است.
تاریخ اروپایی کشف باروت با راهب فرانسیسکن انگلیسی راجر بیکن آغاز می شود که در سال 1242 در کتاب "Liber de Nullitate Magiae" دستور تهیه پودر سیاه را برای موشک و آتش بازی (40٪ نمک، 30٪ زغال سنگ و زغال سنگ) ارائه می دهد. 30% گوگرد) و راهب نیمه اسطوره ای برتولد شوارتز (1351). با این حال، ممکن است این یک نفر بوده باشد: استفاده از نام مستعار در قرون وسطی بسیار رایج بود، همانطور که بعداً سردرگمی با تاریخ گذاری منابع وجود داشت.
سادگی ترکیب، در دسترس بودن دو جزء از سه جزء (گوگرد بومی هنوز در مناطق جنوبی ایتالیا و سیسیل غیر معمول نیست)، سهولت آماده سازی - همه اینها یک راهپیمایی پیروزمندانه را در کشورهای اروپا و آسیا تضمین می کند. تنها مشکل بدست آوردن نیترات پتاسیم در مقادیر زیاد بود، اما این کار نیز با موفقیت انجام شد. از آنجایی که تنها ذخایر شناخته شده نیترات پتاسیم در آن زمان در هند (از این رو نام دوم آن - هندی) بود، تقریباً در همه کشورها تولید محلی ایجاد شد. غیرممکن بود که آن را خوشایند نامید، حتی با یک حاشیه خوش‌بینی: مواد اولیه آن کود، احشاء، ادرار و موی حیوانات بود. ناخوشایندترین مواد موجود در این معجون بدبو و به شدت آلوده، آهک و پتاس بود. تمام این ثروت برای چندین ماه به گودال افتاد و در آنجا تحت تأثیر ازتوباکتری ها سرگردان شد. آمونیاک آزاد شده به نیترات اکسید شد، که در نهایت نمک مورد علاقه را به وجود آورد، که با تبلور مجدد جدا و خالص شد - شغلی، همچنین می گویم که خوشایندترین نیست. همانطور که می بینید، هیچ چیز پیچیده ای در این فرآیند وجود ندارد، مواد اولیه کاملاً مقرون به صرفه هستند و در دسترس بودن باروت نیز به زودی جهانی شد.
پودر سیاه (یا دودی) در آن زمان یک ماده منفجره جهانی بود. نه لرزان و نه چرخان، برای سالهای متمادی هم به عنوان سلاح پرتاب و هم به عنوان پرکننده برای اولین بمب ها - نمونه های اولیه مهمات مدرن استفاده می شد. تا پایان ثلث اول قرن نوزدهم، باروت به طور کامل نیازهای پیشرفت را برآورده می کرد. اما علم و صنعت ثابت نماند و به زودی به دلیل قدرت کم از پاسخگویی به نیازهای آن زمان باز ماند. پایان انحصار باروت را می توان به دهه 70 قرن XNUMX نسبت داد، زمانی که A. Lavoisier و C. Berthollet تولید نمک Berthollet را بر اساس کلرات پتاسیم (نمک Berthollet) کشف شده توسط Berthollet سازماندهی کردند.
تاریخچه نمک برتله را می توان از لحظه ای شمارش کرد که کلود برتوله خواص کلر را که اخیراً توسط کارل شیله کشف شده بود مورد مطالعه قرار داد. با عبور کلر از محلول غلیظ داغ هیدروکسید پتاسیم، برتوله ماده جدیدی به دست آورد که بعدها توسط شیمیدانان و نه توسط شیمیدانان، کلرات پتاسیم نامیده شد - نمک برتوله. در سال 1786 اتفاق افتاد. و اگرچه نمک شیطان تبدیل به یک ماده منفجره جدید نشد، اما نقش خود را ایفا کرد: اولاً به عنوان انگیزه ای برای جستجوی جایگزین های جدید برای "خدای جنگ" فرسوده عمل کرد و ثانیاً جد انواع جدیدی از مواد منفجره شد. - شروع کننده
روغن انفجاری
و در سال 1846، شیمیدانان دو ماده منفجره جدید - پیروکسیلین و نیتروگلیسیرین را پیشنهاد کردند. در تورین، شیمیدان ایتالیایی Ascanio Sobrero کشف کرد که برای تشکیل یک مایع شفاف روغنی - نیتروگلیسیرین، کافی است گلیسیرین را با اسید نیتریک (انجام نیتراسیون) درمان کنیم. اولین گزارش چاپ شده از او در L'Institut (XV، 53)، 15 فوریه 1847 منتشر شد، و شایسته نقل قول است. در قسمت اول آن آمده است:
در زیر شرحی از تجربه نیتراسیون است که فقط برای شیمیدانان آلی (و حتی از نقطه نظر تاریخی) مورد علاقه است، اما ما فقط به یک ویژگی اشاره می کنیم: مشتقات نیترو سلولز و همچنین توانایی آنها در انفجار. ، در آن زمان کاملاً شناخته شده بودند [11].
نیتروگلیسیرین یکی از قوی ترین و حساس ترین مواد منفجره بریزانت است که کار با آن نیاز به مراقبت و احتیاط خاصی دارد.
1. حساسیت: گلوله ها در صورت اصابت گلوله می توانند منفجر شوند. حساسیت به ضربه با وزن 10 کیلوگرمی از ارتفاع 25 سانتی متری 100% کاهش یافته است. احتراق به انفجار تبدیل می شود.
2. انرژی تبدیل مواد منفجره - 5300 J/kg.
3. سرعت انفجار: 6500 متر بر ثانیه
4. Brisance: 15-18mm.
5. مواد منفجره قوی: 360-400 سی سی [6] را ببینید.
امکان استفاده از نیتروگلیسیرین توسط شیمیدان مشهور روسی N.N.Zinin نشان داده شد که در سالهای 1853-1855 در جریان جنگ کریمه به همراه مهندس نظامی V.F.
استاد دانشگاه کازان N.N. زینین
مهندس نظامی V.F. پتروشفسکی
اما شیطانی که در نیتروگلیسیرین زندگی می‌کند بدجنس و سرکش بود. مشخص شد که حساسیت این ماده به تأثیرات خارجی فقط کمی کمتر از برق‌آب جیوه است. می تواند در لحظه نیتراسیون منفجر شود، نمی توان آن را تکان داد، گرم کرد و سرد کرد و در معرض نور خورشید قرار گرفت. ممکن است در حین نگهداری منفجر شود. و اگر آن را با کبریت آتش بزنید، می تواند کاملاً آرام بسوزد ...
و با این حال، نیاز به مواد منفجره قوی تا اواسط قرن نوزدهم به حدی بود که با وجود حوادث متعدد، نیتروگلیسیرین به طور گسترده در انفجار استفاده شد.
تلاش بسیاری برای مهار شیطان شیطانی انجام شد، اما شهرت رام کننده به آلفرد نوبل رسید. فراز و نشیب های این مسیر و همچنین سرنوشت عواید حاصل از فروش این ماده کاملاً مشخص است و نگارنده ورود به جزئیات آنها را بی نیاز می داند.
"فشرده شدن" در منافذ یک پرکننده بی اثر (و چندین ده ماده به همین ترتیب آزمایش شد که بهترین آنها خاک دیاتومه بود - یک سیلیکات متخلخل که 90٪ حجم آن روی منافذی است که می تواند مشتاقانه جذب شود. نیتروگلیسیرین)، نیتروگلیسیرین بسیار "سازگار" شد، در حالی که تقریباً تمام قدرت مخرب خود را حفظ کرد. همانطور که می دانید، نوبل به این مخلوط، از نظر ظاهری شبیه به ذغال سنگ نارس، نام "دینامیت" (از کلمه یونانی "dinos" - قدرت) داد. طنز سرنوشت: یک سال پس از دریافت پتنت نوبل برای تولید دینامیت، پتروشفسکی به طور کامل نیتروگلیسیرین را با منیزیم مخلوط می کند و مواد منفجره را دریافت می کند که بعداً "دینامیت روسی" نامیده شد.
نیتروگلیسیرین (یا بهتر بگوییم گلیسرول تری نیترات) یک استر کامل از گلیسرول و اسید نیتریک است. معمولاً با پردازش گلیسرول با مخلوط اسید سولفوریک (از نظر شیمیایی، یک واکنش استریفیکاسیون) به دست می آید:
انفجار نیتروگلیسیرین با انتشار مقدار زیادی از محصولات گازی همراه است:
استری شدن به صورت متوالی در سه مرحله انجام می شود: اولی گلیسرول مونونیترات، دومی گلیسرول دینیترات و سومی گلیسرول تری نیترات است. برای تولید کاملتر نیتروگلیسیرین، 20 درصد اسید نیتریک بیش از مقدار مورد نیاز نظری مصرف می شود.
نیتراسیون در گلدان های چینی یا ظروف سربی لحیم شده در حمام آب یخ انجام شد. در یک نوبت، حدود 700 گرم نیتروگلیسیرین بدست آمد و در عرض یک ساعت پس از چنین عملی، 3-4 عمل انجام شد.
اما نیازهای فزاینده تغییرات خاص خود را در فناوری به دست آوردن نیتروگلیسیرین انجام داد. با گذشت زمان (در سال 1882) فناوری تولید مواد منفجره در نیتراتورها توسعه یافت. در همان زمان، فرآیند به دو مرحله تقسیم شد: در مرحله اول، گلیسرول با نصف مقدار اسید سولفوریک مخلوط شد و در نتیجه بیشتر گرمای تولید شده استفاده شد، پس از آن مخلوط آماده‌ای از اسیدهای نیتریک و سولفوریک تهیه شد. وارد همان ظرف شد. بنابراین، مشکل اصلی اجتناب شد: گرمای بیش از حد مخلوط واکنش. اختلاط با هوای فشرده با فشار 4 اتمسفر انجام می شود. بهره وری از فرآیند 100 کیلوگرم گلیسیرین در 20 دقیقه در 10-12 درجه است.
با توجه به وزن مخصوص مختلف نیتروگلیسیرین (1,6) و اسید زائد (1,7)، از بالا با یک رابط تیز جمع آوری می شود. پس از نیتراسیون، نیتروگلیسیرین با آب شسته شده، سپس از باقی مانده های اسید با سودا شسته شده و دوباره با آب شسته می شود. اختلاط در تمام مراحل فرآیند با هوای فشرده انجام می شود. خشک کردن با فیلتر کردن از طریق یک لایه نمک معمولی کلسینه انجام می شود [9].
همانطور که می بینید، واکنش بسیار ساده است (موج تروریسم در پایان قرن نوزدهم را به یاد بیاورید، که توسط "بمب افکن ها" که بر علم ساده شیمی کاربردی تسلط داشتند) و به تعداد "فرایندهای شیمیایی ساده" تعلق دارد. (A. Shtetbacher). تقریباً هر مقدار نیتروگلیسیرین را می توان در ساده ترین شرایط تهیه کرد (پودر سیاه درست کردن آن آسان تر نیست).
مصرف معرف ها به شرح زیر است: برای به دست آوردن 150 میلی لیتر نیتروگلیسیرین، باید مصرف کنید: 116 میلی لیتر گلیسیرین؛ 1126 میلی لیتر اسید سولفوریک غلیظ؛
649 میلی لیتر اسید نیتریک (حداقل غلظت 62%).
دینامیت در جنگ
دینامیت اولین بار در جنگ فرانسه و پروس 1870-1871 مورد استفاده قرار گرفت، زمانی که سنگ شکنان پروس استحکامات فرانسه را با دینامیت منفجر کردند. اما ایمنی دینامیت نسبی بود. ارتش بلافاصله متوجه شد که وقتی با گلوله شلیک می شود، بدتر از مولد خود منفجر نمی شود و سوختن در موارد خاص به انفجار تبدیل می شود.
اما وسوسه به دست آوردن مهمات قدرتمند غیر قابل مقاومت بود. از طریق آزمایش‌های نسبتاً خطرناک و پیچیده، می‌توان دریافت که دینامیت منفجر نمی‌شود، اگر بارها فوراً افزایش نیابد، بلکه به تدریج، شتاب پرتابه را در محدوده ایمن نگه می‌دارد.
راه حل مشکل در سطح فنی در استفاده از هوای فشرده دیده می شد. در ژوئن 1886، ستوان ادموند لودویگ جی. زلینسکی از هنگ 5 توپخانه ارتش ایالات متحده طرح اولیه مهندسی آمریکایی را آزمایش و بهبود بخشید. یک تفنگ بادی با کالیبر 380 میلی متر و طول 15 متر با استفاده از هوای فشرده شده تا 140 اتمسفر می تواند گلوله هایی به طول 3,35 متر با 227 کیلوگرم دینامیت در 1800 متر هزار متر پرتاب کند.
نیروی محرکه توسط دو سیلندر هوای فشرده تامین می شد که قسمت بالایی آن توسط یک شلنگ قابل انعطاف به تفنگ متصل می شد. سیلندر دوم ذخیره ای برای تغذیه استوانه بالایی بود و فشار در آن با استفاده از پمپ بخار مدفون در زمین حفظ می شد. این پرتابه پر از دینامیت، به شکل دارت - یک تیر توپخانه - بود و یک کلاهک 50 پوندی داشت.
دوک کمبریج به ارتش دستور داد تا یکی از این سیستم ها را در میلفورد هاون آزمایش کنند، اما اسلحه تقریباً تمام مهمات را قبل از اینکه در نهایت به هدف اصابت کند، مصرف کرد، اما به طور موثری نابود شد. دریاسالارهای آمریکایی از این تفنگ جدید خوشحال شدند: در سال 1888 پول برای ساخت 250 اسلحه دینامیت برای توپخانه ساحلی آزاد شد.
در سال 1885، زلینسکی شرکت تفنگ پنوماتیک را برای اجرا در ارتش و بعد از آن تأسیس کرد نیروی دریایی تفنگ های پنوماتیک با پوسته دینامیت. آزمایشات او منجر به صحبت در مورد اسلحه های بادی به عنوان یک نویدبخش جدید شد سلاح ها. نیروی دریایی ایالات متحده حتی رزمناو دینامیت Vesuvius را در سال 1888 ساخت و 944 تن را جابجا کرد و مجهز به سه تفنگ 381 میلی متری بود.
طرح رزمناو "دینامیت" "Vesuvius"
[مرکز]
و این همان چیزی است که اسلحه های ثابت او در حال بیرون رفتن به نظر می رسید[/ CENTER]
اما یک چیز عجیب: پس از چند سال، شور و شوق با ناامیدی جایگزین شد. توپچی های آمریکایی به این مناسبت گفتند: «در طول جنگ اسپانیا و آمریکا، این اسلحه ها هرگز به جای درست برخورد نکردند.» و اگرچه نکته در اینجا چندان در اسلحه ها نبود، بلکه در توانایی توپچی ها در شلیک دقیق و نصب سفت و سخت اسلحه ها بود، این سیستم پیشرفت بیشتری دریافت نکرد.
در سال 1885، هالند یک تفنگ بادی Zelinsky را روی زیردریایی شماره 4 خود نصب کرد. با این حال، به آزمون های عملی خود نرسید، زیرا. قایق در حین پرتاب دچار سانحه شدیدی شد.
در سال 1897، هلند زیردریایی شماره 8 خود را با تفنگ جدید Zelinsky مجدداً مسلح کرد. این سلاح یک لوله اژدر کمانی 18 اینچی (457 میلی‌متری) با سه اژدر Whitehead و همچنین یک تفنگ پنوماتیک زلنسکی برای پوکه دینامیت بود (7). گلوله های 222 پوند (مهمات) هر کدام 100,7 کیلوگرم). با این حال، به دلیل لوله بسیار کوتاه، محدود به اندازه قایق، این اسلحه برد شلیک کوتاهی داشت. پس از شلیک عملی، مخترع آن را در سال 1899 برچید.
در آینده، نه هلند و نه دیگر طراحان اسلحه (دستگاه) را برای پرتاب مین و گلوله های دینامیت بر روی زیردریایی های خود نصب نکردند. بنابراین اسلحه های زلینسکی به طور نامحسوس، اما به سرعت صحنه را ترک کردند [12].
خواهر یا برادر نیتروگلیسیرین
از نقطه نظر شیمیایی، گلیسرول ساده ترین نماینده کلاس الکل های تری هیدریک است. آنالوگ دیاتومیک آن - اتیلن گلیکول وجود دارد. آیا جای تعجب است که پس از ملاقات با نیتروگلیسیرین، شیمیدانان توجه خود را به اتیلن گلیکول معطوف کردند، به این امید که استفاده از آن راحت تر باشد.
اما حتی در اینجا شیطان مواد منفجره شخصیت دمدمی مزاج خود را نشان داد. مشخص شد که ویژگی های دینیترواتیلن گلیکول (این ماده منفجره هرگز نام خود را دریافت نکرد) تفاوت زیادی با نیتروگلیسیرین ندارد:
1. حساسیت: انفجار زمانی که 2 کیلوگرم محموله از ارتفاع 20 سانتی متری سقوط می کند. حساس به اصطکاک، آتش.
2. انرژی تبدیل مواد منفجره - 6900 J/kg.
3. سرعت انفجار: 7200 متر بر ثانیه
4. Brisance: 16,8mm.
5. قابلیت انفجار: 620-650 مکعب. سانتی متر.
اولین بار توسط هنری در سال 1870 به دست آمد. با نیتراسیون دقیق اتیلن گلیکول به روشی مشابه نیتروگلیسیرین (مخلوط نیترات کننده: H2SO4 - پنجاه٪، HNO3 - پنجاه٪؛ نسبت - 50 به 1 نسبت به اتیلن گلیکول).
فرآیند نیتراسیون را می توان در دمای پایین تری انجام داد، که مستعد عملکرد بالاتر است [7، 8].
علیرغم این واقعیت که به طور کلی، حساسیت GNEG تا حدودی کمتر از NG است، استفاده از آن مزایای قابل توجهی را وعده نداد. اگر نوسانات بالاتر از NG و در دسترس بودن کمتر مواد اولیه را به این اضافه کنیم، مشخص می شود که این مسیر به جایی نرسیده است.
با این حال، کاملاً بی فایده نیز نبود. در ابتدا به عنوان افزودنی به دینامیت استفاده می شد، در طول جنگ جهانی دوم به دلیل کمبود گلیسیرین به عنوان جایگزین نیتروگلیسیرین در پودرهای بدون دود استفاده می شد. چنین باروتی به دلیل نوسانات DNEG ماندگاری کوتاهی داشت، اما در شرایط جنگ این موضوع واقعاً مهم نبود: هیچ کس قرار نبود آنها را برای مدت طولانی ذخیره کند.
پیش بند ساخته شده توسط Christian Schönbein
معلوم نیست اگر تا پایان قرن نوزدهم، فناوری صنعتی برای تولید نیترواستر دیگر به موقع نرسیده بود، ارتش چقدر زمان صرف یافتن راه هایی برای آرام کردن نیتروگلیسیرین می کرد. به طور خلاصه تاریخچه ظهور آن به شرح زیر است [16].
در سال 1832، هانری براکونوت شیمیدان فرانسوی کشف کرد که وقتی نشاسته و الیاف چوب با اسید نیتریک تصفیه می شوند، یک ماده قابل احتراق و انفجار ناپایدار تشکیل می شود که او آن را زایلوئیدین می نامد. درست است، موضوع به گزارش این کشف محدود شد. شش سال بعد، در سال 1838، شیمیدان فرانسوی دیگری به نام تئوفیل-ژول پلوز، کاغذ و مقوا را به روشی مشابه درمان کرد و ماده مشابهی به دست آورد که آن را نیترامیدین نامید. چه کسی در آن زمان فکر می کرد ، اما دلیل عدم امکان استفاده از نیترامیدین برای اهداف فنی دقیقاً پایداری پایین آن بود.
در سال 1845، شیمیدان سوئیسی کریستین فردریش شونبین (که در آن زمان به دلیل کشف اوزون مشهور شده بود) آزمایشاتی را در آزمایشگاه خود انجام داد. همسرش به شدت او را از آوردن فلاسک هایش به آشپزخانه منع کرد، بنابراین او عجله کرد تا آزمایش را در غیاب او تمام کند - و مقداری از مخلوط سوزاننده را روی میز ریخت. در تلاش برای جلوگیری از رسوایی، او، به بهترین سنت های آراستگی سوئیس، آن را با پیش بند کار خود پاک کرد، زیرا مخلوط خیلی زیاد نبود. سپس به سنت صرفه جویی سوئیسی، پیش بند را با آب می شست و روی اجاق آویزان می کرد تا خشک شود. چه مدت، چه کوتاه در آنجا آویزان شد، تاریخ خاموش است، اما به طور قطع مشخص است که پس از خشک شدن پیش بند ناگهان ناپدید شد. علاوه بر این، او بی سر و صدا ناپدید نشد، به انگلیسی، اما با صدای بلند، حتی می توان به طرز افسونگرانه ای گفت: در یک فلش و صدای بلند یک انفجار. اما این چیزی است که توجه شونبین را به خود جلب کرد: انفجار بدون کوچکترین صدایی از دود رخ داد!
و اگرچه شنبین اولین کسی نبود که نیتروسلولز را کشف کرد، اما این او بود که در مورد اهمیت این کشف نتیجه گیری کرد. در آن زمان از پودر سیاه در توپخانه استفاده می شد که دوده آن چنان اسلحه ها را کثیف می کرد که باید بین شلیک ها تمیز می شدند و پس از اولین رگبارها چنان پرده ای از دود بلند شد که باید تقریباً کورکورانه جنگید. در مورد این واقعیت که پفک های دود سیاه کاملاً محل باتری ها را مشخص می کند چه می توانیم بگوییم. تنها چیزی که زندگی را روشن کرد این بود که دشمن در همان موقعیت قرار داشت. بنابراین، ارتش با شور و شوق به ماده منفجره واکنش نشان داد که دود بسیار کمتری می دهد و علاوه بر این، از پودر سیاه نیز قوی تر است.
نیتروسلولز، عاری از مضرات پودر سیاه، امکان تولید باروت بدون دود را فراهم کرد. و در سنت های آن زمان تصمیم گرفتند از آن هم به عنوان پیشران و هم به عنوان ماده منفجره استفاده کنند. در سال 1885، پس از کارهای آزمایشی متعدد، مهندس فرانسوی Paul Viel چندین کیلوگرم پودر لایه‌ای پیروکسیلین به نام باروت "B" - اولین پودر بدون دود - دریافت و آزمایش کرد. آزمایش ها مزایای باروت جدید را ثابت کردند.
با این حال، ایجاد مقدار زیادی نیتروسلولز برای نیازهای نظامی آسان نبود. نیتروسلولز بیش از حد بی تاب بود که منتظر نبردها بود و کارخانه ها معمولاً با نظمی غبطه انگیز شروع به کار کردند ، گویی در این زمینه با تولید نیتروگلیسیرین رقابت می کردند. هنگام ایجاد فناوری برای تولید صنعتی پیروکسیلین، مانند هیچ ماده منفجره دیگری، باید بر چنین موانعی غلبه کرد. یک ربع قرن تمام طول کشید تا تعدادی کار توسط محققان کشورهای مختلف انجام شود تا اینکه این ماده منفجره الیافی اصلی برای استفاده مناسب شد و تا زمانی که وسایل و روش‌های متعددی یافت شد که به نحوی در برابر انفجار در طول نگهداری طولانی مدت محصول تضمین می‌شد. عبارت «تا حدودی» یک ابزار ادبی نیست، بلکه بازتاب پیچیدگی هایی است که شیمیدانان و فناوران در تعیین معیارهای پایداری با آن مواجه شده اند. هیچ قضاوت محکمی در مورد رویکردهای تعیین معیارهای پایداری وجود نداشت، و با گسترش بیشتر دامنه استفاده از این ماده منفجره، انفجارهای مداوم ویژگی های اسرارآمیز بیشتری را در رفتار این اتر پیچیده عجیب و غریب نشان داد. در سال 1891 بود که جیمز دوار و فردریک آبل موفق به یافتن فناوری ایمن شدند.
تولید پیروکسیلین به تعداد زیادی دستگاه کمکی و یک فرآیند طولانی فناوری نیاز دارد که در آن تمام عملیات باید به همان اندازه با دقت و کامل انجام شود.
محصول اولیه برای تولید پیروکسیلین سلولز است که بهترین نماینده آن پنبه است. سلولز خالص طبیعی پلیمری متشکل از بقایای گلوکز است که از بستگان نزدیک نشاسته است:(C6H10O5)n. علاوه بر این، ضایعات کارخانه های کاغذ می تواند به منبع مواد خام عالی تبدیل شود.
نیتراسیون الیاف در اوایل دهه 60 قرن نوزدهم در مقیاس صنعتی تسلط یافت و در گلدان های سرامیکی با فشار بیشتر در سانتریفیوژها انجام شد. با این حال، در پایان قرن، این روش ابتدایی جایگزین فناوری آمریکایی شد، اگرچه در طول جنگ جهانی دوم به دلیل هزینه کم و سادگی (به طور دقیق تر، بدوی گرایی) احیا شد.
پنبه تمیز شده در یک نیتریفایر، یک مخلوط نیترات کننده (HNO3 - 24٪، H2SO4 - 69٪، آب - 7٪ بر اساس 15 کیلوگرم فیبر 900 کیلوگرم مخلوط، که عملکرد 25 کیلوگرم پیروکسیلین را می دهد.
نیتراتورها به باتری هایی متشکل از چهار راکتور و یک سانتریفیوژ متصل می شوند. نیتراتورها با فاصله زمانی (تقریباً 40 دقیقه) برابر با زمان چرخش بارگذاری می شوند که تداوم فرآیند را تضمین می کند.
پیروکسیلین مخلوطی از محصولات با درجات مختلف نیتراسیون سلولز است. پیروکسیلین که با استفاده از اسید فسفریک به جای اسید سولفوریک به دست می آید، پایداری بالایی دارد، اما این فناوری به دلیل هزینه بیشتر و بهره وری کمتر، ریشه دوانده است.
پیروکسیلین فشرده تمایل به شعله ور شدن خود به خود دارد و نیاز به مرطوب شدن دارد. آب مورد استفاده برای شستشو و تثبیت پیروکسیلین نباید حاوی عوامل قلیایی باشد، زیرا محصولات تخریب قلیایی کاتالیزورهای خود اشتعال هستند. خشک شدن نهایی تا رطوبت مورد نیاز با شستشو با الکل مطلق حاصل می شود.
اما حتی نیتروسلولز مرطوب شده نیز عاری از مشکل نیست: این ماده مستعد عفونت توسط میکروارگانیسم هایی است که باعث کپک می شوند. با اپیلاسیون سطح از آن محافظت کنید. محصول نهایی دارای ویژگی های زیر بود:
1. حساسیت پیروکسیلین به شدت به رطوبت بستگی دارد. خشک (رطوبت 3 تا 5 درصد) به راحتی از شعله باز یا لمس فلز داغ، حفاری، اصطکاک مشتعل می شود. با سقوط بار 2 کیلوگرمی از ارتفاع 10 سانتی متری منفجر می شود و با افزایش رطوبت حساسیت کاهش می یابد و در 50 درصد آب قابلیت انفجار از بین می رود.
2. انرژی تبدیل مواد منفجره - 4200 MJ/kg.
3. سرعت انفجار: 6300 متر بر ثانیه
4. Brisance: 18mm.
5. مواد منفجره قوی: 240 مکعب. سانتی متر.
با این حال، با وجود معایب، پیروکسیلین پایدارتر از نظر شیمیایی بیشتر از نیتروگلیسیرین و دینامیت برای ارتش مناسب است، حساسیت آن را می‌توان با تغییر رطوبت آن تنظیم کرد. بنابراین، پیروکسیلین فشرده شروع به یافتن کاربرد گسترده ای برای تجهیز کلاهک های مین و پوسته کرد، اما با گذشت زمان، این محصول بی نظیر جای خود را به مشتقات نیتراتی هیدروکربن های معطر داد. نیتروسلولز به عنوان یک ماده منفجره پیشران باقی ماند، اما به عنوان یک ماده منفجره انفجاری برای همیشه به چیزی از گذشته تبدیل شده است [9].
ژله انفجاری و باروت نیتروگلیسیرین
خواننده، حداقل کمی با تاریخ شیمی آشنا است، احتمالاً قبلاً حدس زده است که این کلمات چه کسی هستند - شیمیدان برجسته روسی D.I. مندلیف.
مندلیف به عنوان یک رشته دانش شیمیایی، تلاش و توجه زیادی را به پودرسازی در سال های آخر زندگی خود - در سال های 1890-1897 اختصاص داد. اما، مانند همیشه، مرحله فعال توسعه با دوره ای از تأمل، انباشت و نظام مند شدن دانش مقدم بود.
همه چیز با این واقعیت شروع شد که در سال 1875، آلفرد نوبل خستگی ناپذیر کشف دیگری کرد: محلول جامد پلاستیکی و الاستیک از نیتروسلولز در نیتروگلیسیرین. فرم جامد، چگالی بالا، سهولت قالب گیری، انرژی متمرکز و عدم حساسیت به رطوبت زیاد جو را کاملاً با موفقیت ترکیب کرد. ژله، که به طور کامل به دی اکسید کربن، نیتروژن و آب سوخته بود، شامل 8٪ دییتروسلولز و 92٪ نیتروگلیسیرین بود.
برخلاف نوبل فن، D.I. مندلیف از رویکردی صرفاً علمی استفاده کرد. او تحقیقات خود را بر اساس یک ایده کاملاً تعریف شده و کاملاً اثبات شده شیمیایی استوار کرد: ماده مورد نظر در طول احتراق باید حداکثر محصولات گازی را در واحد وزن آزاد کند. از نقطه نظر شیمیایی، این بدان معناست که اکسیژن موجود در این ترکیب باید به اندازه ای باشد که کربن را به اکسید گازی، هیدروژن را به آب تبدیل کند و توانایی اکسیداسیون برای تامین انرژی برای کل این فرآیند را داشته باشد. یک محاسبه دقیق منجر به فرمول ترکیب زیر شد: C30Н38(NO2)12O25. هنگام سوزاندن، باید موارد زیر را دریافت کنید:
انجام یک واکنش هدفمند برای سنتز یک ماده از چنین ترکیبی، حتی در حال حاضر، کار آسانی نیست، بنابراین، در عمل، از مخلوطی از 7-10٪ نیتروسلولز و 90-93٪ نیتروگلیسیرین استفاده شد. درصد نیتروژن حدود 13,7 درصد است که کمی بیشتر از پیروکلودیوم (12,4 درصد) است. عملیات به خصوص دشوار نیست، نیازی به استفاده از تجهیزات پیچیده (که در فاز مایع انجام می شود) نیست و در شرایط عادی ادامه می یابد.
در سال 1888، نوبل حق اختراع باروتی را دریافت کرد که از نیتروگلیسیرین و کولوکسیلین (فیبر کم نیترات) ساخته شده بود، به نام باروت بدون دود مانند پیروکسیلین. این ترکیب تاکنون تقریباً بدون تغییر با نام‌های فنی مختلفی استفاده شده است که معروف‌ترین آنها کوردیت و بالیسیت است. تفاوت اصلی در نسبت بین نیتروگلیسیرین و پیروکسیلین است (در کوردیت بیشتر است) [13].
این VV ها چگونه با یکدیگر ارتباط دارند؟ بیایید به جدول نگاه کنیم:
-------------------------------------------------- -------------------------------
VV ...... حساسیت .... انرژی ... سرعت ...... بریسنس ... انفجار قوی
.........(کیلوگرم / سانتی متر /٪ انفجار) .... انفجار .... انفجار
-------------------------------------------------- ------------------------------------
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
-------------------------------------------------- ------------------------------------
ویژگی‌های همه مواد منفجره کاملاً به هم نزدیک است، اما تفاوت در ویژگی‌های فیزیکی، زمینه‌های مختلف کاربرد آنها را دیکته می‌کند.
همانطور که قبلاً دیدیم، نه نیتروگلیسیرین و نه پیروکسیلین ارتش را با شخصیت خود راضی نکردند. دلیل پایداری کم این مواد، به نظر من، روی سطح است. هر دو ترکیب (یا سه - شمارش و دینیترواتیلن گلیکول) نمایندگان کلاس اترها هستند. و گروه استر به هیچ وجه یکی از رهبران مقاومت شیمیایی نیست. بلکه می توان آن را در بین خارجی ها یافت. گروه نیترو که حاوی نیتروژن در حالت اکسیداسیون نسبتاً عجیب +5 است نیز مدلی از پایداری نیست. همزیستی این عامل اکسید کننده قوی با یک عامل کاهنده خوب مانند گروه هیدروکسیل الکل ها به ناچار منجر به تعدادی عواقب منفی می شود که ناخوشایندترین آنها هوسبازی در کاربرد است.
چرا شیمیدانان و ارتش زمان زیادی را صرف آزمایش با آنها کردند؟ همانطور که می بینید، رشوه بسیار و بسیاری. نظامی - قدرت بیشتر و در دسترس بودن مواد خام، که کارایی رزمی ارتش را افزایش داد و آن را نسبت به تحویل در زمان جنگ بی‌حساس کرد. فناوران - شرایط سنتز ملایم (نیازی به استفاده از دماهای بالا و فشار بالا نیست) و راحتی فن آوری (علی رغم فرآیندهای چند مرحله ای، همه واکنش ها در یک حجم واکنش و بدون نیاز به جداسازی محصولات میانی انجام می شوند).
بازده عملی محصولات نیز بسیار بالا بود (جدول 2)، که نیاز فوری به جستجوی منابع مقدار زیادی اسید نیتریک ارزان نداشت (مسئله اسید سولفوریک خیلی زودتر حل شد).
-------------------------------------------------- ---------------------------------
BB ...... مصرف معرف در هر 1 کیلوگرم ..... تعداد مراحل .... تعداد محصولات عرضه شده
......... اسید نیتروژن..اسید سولفوریک
-------------------------------------------------- ---------------------------------
GN......10............23............3..... ........... ........یک
DNEG....16,5.................16,5..2......... ... ...........یک
NK........8,5،25............3............1... ........ ...........یک
-------------------------------------------------- ---------------------------------
هنگامی که هیپوستازهای جدید شیطان مواد منفجره وارد صحنه شد، وضعیت به طرز چشمگیری تغییر کرد: تری نیتروفنول و تری نیتروتولوئن.
نویسنده با تهیه طرح کلی دروس، مکرراً متوجه شد که کشورهایی که حاکمان آنها هوشیارانه به توسعه علوم و مهمتر از همه به تثلیث طبیعی ریاضی - فیزیک - شیمی توجه داشتند - در پیشرفت خود به اوج رسیدند. نمونه بارز صعود سریع در صحنه جهانی آلمان است که در نیم قرن از اتحاد کشورهای متفاوت جهشی کرد، که حتی در نقشه دقیق اروپا بدون "محدوده دقیق" مشاهده برخی از آنها دشوار بود. ، به امپراتوری که باید یک قرن و نیم با آن حساب می شد. بدون اینکه از شایستگی بیسمارک بزرگ در این جریان کم کنم، عبارت او را که پس از پایان پیروزمندانه جنگ فرانسه و پروس گفت: «این جنگ را یک معلم ساده آلمانی پیروز شد» نقل می کنم. این جنبه شیمیایی افزایش توان رزمی ارتش و دولت است که نویسنده مایل است مانند همیشه بدون هیچ گونه ادعایی در انحصار نظر خود، بررسی خود را به آن اختصاص دهد.
نویسنده در انتشار مقاله عمدا مانند ژول ورن از مشخص کردن جزئیات فنی خاص پرهیز می کند و توجه خود را بر روش های صرفاً صنعتی برای به دست آوردن مواد منفجره متمرکز می کند. این نه تنها با احساس مسئولیت کاملاً قابل درک دانشمند در قبال نتایج کار خود (اعم از عملی یا روزنامه نگاری)، بلکه با این واقعیت مرتبط است که موضوع مطالعه این سؤال است که "چرا همه چیز اینگونه بود و نه در غیر این صورت»، و نه «اولین کسی که آن را دریافت کرد؟»».
علاوه بر این، نویسنده از خوانندگان به دلیل استفاده اجباری از اصطلاحات شیمیایی - ویژگی های علم (همانطور که تجربه آموزشی خود نشان داده است، نه محبوب ترین دانش آموزان) از خوانندگان عذرخواهی می کند. نویسنده با درک اینکه نوشتن در مورد مواد شیمیایی بدون ذکر اصطلاحات شیمیایی غیرممکن است، سعی خواهد کرد تا واژگان فنی را به حداقل برساند.
و آخرین. داده های عددی ارائه شده توسط نویسنده به هیچ وجه نباید حقیقت نهایی در نظر گرفته شود. داده های مربوط به ویژگی های مواد منفجره در منابع مختلف متفاوت و گاه کاملاً شدید است. این قابل درک است: ویژگی های مهمات به طور قابل توجهی به ظاهر "کالا" آنها، وجود / عدم وجود مواد خارجی، معرفی تثبیت کننده ها، حالت های سنتز و بسیاری از عوامل دیگر بستگی دارد. روش‌های تعیین ویژگی‌های مواد منفجره نیز از نظر یکنواختی متفاوت نیستند (اگرچه در اینجا فقط استانداردسازی بیشتری وجود خواهد داشت) و همچنین از تکرارپذیری خاصی رنج نمی‌برند.
طبقه بندی BB
بسته به نوع انفجار و حساسیت به تأثیرات خارجی، همه مواد منفجره به سه گروه اصلی تقسیم می شوند:
1. راه اندازی مواد منفجره.
2. مواد منفجره برسانت.
3. پرتاب مواد منفجره.
راه اندازی مواد منفجره آنها نسبت به تأثیرات خارجی بسیار حساس هستند. بقیه خصوصیات آنها معمولا کم است. اما آنها دارای یک خاصیت ارزشمند هستند - انفجار آنها (انفجار) اثر انفجاری در انفجار و رانش مواد منفجره دارد که معمولاً به سایر انواع تأثیر خارجی اصلاً حساس نیستند یا حساسیت بسیار کمی دارند. بنابراین، از مواد آغازگر فقط برای تحریک انفجار مواد منفجره انفجاری یا پیشران استفاده می شود. برای اطمینان از ایمنی استفاده از مواد منفجره، آنها را در وسایل حفاظتی (پرایمر، آستین آغازگر، درپوش چاشنی، چاشنی برقی، فیوز) بسته بندی می کنند. نمایندگان معمولی مواد منفجره آغازگر: فولمینات جیوه، آزید سرب، تنرس (TNRS).
Brizantnye VV. در واقع این چیزی است که می گویند و می نویسند. آنها مجهز به پوسته، مین، بمب، راکت، مین های زمینی هستند. پل ها، ماشین ها، تاجران را منفجر می کنند...
مواد منفجره با توجه به ویژگی های انفجاری به سه گروه تقسیم می شوند:
- افزایش قدرت (نمایندگان: هگزوژن، اکتوژن، عنصر گرمایش، تتریل)؛
- قدرت معمولی (نمایندگان: TNT، ملینیت، پلاست)؛
- کاهش قدرت (نمایندگان: نیترات آمونیوم و مخلوط های آن).
مواد منفجره با قدرت بالا تا حدودی نسبت به تأثیرات خارجی حساس تر هستند و بنابراین بیشتر در مخلوط با بلغم سازها (موادی که حساسیت مواد منفجره را کاهش می دهند) یا در مخلوط با مواد منفجره با قدرت معمولی برای افزایش قدرت دومی استفاده می شوند. گاهی اوقات از مواد منفجره با قدرت افزایش یافته به عنوان چاشنی میانی استفاده می شود.
پرتاب مواد منفجره اینها باروت های مختلفی هستند - دودی سیاه، پیروکسیلین بدون دود و نیتروگلیسیرین. آنها همچنین شامل مخلوط های مختلف آتش بازی برای آتش بازی، راکت های سیگنال و روشنایی، پرتابه های روشنایی، مین ها، بمب ها هستند.
درباره پودر سیاه و بلک برتولد
برای چندین قرن، تنها نوع ماده منفجره مورد استفاده انسان پودر سیاه بود. با کمک آن گلوله های توپ به سمت دشمن پرتاب می شد و گلوله های انفجاری از آنها پر می شد. باروت در معادن زیرزمینی برای تخریب دیوارهای قلعه ها و خرد کردن سنگ ها استفاده می شد.
در اروپا، او از قرن سیزدهم شناخته شد، و در چین، هند و بیزانس حتی قبل از آن. اولین توصیف ثبت شده باروت برای آتش بازی توسط دانشمند چینی Sun-Simyao در سال 682 توصیف شد. ماکسیمیلیان یونانی (قرن XIII-XIV) در رساله "کتاب آتش" مخلوطی بر اساس نیترات پتاسیم را توصیف کرد که در بیزانس استفاده می شد. "آتش یونانی" معروف و از 60% نمک نمک، 20% گوگرد و 20% زغال سنگ تشکیل شده است.
تاریخ اروپایی کشف باروت با راهب فرانسیسکن انگلیسی راجر بیکن آغاز می شود که در سال 1242 در کتاب "Liber de Nullitate Magiae" دستور تهیه پودر سیاه را برای موشک و آتش بازی (40٪ نمک، 30٪ زغال سنگ و زغال سنگ) ارائه می دهد. 30% گوگرد) و راهب نیمه اسطوره ای برتولد شوارتز (1351). با این حال، ممکن است این یک نفر بوده باشد: استفاده از نام مستعار در قرون وسطی بسیار رایج بود، همانطور که بعداً سردرگمی با تاریخ گذاری منابع وجود داشت.سادگی ترکیب، در دسترس بودن دو جزء از سه جزء (گوگرد بومی هنوز در مناطق جنوبی ایتالیا و سیسیل غیر معمول نیست)، سهولت آماده سازی - همه اینها یک راهپیمایی پیروزمندانه را در کشورهای اروپا و آسیا تضمین می کند. تنها مشکل بدست آوردن نیترات پتاسیم در مقادیر زیاد بود، اما این کار نیز با موفقیت انجام شد. از آنجایی که تنها ذخایر شناخته شده نیترات پتاسیم در آن زمان در هند (از این رو نام دوم آن - هندی) بود، تقریباً در همه کشورها تولید محلی ایجاد شد. غیرممکن بود که آن را خوشایند نامید، حتی با یک حاشیه خوش‌بینی: مواد اولیه آن کود، احشاء، ادرار و موی حیوانات بود. ناخوشایندترین مواد موجود در این معجون بدبو و به شدت آلوده، آهک و پتاس بود. تمام این ثروت برای چندین ماه به گودال افتاد و در آنجا تحت تأثیر ازتوباکتری ها سرگردان شد. آمونیاک آزاد شده به نیترات اکسید شد، که در نهایت نمک مورد علاقه را به وجود آورد، که با تبلور مجدد جدا و خالص شد - شغلی، همچنین می گویم که خوشایندترین نیست. همانطور که می بینید، هیچ چیز پیچیده ای در این فرآیند وجود ندارد، مواد اولیه کاملاً مقرون به صرفه هستند و در دسترس بودن باروت نیز به زودی جهانی شد.
پودر سیاه (یا دودی) در آن زمان یک ماده منفجره جهانی بود. نه لرزان و نه چرخان، برای سالهای متمادی هم به عنوان سلاح پرتاب و هم به عنوان پرکننده برای اولین بمب ها - نمونه های اولیه مهمات مدرن استفاده می شد. تا پایان ثلث اول قرن نوزدهم، باروت به طور کامل نیازهای پیشرفت را برآورده می کرد. اما علم و صنعت ثابت نماند و به زودی به دلیل قدرت کم از پاسخگویی به نیازهای آن زمان باز ماند. پایان انحصار باروت را می توان به دهه 70 قرن XNUMX نسبت داد، زمانی که A. Lavoisier و C. Berthollet تولید نمک Berthollet را بر اساس کلرات پتاسیم (نمک Berthollet) کشف شده توسط Berthollet سازماندهی کردند.
تاریخچه نمک برتله را می توان از لحظه ای شمارش کرد که کلود برتوله خواص کلر را که اخیراً توسط کارل شیله کشف شده بود مورد مطالعه قرار داد. با عبور کلر از محلول غلیظ داغ هیدروکسید پتاسیم، برتوله ماده جدیدی به دست آورد که بعدها توسط شیمیدانان و نه توسط شیمیدانان، کلرات پتاسیم نامیده شد - نمک برتوله. در سال 1786 اتفاق افتاد. و اگرچه نمک شیطان تبدیل به یک ماده منفجره جدید نشد، اما نقش خود را ایفا کرد: اولاً به عنوان انگیزه ای برای جستجوی جایگزین های جدید برای "خدای جنگ" فرسوده عمل کرد و ثانیاً جد انواع جدیدی از مواد منفجره شد. - شروع کننده
روغن انفجاری
و در سال 1846، شیمیدانان دو ماده منفجره جدید - پیروکسیلین و نیتروگلیسیرین را پیشنهاد کردند. در تورین، شیمیدان ایتالیایی Ascanio Sobrero کشف کرد که برای تشکیل یک مایع شفاف روغنی - نیتروگلیسیرین، کافی است گلیسیرین را با اسید نیتریک (انجام نیتراسیون) درمان کنیم. اولین گزارش چاپ شده از او در L'Institut (XV، 53)، 15 فوریه 1847 منتشر شد، و شایسته نقل قول است. در قسمت اول آن آمده است:
"آسکانیو سوبررو، استاد شیمی فنی از تورین، در نامه ای که توسط پروفسور مخابره شده است. پلوز گزارش می دهد که او مدت هاست که مواد منفجره را با اثر اسید نیتریک بر روی مواد آلی مختلف مانند قند نیشکر، لورس، دکستریت، قند شیر و غیره تولید می کند. سوبررو همچنین تأثیر مخلوط اسیدهای نیتریک و سولفوریک را بر روی گلیسیرین مطالعه کرد. و تجربه به او نشان داد که ماده ای شبیه پنبه جغجغه به دست می آید...»
در زیر شرحی از تجربه نیتراسیون است که فقط برای شیمیدانان آلی (و حتی از نقطه نظر تاریخی) مورد علاقه است، اما ما فقط به یک ویژگی اشاره می کنیم: مشتقات نیترو سلولز و همچنین توانایی آنها در انفجار. ، در آن زمان کاملاً شناخته شده بودند [11].
نیتروگلیسیرین یکی از قوی ترین و حساس ترین مواد منفجره بریزانت است که کار با آن نیاز به مراقبت و احتیاط خاصی دارد.
1. حساسیت: گلوله ها در صورت اصابت گلوله می توانند منفجر شوند. حساسیت به ضربه با وزن 10 کیلوگرمی از ارتفاع 25 سانتی متری 100% کاهش یافته است. احتراق به انفجار تبدیل می شود.
2. انرژی تبدیل مواد منفجره - 5300 J/kg.
3. سرعت انفجار: 6500 متر بر ثانیه
4. Brisance: 15-18mm.
5. مواد منفجره قوی: 360-400 سی سی [6] را ببینید.
امکان استفاده از نیتروگلیسیرین توسط شیمیدان مشهور روسی N.N.Zinin نشان داده شد که در سالهای 1853-1855 در جریان جنگ کریمه به همراه مهندس نظامی V.F.
استاد دانشگاه کازان N.N. زینین
مهندس نظامی V.F. پتروشفسکی
اما شیطانی که در نیتروگلیسیرین زندگی می‌کند بدجنس و سرکش بود. مشخص شد که حساسیت این ماده به تأثیرات خارجی فقط کمی کمتر از برق‌آب جیوه است. می تواند در لحظه نیتراسیون منفجر شود، نمی توان آن را تکان داد، گرم کرد و سرد کرد و در معرض نور خورشید قرار گرفت. ممکن است در حین نگهداری منفجر شود. و اگر آن را با کبریت آتش بزنید، می تواند کاملاً آرام بسوزد ...
و با این حال، نیاز به مواد منفجره قوی تا اواسط قرن نوزدهم به حدی بود که با وجود حوادث متعدد، نیتروگلیسیرین به طور گسترده در انفجار استفاده شد.تلاش بسیاری برای مهار شیطان شیطانی انجام شد، اما شهرت رام کننده به آلفرد نوبل رسید. فراز و نشیب های این مسیر و همچنین سرنوشت عواید حاصل از فروش این ماده کاملاً مشخص است و نگارنده ورود به جزئیات آنها را بی نیاز می داند.
"فشرده شدن" در منافذ یک پرکننده بی اثر (و چندین ده ماده به همین ترتیب آزمایش شد که بهترین آنها خاک دیاتومه بود - یک سیلیکات متخلخل که 90٪ حجم آن روی منافذی است که می تواند مشتاقانه جذب شود. نیتروگلیسیرین)، نیتروگلیسیرین بسیار "سازگار" شد، در حالی که تقریباً تمام قدرت مخرب خود را حفظ کرد. همانطور که می دانید، نوبل به این مخلوط، از نظر ظاهری شبیه به ذغال سنگ نارس، نام "دینامیت" (از کلمه یونانی "dinos" - قدرت) داد. طنز سرنوشت: یک سال پس از دریافت پتنت نوبل برای تولید دینامیت، پتروشفسکی به طور کامل نیتروگلیسیرین را با منیزیم مخلوط می کند و مواد منفجره را دریافت می کند که بعداً "دینامیت روسی" نامیده شد.
نیتروگلیسیرین (یا بهتر بگوییم گلیسرول تری نیترات) یک استر کامل از گلیسرول و اسید نیتریک است. معمولاً با پردازش گلیسرول با مخلوط اسید سولفوریک (از نظر شیمیایی، یک واکنش استریفیکاسیون) به دست می آید:
انفجار نیتروگلیسیرین با انتشار مقدار زیادی از محصولات گازی همراه است:
4 C3H5(NO2)3 = 12 CO2 + 10 ساعت2O+6N2 + او2
استری شدن به صورت متوالی در سه مرحله انجام می شود: اولی گلیسرول مونونیترات، دومی گلیسرول دینیترات و سومی گلیسرول تری نیترات است. برای تولید کاملتر نیتروگلیسیرین، 20 درصد اسید نیتریک بیش از مقدار مورد نیاز نظری مصرف می شود.
نیتراسیون در گلدان های چینی یا ظروف سربی لحیم شده در حمام آب یخ انجام شد. در یک نوبت، حدود 700 گرم نیتروگلیسیرین بدست آمد و در عرض یک ساعت پس از چنین عملی، 3-4 عمل انجام شد.
اما نیازهای فزاینده تغییرات خاص خود را در فناوری به دست آوردن نیتروگلیسیرین انجام داد. با گذشت زمان (در سال 1882) فناوری تولید مواد منفجره در نیتراتورها توسعه یافت. در همان زمان، فرآیند به دو مرحله تقسیم شد: در مرحله اول، گلیسرول با نصف مقدار اسید سولفوریک مخلوط شد و در نتیجه بیشتر گرمای تولید شده استفاده شد، پس از آن مخلوط آماده‌ای از اسیدهای نیتریک و سولفوریک تهیه شد. وارد همان ظرف شد. بنابراین، مشکل اصلی اجتناب شد: گرمای بیش از حد مخلوط واکنش. اختلاط با هوای فشرده با فشار 4 اتمسفر انجام می شود. بهره وری از فرآیند 100 کیلوگرم گلیسیرین در 20 دقیقه در 10-12 درجه است.
با توجه به وزن مخصوص مختلف نیتروگلیسیرین (1,6) و اسید زائد (1,7)، از بالا با یک رابط تیز جمع آوری می شود. پس از نیتراسیون، نیتروگلیسیرین با آب شسته شده، سپس از باقی مانده های اسید با سودا شسته شده و دوباره با آب شسته می شود. اختلاط در تمام مراحل فرآیند با هوای فشرده انجام می شود. خشک کردن با فیلتر کردن از طریق یک لایه نمک معمولی کلسینه انجام می شود [9].
همانطور که می بینید، واکنش بسیار ساده است (موج تروریسم در پایان قرن نوزدهم را به یاد بیاورید، که توسط "بمب افکن ها" که بر علم ساده شیمی کاربردی تسلط داشتند) و به تعداد "فرایندهای شیمیایی ساده" تعلق دارد. (A. Shtetbacher). تقریباً هر مقدار نیتروگلیسیرین را می توان در ساده ترین شرایط تهیه کرد (پودر سیاه درست کردن آن آسان تر نیست).
مصرف معرف ها به شرح زیر است: برای به دست آوردن 150 میلی لیتر نیتروگلیسیرین، باید مصرف کنید: 116 میلی لیتر گلیسیرین؛ 1126 میلی لیتر اسید سولفوریک غلیظ؛
649 میلی لیتر اسید نیتریک (حداقل غلظت 62%).
دینامیت در جنگ
دینامیت اولین بار در جنگ فرانسه و پروس 1870-1871 مورد استفاده قرار گرفت، زمانی که سنگ شکنان پروس استحکامات فرانسه را با دینامیت منفجر کردند. اما ایمنی دینامیت نسبی بود. ارتش بلافاصله متوجه شد که وقتی با گلوله شلیک می شود، بدتر از مولد خود منفجر نمی شود و سوختن در موارد خاص به انفجار تبدیل می شود.اما وسوسه به دست آوردن مهمات قدرتمند غیر قابل مقاومت بود. از طریق آزمایش‌های نسبتاً خطرناک و پیچیده، می‌توان دریافت که دینامیت منفجر نمی‌شود، اگر بارها فوراً افزایش نیابد، بلکه به تدریج، شتاب پرتابه را در محدوده ایمن نگه می‌دارد.
راه حل مشکل در سطح فنی در استفاده از هوای فشرده دیده می شد. در ژوئن 1886، ستوان ادموند لودویگ جی. زلینسکی از هنگ 5 توپخانه ارتش ایالات متحده طرح اولیه مهندسی آمریکایی را آزمایش و بهبود بخشید. یک تفنگ بادی با کالیبر 380 میلی متر و طول 15 متر با استفاده از هوای فشرده شده تا 140 اتمسفر می تواند گلوله هایی به طول 3,35 متر با 227 کیلوگرم دینامیت در 1800 متر هزار متر پرتاب کند.
نیروی محرکه توسط دو سیلندر هوای فشرده تامین می شد که قسمت بالایی آن توسط یک شلنگ قابل انعطاف به تفنگ متصل می شد. سیلندر دوم ذخیره ای برای تغذیه استوانه بالایی بود و فشار در آن با استفاده از پمپ بخار مدفون در زمین حفظ می شد. این پرتابه پر از دینامیت، به شکل دارت - یک تیر توپخانه - بود و یک کلاهک 50 پوندی داشت.
دوک کمبریج به ارتش دستور داد تا یکی از این سیستم ها را در میلفورد هاون آزمایش کنند، اما اسلحه تقریباً تمام مهمات را قبل از اینکه در نهایت به هدف اصابت کند، مصرف کرد، اما به طور موثری نابود شد. دریاسالارهای آمریکایی از این تفنگ جدید خوشحال شدند: در سال 1888 پول برای ساخت 250 اسلحه دینامیت برای توپخانه ساحلی آزاد شد.
در سال 1885، زلینسکی شرکت تفنگ پنوماتیک را برای اجرا در ارتش و بعد از آن تأسیس کرد نیروی دریایی تفنگ های پنوماتیک با پوسته دینامیت. آزمایشات او منجر به صحبت در مورد اسلحه های بادی به عنوان یک نویدبخش جدید شد سلاح ها. نیروی دریایی ایالات متحده حتی رزمناو دینامیت Vesuvius را در سال 1888 ساخت و 944 تن را جابجا کرد و مجهز به سه تفنگ 381 میلی متری بود.
طرح رزمناو "دینامیت" "Vesuvius"
[مرکز]
و این همان چیزی است که اسلحه های ثابت او در حال بیرون رفتن به نظر می رسید[/ CENTER]
اما یک چیز عجیب: پس از چند سال، شور و شوق با ناامیدی جایگزین شد. توپچی های آمریکایی به این مناسبت گفتند: «در طول جنگ اسپانیا و آمریکا، این اسلحه ها هرگز به جای درست برخورد نکردند.» و اگرچه نکته در اینجا چندان در اسلحه ها نبود، بلکه در توانایی توپچی ها در شلیک دقیق و نصب سفت و سخت اسلحه ها بود، این سیستم پیشرفت بیشتری دریافت نکرد.
در سال 1885، هالند یک تفنگ بادی Zelinsky را روی زیردریایی شماره 4 خود نصب کرد. با این حال، به آزمون های عملی خود نرسید، زیرا. قایق در حین پرتاب دچار سانحه شدیدی شد.
در سال 1897، هلند زیردریایی شماره 8 خود را با تفنگ جدید Zelinsky مجدداً مسلح کرد. این سلاح یک لوله اژدر کمانی 18 اینچی (457 میلی‌متری) با سه اژدر Whitehead و همچنین یک تفنگ پنوماتیک زلنسکی برای پوکه دینامیت بود (7). گلوله های 222 پوند (مهمات) هر کدام 100,7 کیلوگرم). با این حال، به دلیل لوله بسیار کوتاه، محدود به اندازه قایق، این اسلحه برد شلیک کوتاهی داشت. پس از شلیک عملی، مخترع آن را در سال 1899 برچید.
در آینده، نه هلند و نه دیگر طراحان اسلحه (دستگاه) را برای پرتاب مین و گلوله های دینامیت بر روی زیردریایی های خود نصب نکردند. بنابراین اسلحه های زلینسکی به طور نامحسوس، اما به سرعت صحنه را ترک کردند [12].
خواهر یا برادر نیتروگلیسیرین
از نقطه نظر شیمیایی، گلیسرول ساده ترین نماینده کلاس الکل های تری هیدریک است. آنالوگ دیاتومیک آن - اتیلن گلیکول وجود دارد. آیا جای تعجب است که پس از ملاقات با نیتروگلیسیرین، شیمیدانان توجه خود را به اتیلن گلیکول معطوف کردند، به این امید که استفاده از آن راحت تر باشد.
اما حتی در اینجا شیطان مواد منفجره شخصیت دمدمی مزاج خود را نشان داد. مشخص شد که ویژگی های دینیترواتیلن گلیکول (این ماده منفجره هرگز نام خود را دریافت نکرد) تفاوت زیادی با نیتروگلیسیرین ندارد:
1. حساسیت: انفجار زمانی که 2 کیلوگرم محموله از ارتفاع 20 سانتی متری سقوط می کند. حساس به اصطکاک، آتش.
2. انرژی تبدیل مواد منفجره - 6900 J/kg.
3. سرعت انفجار: 7200 متر بر ثانیه
4. Brisance: 16,8mm.
5. قابلیت انفجار: 620-650 مکعب. سانتی متر.
اولین بار توسط هنری در سال 1870 به دست آمد. با نیتراسیون دقیق اتیلن گلیکول به روشی مشابه نیتروگلیسیرین (مخلوط نیترات کننده: H2SO4 - پنجاه٪، HNO3 - پنجاه٪؛ نسبت - 50 به 1 نسبت به اتیلن گلیکول).
فرآیند نیتراسیون را می توان در دمای پایین تری انجام داد، که مستعد عملکرد بالاتر است [7، 8].
علیرغم این واقعیت که به طور کلی، حساسیت GNEG تا حدودی کمتر از NG است، استفاده از آن مزایای قابل توجهی را وعده نداد. اگر نوسانات بالاتر از NG و در دسترس بودن کمتر مواد اولیه را به این اضافه کنیم، مشخص می شود که این مسیر به جایی نرسیده است.
با این حال، کاملاً بی فایده نیز نبود. در ابتدا به عنوان افزودنی به دینامیت استفاده می شد، در طول جنگ جهانی دوم به دلیل کمبود گلیسیرین به عنوان جایگزین نیتروگلیسیرین در پودرهای بدون دود استفاده می شد. چنین باروتی به دلیل نوسانات DNEG ماندگاری کوتاهی داشت، اما در شرایط جنگ این موضوع واقعاً مهم نبود: هیچ کس قرار نبود آنها را برای مدت طولانی ذخیره کند.
پیش بند ساخته شده توسط Christian Schönbein
معلوم نیست اگر تا پایان قرن نوزدهم، فناوری صنعتی برای تولید نیترواستر دیگر به موقع نرسیده بود، ارتش چقدر زمان صرف یافتن راه هایی برای آرام کردن نیتروگلیسیرین می کرد. به طور خلاصه تاریخچه ظهور آن به شرح زیر است [16].
در سال 1832، هانری براکونوت شیمیدان فرانسوی کشف کرد که وقتی نشاسته و الیاف چوب با اسید نیتریک تصفیه می شوند، یک ماده قابل احتراق و انفجار ناپایدار تشکیل می شود که او آن را زایلوئیدین می نامد. درست است، موضوع به گزارش این کشف محدود شد. شش سال بعد، در سال 1838، شیمیدان فرانسوی دیگری به نام تئوفیل-ژول پلوز، کاغذ و مقوا را به روشی مشابه درمان کرد و ماده مشابهی به دست آورد که آن را نیترامیدین نامید. چه کسی در آن زمان فکر می کرد ، اما دلیل عدم امکان استفاده از نیترامیدین برای اهداف فنی دقیقاً پایداری پایین آن بود.
در سال 1845، شیمیدان سوئیسی کریستین فردریش شونبین (که در آن زمان به دلیل کشف اوزون مشهور شده بود) آزمایشاتی را در آزمایشگاه خود انجام داد. همسرش به شدت او را از آوردن فلاسک هایش به آشپزخانه منع کرد، بنابراین او عجله کرد تا آزمایش را در غیاب او تمام کند - و مقداری از مخلوط سوزاننده را روی میز ریخت. در تلاش برای جلوگیری از رسوایی، او، به بهترین سنت های آراستگی سوئیس، آن را با پیش بند کار خود پاک کرد، زیرا مخلوط خیلی زیاد نبود. سپس به سنت صرفه جویی سوئیسی، پیش بند را با آب می شست و روی اجاق آویزان می کرد تا خشک شود. چه مدت، چه کوتاه در آنجا آویزان شد، تاریخ خاموش است، اما به طور قطع مشخص است که پس از خشک شدن پیش بند ناگهان ناپدید شد. علاوه بر این، او بی سر و صدا ناپدید نشد، به انگلیسی، اما با صدای بلند، حتی می توان به طرز افسونگرانه ای گفت: در یک فلش و صدای بلند یک انفجار. اما این چیزی است که توجه شونبین را به خود جلب کرد: انفجار بدون کوچکترین صدایی از دود رخ داد!
و اگرچه شنبین اولین کسی نبود که نیتروسلولز را کشف کرد، اما این او بود که در مورد اهمیت این کشف نتیجه گیری کرد. در آن زمان از پودر سیاه در توپخانه استفاده می شد که دوده آن چنان اسلحه ها را کثیف می کرد که باید بین شلیک ها تمیز می شدند و پس از اولین رگبارها چنان پرده ای از دود بلند شد که باید تقریباً کورکورانه جنگید. در مورد این واقعیت که پفک های دود سیاه کاملاً محل باتری ها را مشخص می کند چه می توانیم بگوییم. تنها چیزی که زندگی را روشن کرد این بود که دشمن در همان موقعیت قرار داشت. بنابراین، ارتش با شور و شوق به ماده منفجره واکنش نشان داد که دود بسیار کمتری می دهد و علاوه بر این، از پودر سیاه نیز قوی تر است.
نیتروسلولز، عاری از مضرات پودر سیاه، امکان تولید باروت بدون دود را فراهم کرد. و در سنت های آن زمان تصمیم گرفتند از آن هم به عنوان پیشران و هم به عنوان ماده منفجره استفاده کنند. در سال 1885، پس از کارهای آزمایشی متعدد، مهندس فرانسوی Paul Viel چندین کیلوگرم پودر لایه‌ای پیروکسیلین به نام باروت "B" - اولین پودر بدون دود - دریافت و آزمایش کرد. آزمایش ها مزایای باروت جدید را ثابت کردند.
با این حال، ایجاد مقدار زیادی نیتروسلولز برای نیازهای نظامی آسان نبود. نیتروسلولز بیش از حد بی تاب بود که منتظر نبردها بود و کارخانه ها معمولاً با نظمی غبطه انگیز شروع به کار کردند ، گویی در این زمینه با تولید نیتروگلیسیرین رقابت می کردند. هنگام ایجاد فناوری برای تولید صنعتی پیروکسیلین، مانند هیچ ماده منفجره دیگری، باید بر چنین موانعی غلبه کرد. یک ربع قرن تمام طول کشید تا تعدادی کار توسط محققان کشورهای مختلف انجام شود تا اینکه این ماده منفجره الیافی اصلی برای استفاده مناسب شد و تا زمانی که وسایل و روش‌های متعددی یافت شد که به نحوی در برابر انفجار در طول نگهداری طولانی مدت محصول تضمین می‌شد. عبارت «تا حدودی» یک ابزار ادبی نیست، بلکه بازتاب پیچیدگی هایی است که شیمیدانان و فناوران در تعیین معیارهای پایداری با آن مواجه شده اند. هیچ قضاوت محکمی در مورد رویکردهای تعیین معیارهای پایداری وجود نداشت، و با گسترش بیشتر دامنه استفاده از این ماده منفجره، انفجارهای مداوم ویژگی های اسرارآمیز بیشتری را در رفتار این اتر پیچیده عجیب و غریب نشان داد. در سال 1891 بود که جیمز دوار و فردریک آبل موفق به یافتن فناوری ایمن شدند.
تولید پیروکسیلین به تعداد زیادی دستگاه کمکی و یک فرآیند طولانی فناوری نیاز دارد که در آن تمام عملیات باید به همان اندازه با دقت و کامل انجام شود.
محصول اولیه برای تولید پیروکسیلین سلولز است که بهترین نماینده آن پنبه است. سلولز خالص طبیعی پلیمری متشکل از بقایای گلوکز است که از بستگان نزدیک نشاسته است:(C6H10O5)n. علاوه بر این، ضایعات کارخانه های کاغذ می تواند به منبع مواد خام عالی تبدیل شود.
نیتراسیون الیاف در اوایل دهه 60 قرن نوزدهم در مقیاس صنعتی تسلط یافت و در گلدان های سرامیکی با فشار بیشتر در سانتریفیوژها انجام شد. با این حال، در پایان قرن، این روش ابتدایی جایگزین فناوری آمریکایی شد، اگرچه در طول جنگ جهانی دوم به دلیل هزینه کم و سادگی (به طور دقیق تر، بدوی گرایی) احیا شد.
پنبه تمیز شده در یک نیتریفایر، یک مخلوط نیترات کننده (HNO3 - 24٪، H2SO4 - 69٪، آب - 7٪ بر اساس 15 کیلوگرم فیبر 900 کیلوگرم مخلوط، که عملکرد 25 کیلوگرم پیروکسیلین را می دهد.
نیتراتورها به باتری هایی متشکل از چهار راکتور و یک سانتریفیوژ متصل می شوند. نیتراتورها با فاصله زمانی (تقریباً 40 دقیقه) برابر با زمان چرخش بارگذاری می شوند که تداوم فرآیند را تضمین می کند.
پیروکسیلین مخلوطی از محصولات با درجات مختلف نیتراسیون سلولز است. پیروکسیلین که با استفاده از اسید فسفریک به جای اسید سولفوریک به دست می آید، پایداری بالایی دارد، اما این فناوری به دلیل هزینه بیشتر و بهره وری کمتر، ریشه دوانده است.
پیروکسیلین فشرده تمایل به شعله ور شدن خود به خود دارد و نیاز به مرطوب شدن دارد. آب مورد استفاده برای شستشو و تثبیت پیروکسیلین نباید حاوی عوامل قلیایی باشد، زیرا محصولات تخریب قلیایی کاتالیزورهای خود اشتعال هستند. خشک شدن نهایی تا رطوبت مورد نیاز با شستشو با الکل مطلق حاصل می شود.
اما حتی نیتروسلولز مرطوب شده نیز عاری از مشکل نیست: این ماده مستعد عفونت توسط میکروارگانیسم هایی است که باعث کپک می شوند. با اپیلاسیون سطح از آن محافظت کنید. محصول نهایی دارای ویژگی های زیر بود:
1. حساسیت پیروکسیلین به شدت به رطوبت بستگی دارد. خشک (رطوبت 3 تا 5 درصد) به راحتی از شعله باز یا لمس فلز داغ، حفاری، اصطکاک مشتعل می شود. با سقوط بار 2 کیلوگرمی از ارتفاع 10 سانتی متری منفجر می شود و با افزایش رطوبت حساسیت کاهش می یابد و در 50 درصد آب قابلیت انفجار از بین می رود.
2. انرژی تبدیل مواد منفجره - 4200 MJ/kg.
3. سرعت انفجار: 6300 متر بر ثانیه
4. Brisance: 18mm.
5. مواد منفجره قوی: 240 مکعب. سانتی متر.
با این حال، با وجود معایب، پیروکسیلین پایدارتر از نظر شیمیایی بیشتر از نیتروگلیسیرین و دینامیت برای ارتش مناسب است، حساسیت آن را می‌توان با تغییر رطوبت آن تنظیم کرد. بنابراین، پیروکسیلین فشرده شروع به یافتن کاربرد گسترده ای برای تجهیز کلاهک های مین و پوسته کرد، اما با گذشت زمان، این محصول بی نظیر جای خود را به مشتقات نیتراتی هیدروکربن های معطر داد. نیتروسلولز به عنوان یک ماده منفجره پیشران باقی ماند، اما به عنوان یک ماده منفجره انفجاری برای همیشه به چیزی از گذشته تبدیل شده است [9].
ژله انفجاری و باروت نیتروگلیسیرین
"پودر سیاه ... نشان دهنده تمام پیشرفت های بیشتر - با کمک یک مطالعه علمی از پدیده های نامرئی است که در طی احتراق آن رخ می دهد. پودر بدون دود پیوندی جدید بین قدرت کشورها و توسعه علمی آنهاست. به همین دلیل من که یکی از جنگجویان علم روسیه هستم، با کاهش قدرت و سالها، جرات تجزیه و تحلیل مشکلات پودر بدون دود را ندارم ... "
خواننده، حداقل کمی با تاریخ شیمی آشنا است، احتمالاً قبلاً حدس زده است که این کلمات چه کسی هستند - شیمیدان برجسته روسی D.I. مندلیف.
مندلیف به عنوان یک رشته دانش شیمیایی، تلاش و توجه زیادی را به پودرسازی در سال های آخر زندگی خود - در سال های 1890-1897 اختصاص داد. اما، مانند همیشه، مرحله فعال توسعه با دوره ای از تأمل، انباشت و نظام مند شدن دانش مقدم بود.
همه چیز با این واقعیت شروع شد که در سال 1875، آلفرد نوبل خستگی ناپذیر کشف دیگری کرد: محلول جامد پلاستیکی و الاستیک از نیتروسلولز در نیتروگلیسیرین. فرم جامد، چگالی بالا، سهولت قالب گیری، انرژی متمرکز و عدم حساسیت به رطوبت زیاد جو را کاملاً با موفقیت ترکیب کرد. ژله، که به طور کامل به دی اکسید کربن، نیتروژن و آب سوخته بود، شامل 8٪ دییتروسلولز و 92٪ نیتروگلیسیرین بود.
برخلاف نوبل فن، D.I. مندلیف از رویکردی صرفاً علمی استفاده کرد. او تحقیقات خود را بر اساس یک ایده کاملاً تعریف شده و کاملاً اثبات شده شیمیایی استوار کرد: ماده مورد نظر در طول احتراق باید حداکثر محصولات گازی را در واحد وزن آزاد کند. از نقطه نظر شیمیایی، این بدان معناست که اکسیژن موجود در این ترکیب باید به اندازه ای باشد که کربن را به اکسید گازی، هیدروژن را به آب تبدیل کند و توانایی اکسیداسیون برای تامین انرژی برای کل این فرآیند را داشته باشد. یک محاسبه دقیق منجر به فرمول ترکیب زیر شد: C30Н38(NO2)12O25. هنگام سوزاندن، باید موارد زیر را دریافت کنید:
C30Н38(NO2)12O25 = 30 CO + 19 H2O+6N2
انجام یک واکنش هدفمند برای سنتز یک ماده از چنین ترکیبی، حتی در حال حاضر، کار آسانی نیست، بنابراین، در عمل، از مخلوطی از 7-10٪ نیتروسلولز و 90-93٪ نیتروگلیسیرین استفاده شد. درصد نیتروژن حدود 13,7 درصد است که کمی بیشتر از پیروکلودیوم (12,4 درصد) است. عملیات به خصوص دشوار نیست، نیازی به استفاده از تجهیزات پیچیده (که در فاز مایع انجام می شود) نیست و در شرایط عادی ادامه می یابد.
در سال 1888، نوبل حق اختراع باروتی را دریافت کرد که از نیتروگلیسیرین و کولوکسیلین (فیبر کم نیترات) ساخته شده بود، به نام باروت بدون دود مانند پیروکسیلین. این ترکیب تاکنون تقریباً بدون تغییر با نام‌های فنی مختلفی استفاده شده است که معروف‌ترین آنها کوردیت و بالیسیت است. تفاوت اصلی در نسبت بین نیتروگلیسیرین و پیروکسیلین است (در کوردیت بیشتر است) [13].
این VV ها چگونه با یکدیگر ارتباط دارند؟ بیایید به جدول نگاه کنیم:
جدول 1
-------------------------------------------------- -------------------------------
VV ...... حساسیت .... انرژی ... سرعت ...... بریسنس ... انفجار قوی
.........(کیلوگرم / سانتی متر /٪ انفجار) .... انفجار .... انفجار
-------------------------------------------------- ------------------------------------
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
-------------------------------------------------- ------------------------------------
ویژگی‌های همه مواد منفجره کاملاً به هم نزدیک است، اما تفاوت در ویژگی‌های فیزیکی، زمینه‌های مختلف کاربرد آنها را دیکته می‌کند.
همانطور که قبلاً دیدیم، نه نیتروگلیسیرین و نه پیروکسیلین ارتش را با شخصیت خود راضی نکردند. دلیل پایداری کم این مواد، به نظر من، روی سطح است. هر دو ترکیب (یا سه - شمارش و دینیترواتیلن گلیکول) نمایندگان کلاس اترها هستند. و گروه استر به هیچ وجه یکی از رهبران مقاومت شیمیایی نیست. بلکه می توان آن را در بین خارجی ها یافت. گروه نیترو که حاوی نیتروژن در حالت اکسیداسیون نسبتاً عجیب +5 است نیز مدلی از پایداری نیست. همزیستی این عامل اکسید کننده قوی با یک عامل کاهنده خوب مانند گروه هیدروکسیل الکل ها به ناچار منجر به تعدادی عواقب منفی می شود که ناخوشایندترین آنها هوسبازی در کاربرد است.
چرا شیمیدانان و ارتش زمان زیادی را صرف آزمایش با آنها کردند؟ همانطور که می بینید، رشوه بسیار و بسیاری. نظامی - قدرت بیشتر و در دسترس بودن مواد خام، که کارایی رزمی ارتش را افزایش داد و آن را نسبت به تحویل در زمان جنگ بی‌حساس کرد. فناوران - شرایط سنتز ملایم (نیازی به استفاده از دماهای بالا و فشار بالا نیست) و راحتی فن آوری (علی رغم فرآیندهای چند مرحله ای، همه واکنش ها در یک حجم واکنش و بدون نیاز به جداسازی محصولات میانی انجام می شوند).
بازده عملی محصولات نیز بسیار بالا بود (جدول 2)، که نیاز فوری به جستجوی منابع مقدار زیادی اسید نیتریک ارزان نداشت (مسئله اسید سولفوریک خیلی زودتر حل شد).
جدول 2
-------------------------------------------------- ---------------------------------
BB ...... مصرف معرف در هر 1 کیلوگرم ..... تعداد مراحل .... تعداد محصولات عرضه شده
......... اسید نیتروژن..اسید سولفوریک
-------------------------------------------------- ---------------------------------
GN......10............23............3..... ........... ........یک
DNEG....16,5.................16,5..2......... ... ...........یک
NK........8,5،25............3............1... ........ ...........یک
-------------------------------------------------- ---------------------------------
هنگامی که هیپوستازهای جدید شیطان مواد منفجره وارد صحنه شد، وضعیت به طرز چشمگیری تغییر کرد: تری نیتروفنول و تری نیتروتولوئن.
(ادامه دارد)
اطلاعات