Взрывчатые вещества

Взрывчатые вещества (ВВ) — это химические соединения или смеси веществ, способные под воздействием внешнего импульса (нагрева, удара, трения, детонации) к быстрой самораспространяющейся химической реакции с выделением большого количества тепла и газообразных продуктов. В результате образуется зона высокого давления — ударная волна, способная совершать механическую работу по разрушению, перемещению или метанию окружающих объектов. Взрывчатые вещества относятся к классам химических соединений с высокой энергоёмкостью и нестабильностью молекулярной структуры.

История

Первым известным взрывчатым веществом был чёрный (дымный) порох, изобретённый в Китае примерно в IX веке. Он представлял собой смесь селитры, серы и угля. В Европе рецептура пороха стала известна в XIII веке благодаря трудам Роджера Бэкона и Бертольда Шварца. До середины XIX века чёрный порох оставался единственным промышленно используемым взрывчатым веществом.

В 1846 году итальянский химик Асканио Собреро синтезировал нитроглицерин — маслянистую жидкость, обладающую чрезвычайно высокой чувствительностью к удару. В 1867 году Альфред Нобель разработал способ стабилизации нитроглицерина путём смешивания его с кизельгуром (диатомитом), получив динамит. В том же году Нобель запатентовал капсюль-детонатор с гремучей ртутью, что позволило надёжно инициировать взрыв.

В 1863 году немецкий химик Юлиус Вильбранд впервые получил тринитротолуол (тротил, ТНТ). Его промышленное производство началось в 1891 году, а к Первой мировой войне тротил стал основным бризантным взрывчатым веществом в армиях мира благодаря низкой чувствительности и стабильности.

В 1940-х годах в США и СССР были разработаны гексоген (RDX) и октоген (HMX) — высокоэнергетические нитрамины, превосходящие тротил по мощности. В середине XX века началось применение аммиачной селитры в смесях с горючими компонентами (аммоналы, аммониты), что удешевило взрывные работы в горном деле.

Классификация

Взрывчатые вещества классифицируются по нескольким признакам: составу, условиям применения, чувствительности и характеру действия.

По составу

• Индивидуальные химические соединения — вещества, молекулы которых содержат энергоёмкие группы (нитро-, нитраминные, азидные). Примеры: тротил, гексоген, нитроглицерин, пикриновая кислота.
• Смесевые взрывчатые вещества — механические смеси окислителя (обычно нитраты, хлораты) и горючего (углеводороды, алюминий, сера). Примеры: чёрный порох, аммониты, динамиты, алюмотол.

По условиям применения

• Промышленные взрывчатые вещества — предназначены для горных работ, строительства, сейсморазведки. Должны быть безопасны в обращении, иметь низкую чувствительность к механическим воздействиям. Примеры: аммонит №6ЖВ, граммонит, эмульсионные ВВ.
• Боевые взрывчатые вещества — используются в военном деле для снаряжения боеприпасов (снарядов, мин, ракет, бомб). Отличаются высокой мощностью, стабильностью при хранении, стойкостью к внешним воздействиям. Примеры: тротил, гексоген, октоген, ТЭН (тетранитропентаэритрит).
• Специальные взрывчатые вещества — применяются в пиротехнике, фейерверках, аварийно-спасательных инструментах (например, в газогенераторах подушек безопасности).

По чувствительности

• Первичные (инициирующие) взрывчатые вещества — чрезвычайно чувствительны к удару, трению, нагреву; используются для возбуждения детонации в основных зарядах. Примеры: гремучая ртуть, азид свинца, стифнат свинца, тетразен.
• Вторичные (бризантные) взрывчатые вещества — менее чувствительны, детонируют только при мощном импульсе (от капсюля-детонатора). Основной класс боевых и промышленных ВВ. Примеры: тротил, гексоген, октоген, аммониты.
• Метательные взрывчатые вещества (пороха) — горят параллельными слоями, не переходя в детонацию в нормальных условиях. Используются в огнестрельном оружии и ракетных двигателях. Примеры: нитроцеллюлозные пороха, баллиститные пороха.

По характеру действия

• Бризантные (дробящие) — обладают высокой скоростью детонации (свыше 4000 м/с) и создают мощную ударную волну, разрушающую материал на мелкие фрагменты. Используются для снаряжения боеприпасов и дробления твёрдых пород.
• Фугасные (метательные) — имеют меньшую скорость детонации (2000–4000 м/с), но выделяют большой объём газов, создающих эффект вытеснения и опрокидывания. Применяются в инженерных зарядах, для валки деревьев, рыхления грунта.
• Пиротехнические — горят с образованием света, тепла, дыма или звука; детонация нехарактерна. Используются в сигнальных, осветительных, зажигательных составах.

Физико-химические основы

Взрывчатые вещества содержат в своей молекулярной структуре энергоёмкие функциональные группы: нитрогруппы (-NO₂), нитраминогруппы (-N-NO₂), азидогруппы (-N₃), перхлоратные группы (-ClO₄). При инициировании происходит быстрая экзотермическая реакция разложения, при которой разрываются химические связи и образуются стабильные продукты (CO₂, H₂O, N₂, CO, C). Скорость реакции может достигать 8000–9000 м/с, что приводит к образованию ударной волны.

Основные характеристики взрывчатых веществ:

• Теплота взрыва — количество тепла, выделяемое при взрыве 1 кг ВВ (от 1 до 7 МДж/кг).
• Скорость детонации — скорость распространения ударной волны по заряду (от 2000 до 9000 м/с).
• Бризантность — способность дробить среду (определяется методом Гесса или пробивной способностью).
• Фугасность — способность производить общее разрушение (определяется объёмом газов и работой расширения).
• Чувствительность — минимальный импульс, необходимый для возбуждения детонации (удар, нагрев, трение, электрическая искра).

Применение

Промышленность

В горнодобывающей промышленности взрывчатые вещества используются для отбойки руды, проходки шахт и карьеров. В строительстве — для рыхления мёрзлых грунтов, сноса зданий, прокладки тоннелей. В сейсморазведке — для создания упругих волн, исследующих геологические структуры. Промышленные взрывчатые вещества составляют около 80% мирового потребления ВВ.

Военное дело

Боевые взрывчатые вещества применяются для снаряжения артиллерийских снарядов, авиационных бомб, мин, торпед, ракетных боеголовок. В инженерных войсках — для устройства заграждений, проделывания проходов в минных полях, разрушения укреплений. Взрывчатые вещества также используются в качестве компонентов твёрдого ракетного топлива (метательные ВВ).

Аварийно-спасательные работы

Взрывчатые вещества применяются для быстрого разрушения конструкций при разборе завалов, создания противопожарных разрывов, вскрытия бронированных дверей. Специальные газогенераторы на основе ВВ используются в автомобильных подушках безопасности.

Безопасность и законодательство

В Российской Федерации обращение с взрывчатыми веществами регулируется Федеральным законом № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» и постановлением Правительства № 492 «О лицензировании деятельности по обращению с взрывчатыми материалами промышленного назначения». Запрещено свободное приобретение, хранение, перевозка и использование взрывчатых веществ без соответствующей лицензии. Нарушение этих правил влечёт уголовную ответственность по ст. 222–223 УК РФ.

Взрывчатые вещества относятся к опасным грузам класса 1 по классификации ООН. При работе с ними обязательны средства индивидуальной защиты, соблюдение норм складирования (температура, влажность, удаление от источников тепла), регулярная проверка состояния зарядов и средств инициирования.

Интересные факты

• Крупнейший неядерный взрыв в истории — взрыв в порту Галифакса (1917 год), когда столкнулись суда с тротилом и пикриновой кислотой. Мощность взрыва оценивается в 2,9 килотонны тротилового эквивалента.
• Тротил (ТНТ) используется как эталон для измерения мощности ядерных взрывов (тротиловый эквивалент).
• Аммиачная селитра (нитрат аммония) сама по себе не является взрывчатым веществом, но при смешивании с дизельным топливом (ANFO) образует мощное промышленное ВВ, широко применяемое в горном деле.
• Гексоген (RDX) был впервые синтезирован в 1899 году как лекарственное средство, но его взрывчатые свойства были открыты позже.

Источники

• Орлова Е. Ю. «Химия и технология взрывчатых веществ». — М.: Химия, 1973.
• Фёдоров А. В. «Взрывчатые вещества: свойства, применение, безопасность». — СПб.: Политехника, 2005.
• ГОСТ Р 52035-2003 «Взрывчатые вещества промышленные. Общие технические требования».
• Федеральный закон № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».
• Постановление Правительства РФ № 492 «О лицензировании деятельности по обращению с взрывчатыми материалами промышленного назначения».