De fet, el dimoni està assegut als explosius, a punt en qualsevol moment per començar a destruir i trencar tot el que hi ha al voltant. Mantenir sota control aquesta criatura de l’infern i alliberar-la només quan sigui necessari és el principal problema que han de resoldre els químics i els pirotècnics a l’hora de crear i utilitzar explosius. En la història de la creació i desenvolupament d'explosius (explosius), com en una gota d'aigua, es mostra la història de l'aparició, desenvolupament i destrucció d'estats i imperis.
Preparant l’esquema de les lliçons, l’autor es va adonar reiteradament que els països els governants dels quals van prestar atenció al desenvolupament de les ciències i, sobretot, a la trinitat natural dels matemàtics (física - química) van assolir cims en el seu desenvolupament. Un exemple sorprenent pot ser el ràpid ascens a l'escena mundial d'Alemanya, que en mig segle va fer un salt d'una unió d'estats dispars, alguns dels quals fins i tot en un mapa detallat d'Europa eren difícils de veure sense un "abast petit", a un imperi que s’havia de tenir en compte durant un segle i mig. Sense disminuir els mèrits del gran Bismarck en aquest procés, citaré la seva frase, que va dir després del final victoriós de la guerra franco-prusiana: "Aquesta guerra la va guanyar un simple professor alemany". L’autor voldria dedicar la seva revisió a l’aspecte químic d’incrementar la capacitat de combat de l’exèrcit i l’estat, com sempre, sense pretendre en absolut ser exclusiu de la seva opinió.
En publicar l'article, l'autor, com Jules Verne, evita deliberadament especificar detalls tecnològics específics i centra la seva atenció en mètodes purament industrials d'obtenció d'explosius. Això es deu no només al sentit comprensible de la responsabilitat del científic pels resultats dels seus treballs (ja sigui pràctic o periodístic), sinó també al fet que l'objecte de l'estudi és la pregunta Per què tot era així i no d’una altra manera?”I no“Qui va ser el primer a obtenir-la? substància”.
A més, l’autor demana perdó als lectors per l’ús forçat de termes químics, atributs de la ciència (com demostra la seva pròpia experiència pedagògica, no la més estimada pels escolars). En adonar-se que és impossible escriure sobre productes químics sense esmentar termes químics, l’autor intentarà minimitzar el vocabulari especial.
I l’últim. Les xifres donades per l’autor no s’han de considerar de cap manera la veritat última. Les dades sobre les característiques dels explosius en diferents fonts difereixen i, de vegades, són força fortes. Això és comprensible: les característiques de les municions depenen molt significativament del seu tipus "comercialitzable", de la presència / absència de substàncies estranyes, de la introducció d'estabilitzadors, de modes de síntesi i de molts altres factors. Els mètodes per determinar les característiques dels explosius tampoc no es distingeixen per la uniformitat (encara que aquí hi haurà més estandardització) i tampoc no pateixen una reproducibilitat especial.
Classificació BB
Segons el tipus d’explosió i la sensibilitat a les influències externes, tots els explosius es divideixen en tres grups principals:
1. Iniciant BB.
2. Bombes explosives.
3. Llançar explosius.
Iniciant BB. Són molt sensibles a les influències externes. La resta de les seves característiques solen ser baixes. Però tenen una propietat valuosa: la seva explosió (detonació) té un efecte de detonació sobre la explosió i la propulsió d’explosius, que normalment no són sensibles a cap altre tipus d’influències externes ni tenen una sensibilitat molt baixa. Per tant, les substàncies iniciadores només s’utilitzen per excitar l’explosió d’explosius explosius o propulsors. Per garantir la seguretat de l’ús dels explosius inicials, s’envasen en dispositius de protecció (càpsula, funda de càpsula, tap de detonador, detonador elèctric, fusible). Representants típics de l'inici d'explosius: fulminat de mercuri, azida de plom, tenres (TNPC).
Explosius explosius. De fet, d'això diuen i escriuen. Equipen petxines, mines, bombes, coets, mines terrestres; volen ponts, cotxes, homes de negocis …
Els explosius explosius es divideixen en tres grups segons les seves característiques explosives:
- augment de la potència (representants: RDX, HMX, PETN, Tetril);
- potència normal (representants: TNT, melinina, plàstic);
- Potència reduïda (representants: nitrat d'amoni i les seves mescles).
Els explosius de potència augmentada són una mica més sensibles a les influències externes i, per tant, s’utilitzen més sovint en una barreja amb flegmatitzants (substàncies que redueixen la sensibilitat dels explosius) o en una barreja amb explosius de potència normal per augmentar la potència d’aquests últims. De vegades, s’utilitzen explosius d’alta potència com a detonadors intermedis.
Llançar explosius. Es tracta de diverses pólvores: piroxilina fumada negra, sense fum i nitroglicerina. També inclouen diverses mescles pirotècniques per a focs artificials, bengales de senyal i il·luminació, obús de bombes, mines i bombes aèries.
Sobre pols negra i Black Berthold
Durant diversos segles, l'únic tipus d'explosiu utilitzat pels humans va ser la pols negra. Amb la seva ajuda, es van llançar boles de canó contra l'enemic i se'n van omplir petxines explosives. La pólvora s’utilitzava en mines subterrànies per destruir les parets de les fortaleses, per aixafar roques.
A Europa es va conèixer des del segle XIII i fins i tot abans a la Xina, l’Índia i Bizanci. La primera descripció registrada de la pólvora per a focs artificials va ser descrita pel científic xinès Sun-Simyao el 682. Maximilià el Grec (segles XIII-XIV) al tractat "Llibre de les Llums" descrivia una barreja basada en nitrat de potassi, usada a Bizanci com a famós "foc grec" que consta de 60% de nitrat, 20% de sofre i 20% de carbó.
La història europea del descobriment de la pólvora comença amb un anglès, monjo franciscà Roger Bacon, que el 1242 al seu llibre "Liber de Nullitate Magiae" dóna una recepta de pols negra per a coets i focs artificials (40% salí, 30% carbó i 30 % de sofre) i el monjo semimític Berthold Schwartz (1351). Tot i això, és possible que es tractés d’una sola persona: l’ús de pseudònims a l’edat mitjana era força habitual, així com la confusió posterior amb la datació de fonts.
La simplicitat de la composició, la disponibilitat de dos dels tres components (el sofre autòcton encara no és estrany a les regions del sud d’Itàlia i Sicília), la facilitat de preparació, tot això va garantir a la pólvora una marxa triomfal pels països d’Europa i Àsia. L’únic problema era obtenir grans quantitats de nitrat de potassi, però es va fer front amb aquesta tasca. Atès que l'únic dipòsit conegut de nitrat de potassa en aquella època es trobava a l'Índia (d'aquí el seu segon nom - índia), la producció local es va establir a gairebé tots els països. Era impossible anomenar-lo agradable, fins i tot amb un sòlid optimisme: les matèries primeres per a ell eren fem, entranyes d’origen, orina i pèl d’animals. Els ingredients menys desagradables d’aquesta barreja que feia mal olor i estava molt brut, eren la llima i la potassa. Tota aquesta riquesa durant diversos mesos es va abocar a fosses, on va fermentar sota la influència dels azotobacteris. L’amoníac alliberat es va oxidar a nitrats, cosa que va donar en última instància el cobejat nitrat, que va ser aïllat i purificat per recristal·lització, una ocupació, també diré, que no és la més agradable. Com podeu veure, no hi ha res especialment complicat en el procés, les matèries primeres són bastant assequibles i la disponibilitat de pólvora també es va convertir aviat en universal.
La pólvora negra (o fumada) era un explosiu universal en aquella època. Ni vacil·lant ni rodant, durant molts anys es va fer servir tant com a projectil com a farciment de les primeres bombes: els prototips de munició moderna. Fins a finals del primer terç del segle XIX, la pólvora va satisfer plenament les necessitats de progrés. Però la ciència i la indústria no es van aturar i aviat van deixar de complir els requisits de l’època a causa de la seva poca capacitat. El final del monopoli de la pólvora es pot atribuir als anys 70 del segle XVII, quan A. Lavoisier i C. Berthollet van organitzar la producció de sal de berthollet a base de clorat de potassi descobert per Berthollet (sal de berthollet).
La història de la sal de Berthollet es remunta al moment en què Claude Berthollet va estudiar les propietats del clor descobertes recentment per Carl Scheele. En passar clor per una solució calenta concentrada d’hidròxid de potassi, Berthollet va obtenir una nova substància, més tard anomenada pels químics clorat de potassi, i no pels químics: la sal de Berthollet. Va passar el 1786. I tot i que la sal del diable no es va convertir mai en un nou explosiu, va complir el seu paper: en primer lloc, va servir d’incentiu per buscar nous substituts del decrèpit “déu de la guerra” i, en segon lloc, es va convertir en el fundador de nous tipus d’explosius: iniciadors.
Oli explosiu
I el 1846, els químics van proposar dos nous explosius: la piroxilina i la nitroglicerina. A Torí, el químic italià Ascagno Sobrero va descobrir que n'hi havia prou amb tractar la glicerina amb àcid nítric (nitració) per formar un líquid oliós transparent: la nitroglicerina. El primer informe imprès sobre ell es va publicar a la revista L'Institut (XV, 53) el 15 de febrer de 1847 i mereix alguna cita. La primera part diu:
“Ascagno Sobrero, professor de química tècnica de Torí, en una carta transmesa pel prof. Peluzom, informa que fa temps que ha rebut explosius per l’acció de l’àcid nítric sobre diverses substàncies orgàniques, com ara el sucre de canya, el becking, el dextrit, el sucre de la llet, etc. Sobrero també va estudiar l’efecte d’una barreja d’àcids nítric i sulfúric sobre la glicerina, i l'experiència li va demostrar que s'obté una substància similar al cotó que fa sonar …"
A més, hi ha una descripció de l’experiment de nitració, interessant només per als químics orgànics (i fins i tot només des d’un punt de vista històric), però només observarem una característica: els derivats nitro de la cel·lulosa, així com la seva capacitat d’explotar., ja eren força coneguts aleshores [11].
La nitroglicerina és un dels explosius explosius més potents i sensibles i requereix especial atenció i manipulació.
1. Sensibilitat: pot explotar en ser disparada per una bala. La sensibilitat a l’impacte amb un kettlebell de 10 kg va caure des d’una alçada de 25 cm - 100%. La combustió es converteix en detonació.
2. Energia de transformació explosiva: 5300 J / kg.
3. Velocitat de detonació: 6500 m / s.
4. Brisance: 15-18 mm.
5. Explosivitat: 360-400 metres cúbics. vegeu [6].
La possibilitat d’utilitzar nitroglicerina va ser demostrada pel famós químic rus N. N. Zinin, que el 1853-1855 durant la guerra de Crimea, juntament amb l’enginyer militar V. F. Petrushevsky, va produir una gran quantitat de nitroglicerina.
Professor de la Universitat de Kazan N. N. Zinin
Enginyer militar V. F. Petrushevsky
Però el dimoni que vivia en nitroglicerina va resultar ser cruel i rebel. Va resultar que la sensibilitat d'aquesta substància a les influències externes només és lleugerament inferior a la del mercuri explosiu. Pot explotar ja en el moment de la nitració, no es pot sacsejar, escalfar ni refredar ni exposar-se al sol. Pot explotar durant l’emmagatzematge. I si el cremeu amb un llumí, pot cremar amb molta calma …
I, tanmateix, la necessitat de poderosos explosius a mitjan segle XIX ja era tan gran que, malgrat nombrosos accidents, la nitroglicerina va començar a ser àmpliament utilitzada en les operacions de voladura.
Molts van intentar frenar el malvat diable, però la glòria del domador va ser per a Alfred Nobel. Els alts i baixos d’aquest camí, així com el destí dels ingressos per la venda d’aquesta substància, són àmpliament coneguts i l’autor considera que no és necessari entrar en els seus detalls.
En ser "espremut" als porus d'un farciment inert (i es van provar diverses desenes de substàncies com a tals, la millor de les quals era la terra infusòrica: silicat porós, el 90% del volum recau sobre els porus que poden absorbir amb avidesa la nitroglicerina), la nitroglicerina es va tornar molt més "complaent", mantenint amb ell gairebé tot el seu poder destructiu. Com ja sabeu, Nobel va donar a aquesta barreja, que sembla torba, el nom de "dinamita" (del mot grec "dinos" - força). La ironia del destí: un any després que Nobel rebés una patent per a la producció de dinamita, Petrushevsky barreja totalment de forma independent nitroglicerina amb magnesia i rep explosius, més tard anomenats "dinamita russa".
La nitroglicerina (més concretament, trinitrat de glicerina) és un èster complet de glicerina i àcid nítric. Normalment s’obté tractant la glicerina amb una barreja d’àcid sulfúric i nítric (en llenguatge químic - la reacció d’esterificació):
L'explosió de nitroglicerina s'acompanya de l'alliberament d'una gran quantitat de productes gasosos:
4 C3H5 (NO2) 3 = 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
L'esterificació es produeix de manera seqüencial en tres etapes: en la primera s'obté mononitrat de glicerol, en la segona - dinitrat de glicerol i en la tercera - trinitrat de glicerol. Per obtenir un rendiment més complet de nitroglicerina, es pren un excés d’un 20% d’àcid nítric superior a la quantitat teòricament necessària.
La nitració es va dur a terme en testos de porcellana o vasos de plom soldats en un bany d’aigua gelada. Es van obtenir uns 700 g de nitroglicerina en una sola tirada i durant una hora es van dur a terme aquestes operacions en 3-4.
Però les necessitats creixents han fet els seus propis ajustaments a la tecnologia per produir nitroglicerina. Amb el pas del temps (el 1882) es va desenvolupar una tecnologia per produir explosius en nitrants. En aquest cas, el procés es va dividir en dues etapes: en la primera fase, la glicerina es barrejava amb la meitat de la quantitat d’àcid sulfúric i, per tant, s’utilitzava la major part de la calor alliberada, després de la qual cosa es feia una barreja preparada d’àcids nítric i sulfúric. es va introduir al mateix vaixell. Així, es va poder evitar la principal dificultat: un excés de sobreescalfament de la barreja de reacció. L’agitació es realitza amb aire comprimit a una pressió de 4 atm. La productivitat del procés és de 100 kg de glicerina en 20 minuts a 10-12 graus.
A causa de la diferent gravetat específica de la nitroglicerina (1, 6) i l'àcid residual (1, 7), es recull des de dalt amb una interfície nítida. Després de la nitració, la nitroglicerina es renta amb aigua, després es renta amb residus àcids amb sosa i es torna a rentar amb aigua. La barreja en totes les etapes del procés es realitza amb aire comprimit. L'assecat es realitza per filtració a través d'una capa de sal de taula calcinada [9].
Com podeu veure, la reacció és bastant senzilla (recordeu l’onada de terrorisme de finals del segle XIX, plantejada pels “bombarders” que dominaven la ciència simple de la química aplicada) i pertany al nombre de “processos químics simples” (A. Stetbacher). Gairebé qualsevol quantitat de nitroglicerina es pot produir en les condicions més senzilles (fer pols negra no és molt més fàcil).
El consum de reactius és el següent: per obtenir 150 ml de nitroglicerina, cal prendre: 116 ml de glicerina; 1126 ml d’àcid sulfúric concentrat;
649 ml d'àcid nítric (concentració mínima del 62%).
Dinamita en guerra
La dinamita es va utilitzar per primera vegada a la guerra franco-prussiana de 1870-1871: els sabadors prussians van explotar les fortificacions franceses amb dinamita. Però la seguretat de la dinamita va resultar ser relativa. Els militars es van assabentar immediatament que, quan va disparar una bala, no esclata pitjor que el seu progenitor i, en determinats casos, la combustió es converteix en una explosió.
Però la temptació d’obtenir municions potents era irresistible. Mitjançant experiments bastant perillosos i complexos, es va poder esbrinar que la dinamita no detonaria si les càrregues augmenten no instantàniament, sinó gradualment, mantenint l’acceleració del projectil dins de límits segurs.
La solució del problema a nivell tècnic es va veure en l’ús d’aire comprimit. El juny de 1886, el tinent Edmund Ludwig G. Zelinsky del 5è Regiment d'Artilleria de l'Exèrcit dels Estats Units va provar i refinar el disseny original d'Enginyeria Americana. Un canó pneumàtic amb un calibre de 380 mm i una longitud de 15 m amb l’ajut d’aire comprimit a 140 atm podria llançar projectils amb una longitud de 3,35 m des de 227 kg de dinamita a 1800 mA de longitud de projectil d’1,83 m amb 51 kg de dinamita i tots els 5 mil m
La força motriu la proporcionaven dos cilindres d’aire comprimit i el superior estava connectat a l’eina mitjançant una mànega flexible. El segon cilindre era una reserva per alimentar el superior i la pressió en ell mateix es mantenia amb l’ajut d’una bomba de vapor enterrada al terra. El projectil carregat de dinamita tenia la forma d’un dard -una fletxa d’artilleria- i tenia una ogiva de 50 lliures.
El duc de Cambridge va ordenar a l'exèrcit que provés un d'aquests sistemes a Milford Haven, però l'arma va consumir gairebé tota la seva munició abans d'arribar definitivament a l'objectiu, que, però, va ser destruït de manera molt efectiva. Els almiralls nord-americans van quedar encantats amb el nou canó: el 1888 es van alliberar diners per fabricar 250 canons de dinamita per a artilleria costanera.
El 1885 Zelinsky va fundar la Pneumatic Gun Company per introduir armes pneumàtiques amb obús de dinamita a l'exèrcit i a la marina. Els seus experiments van portar a parlar de les armes aèries com una nova arma prometedora. La Marina dels Estats Units va construir fins i tot el creuer de dinamita Vesuvi de 944 tones el 1888, armat amb tres d’aquestes armes de 381 mm.
Esquema del creuer "dinamita" "Vesuvius"
[centre]
I és així com eren les seves armes estacionàries[/centre]
Però una cosa estranya: després d’uns anys, l’entusiasme va deixar pas a la decepció. "Durant la guerra hispanoamericana", van dir sobre això els artillers nord-americans, "aquestes armes no van arribar mai al lloc adequat". I tot i que no es tractava tant de les armes com de la capacitat dels artillers de disparar amb precisió i la rígida subjecció de les armes, aquest sistema no va rebre més desenvolupament.
El 1885, Holland va instal·lar el canó aeri de Zelinsky al seu submarí núm. 4. No obstant això, l'assumpte no va arribar a les seves proves pràctiques, tk. el vaixell va patir un greu accident durant el llançament.
El 1897, Holland va tornar a armar el seu submarí núm. 8 amb un nou canó Zelinsky. L’armament consistia en un tub de torpedes de proa de 18 polzades (457 mm) amb tres torpedes Whitehead, així com una pistola de popa Zelinsky per a bombes de dinamita (7 rondes de 100,7 kg de 222 lliures cadascuna). No obstant això, a causa del canó massa curt, limitat per la mida del vaixell, aquest canó tenia un abast de tir curt. Després d'un tir pràctic, l'inventor el va desmantellar el 1899.
En el futur, ni Holanda ni altres dissenyadors van instal·lar armes (aparells) per disparar mines de llançament i petxines de dinamita als seus submarins. Així, les armes de Zelinsky van sortir imperceptiblement de l'escenari [12].
Germà de la nitroglicerina
Des del punt de vista químic, la glicerina és el representant més senzill de la classe d’alcohols trihidrals. Hi ha el seu anàleg diatòmic: l’etilenglicol. No és d’estranyar que, després de conèixer la nitroglicerina, els químics es fixessin en l’etilenglicol amb l’esperança que fos més convenient utilitzar-lo.
Però també aquí el dimoni dels explosius va mostrar el seu caràcter capritxós. Les característiques del dinitroetilè glicol (aquest explosiu mai no va rebre el seu propi nom) no van resultar ser gaire diferents de la nitroglicerina:
1. Sensibilitat: detonació quan cau una càrrega de 2 kg des d’una alçada de 20 cm; sensible a la fricció, al foc.
2. Energia de transformació explosiva: 6900 J / kg.
3. Velocitat de detonació: 7200 m / s.
4. Brisance: 16,8 mm.
5. Alta explosivitat: 620-650 metres cúbics. cm.
Va ser obtingut per primera vegada per Henry el 1870. S'obté mitjançant una nitració acurada d'etilenglicol segons un procediment similar a la preparació de nitroglicerina (barreja nitrant: H2SO4 - 50%, HNO3 - 50%; relació - 1 a 5 respecte a glicol etilè).
El procés de nitració es pot dur a terme a una temperatura més baixa, la qual cosa és una predisposició a un rendiment superior [7, 8].
Tot i que, en general, la sensibilitat de DNEG va resultar ser una mica inferior a la de NG, el seu ús no prometia beneficis significatius. Si a això hi afegim una volatilitat més alta que la de NG i una menor disponibilitat de matèries primeres, queda clar que aquest camí tampoc no portava enlloc.
Tot i això, tampoc va resultar ser inútil. Al principi, es va utilitzar com a additiu per dinamitar, durant la Segona Guerra Mundial, a causa de la manca de glicerina, es va utilitzar com a substitut de la nitroglicerina en pols sense fum. Aquests pols tenien una vida útil curta a causa de la volatilitat del DNEG, però en condicions de guerra això no importava gaire: ningú els anava a emmagatzemar durant molt de temps.
Davantal de Christian Schönbein
No se sap quant de temps haurien passat els militars buscant maneres de calmar la nitroglicerina, si a finals del segle XIX no hagués arribat la tecnologia industrial per produir un altre nitroester. En resum, la història de la seva aparició és la següent [16].
El 1832, el químic francès Henri Braconneau va descobrir que quan el midó i les fibres de fusta eren tractades amb àcid nítric, es formava un material inestable, inflamable i explosiu, que va anomenar xiloidina. És cert que l'assumpte es limitava al missatge sobre aquest descobriment. Sis anys després, el 1838, un altre químic francès, Théophile-Jules Pelouse, va processar paper i cartró d’una manera similar i va produir un material similar, que va anomenar nitramidina. Qui ho hauria pensat aleshores, però la raó de la impossibilitat d’utilitzar nitramidina amb finalitats tècniques era precisament la seva baixa estabilitat.
El 1845, el químic suís Christian Friedrich Schönbein (que aleshores s’havia fet famós pel descobriment de l’ozó) realitzava experiments al seu laboratori. La seva dona li va prohibir estrictament que portés els matràss a la cuina, de manera que tenia pressa d'acabar l'experiment en absència d'ella i va vessar una mica de mescla càustica sobre la taula. En un esforç per evitar un escàndol, ell, segons les millors tradicions de precisió suïssa, el va netejar amb el seu davantal de treball, ja que no hi havia massa barreja. Després, també segons la tradició de frugalitat suïssa, va rentar el davantal amb aigua i el va penjar sobre el fogó per assecar-lo. Quant de temps o de curta va penjar allà, la història calla, però que després d’assecar el davantal va desaparèixer de sobte, se sap amb certesa. A més, va desaparèixer no tranquil·lament, en anglès, sinó en veu alta, fins i tot es podria dir encantador: en un instant i un fort cop d’explosió. Però això és el que va cridar l'atenció de Schönbein: l'explosió es va produir sense el més mínim fum de fum.
I encara que Schönbein no va ser el primer a descobrir la nitrocel·lulosa, va ser ell qui estava destinat a treure una conclusió sobre la importància del descobriment. En aquella època, s’utilitzava pols negra a l’artilleria, el sutge del qual embrutaven les armes que en els intervals entre trets s’havien de netejar i, després de les primeres volades, va sorgir una cortina de fum tan gran que van haver de lluitar gairebé a cegues. No cal dir que les bufades de fum negre indicaven perfectament la ubicació de les bateries. L’únic que va il·luminar la vida va ser comprendre que l’enemic es trobava en la mateixa posició. Per tant, els militars van reaccionar amb entusiasme a l'explosiu, que dóna molt menys fum i, a més, també és més potent que la pols negra.
La nitrocel·lulosa, mancada de les deficiències de la pols negra, va permetre establir la producció de pols sense fum. I, segons les tradicions d’aquella època, van decidir utilitzar-lo tant com a propulsor com com a explosiu. El 1885, després de nombrosos treballs experimentals, l'enginyer francès Paul Viel va rebre i provar diversos quilos de pols escamosa de piroxilina, anomenada pólvora "B": la primera pols sense fum. Les proves han demostrat els beneficis del nou propulsor.
No obstant això, no va ser fàcil establir la producció de grans quantitats de nitrocel·lulosa per a necessitats militars. La nitrocel·lulosa era massa impacient per esperar batalles i fàbriques, per regla general, volava a l’aire amb una envejable regularitat, com si competís amb la producció de nitroglicerina. El desenvolupament de la tecnologia per a la producció industrial de piroxilina va haver de superar obstacles com cap altre explosiu. Va passar un quart de segle sencer per dur a terme una sèrie de treballs d’investigadors de diferents països fins que aquest explosiu fibrós original es va fer adequat per a l’ús i fins que es van trobar nombrosos mitjans i mètodes que d’alguna manera es garantien contra una explosió durant l’emmagatzematge prolongat del producte. L'expressió "de qualsevol manera" no és un dispositiu literari, sinó un reflex de la dificultat que han trobat químics i tecnòlegs per definir criteris d'estabilitat. No hi va haver un judici ferm sobre els enfocaments per determinar els criteris d’estabilitat i, amb la nova expansió de l’àmbit d’ús d’aquest explosiu, les explosions constants van revelar característiques cada vegada més misterioses en el comportament d’aquest peculiar èter complex. No va ser fins al 1891 que James Dewar i Frederick Abel van aconseguir trobar una tecnologia segura.
La producció de piroxilina requereix un gran nombre de dispositius auxiliars i un llarg procés tecnològic, en el qual totes les operacions s’han de dur a terme amb la mateixa cura i exhaustivitat.
El producte inicial per a la producció de piroxilina és la cel·lulosa, el millor representant de la qual és el cotó. La cel·lulosa pura natural és un polímer format per residus de glucosa, que és un parent proper de midó: (C6H10O5) n. A més, els residus de les fàbriques de paper poden proporcionar excel·lents matèries primeres.
La nitració de les fibres es va dominar a escala industrial als anys 60 del segle XIX i es va dur a terme en testos de ceràmica amb una centrifugació posterior. Tanmateix, a finals de segle, aquest mètode primitiu va ser suplantat per la tecnologia nord-americana, tot i que durant la Primera Guerra Mundial es va reactivar pel seu baix cost i simplicitat (més precisament, el primitivisme).
El cotó refinat es carrega en un nitrador, s’afegeix una barreja nitrant (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, aigua - 7%) basada en 15 kg de fibra 900 kg de la barreja, cosa que dóna un rendiment de 25 kg de piroxilina.
Els nitradors estan connectats en bateries, compostes de quatre reactors i una centrífuga. Els nitradors es carreguen amb un interval de temps (aproximadament 40 minuts) igual al temps d’extracció, que garanteix la continuïtat del procés.
La piroxilina és una barreja de productes amb diferents graus de nitració de cel·lulosa. La piroxilina, obtinguda mitjançant l’ús d’àcid fosfòric en lloc d’àcid sulfúric, és altament estable, però aquesta tecnologia no va arrelar a causa del seu cost més alt i la seva productivitat menor.
La piroxilina premsada té la propietat d’auto-inflamar-se i s’ha d’humitejar. L’aigua que s’utilitza per rentar i estabilitzar la piroxilina no ha de contenir agents alcalins, ja que els productes de la destrucció alcalina són catalitzadors d’autoignició. L’assecat final amb el contingut d’humitat requerit s’aconsegueix rentant amb alcohol absolut.
Però la nitrocel·lulosa mullada tampoc no està lliure de problemes: és susceptible a la contaminació per microorganismes que causen floridura. Protegiu-lo encerant la superfície. El producte acabat tenia les següents característiques:
1. La sensibilitat de la piroxilina depèn molt de la humitat. Sec (3 - 5% d'humitat) s'encén fàcilment per una flama oberta o pel toc d'un metall calent, perforació, fricció. Explota quan cau una càrrega de 2 kg des d’una alçada de 10 cm. Quan la humitat augmenta, la sensibilitat disminueix i al 50% d’aigua, la capacitat de detonació desapareix.
2. Energia de transformació explosiva: 4200 MJ / kg.
3. Velocitat de detonació: 6300 m / s.
4. Brisance: 18 mm.
5. Alta explosivitat: 240 metres cúbics. cm.
I, malgrat les deficiències, la piroxilina químicament més estable s’adaptava més als militars que a la nitroglicerina i la dinamita, la seva sensibilitat es podria ajustar canviant el seu contingut d’humitat. Per tant, la piroxilina premsada va començar a trobar un ampli ús per equipar ogives de mines i petxines, però amb el pas del temps, aquest producte sense precedents va donar pas a derivats nitrats d’hidrocarburs aromàtics. La nitrocel·lulosa va romandre com a explosiu propulsor, però com a explosiu explosiu ha retrocedit per sempre al passat [9].
Gelatina volàtil i pólvora de nitroglicerina
"La pols negra … representa tots els avantatges d'una millora addicional, mitjançant l'estudi científic dels fenòmens invisibles que es produeixen durant la seva combustió. La pólvora sense fum és un nou vincle entre el poder dels països i el seu desenvolupament científic. Per aquest motiu, en ser un dels guerrers de la ciència russa, en la meva força i anys en declivi no goso analitzar les tasques de la pólvora sense fum …"
El lector, fins i tot una mica familiaritzat amb la història de la química, probablement ja ha endevinat de quines paraules es tracta: el brillant químic rus D. I. Mendeleev.
Mendeleev va dedicar molts esforços i atenció a la porroqueliia com a camp de coneixement químic en els darrers anys de la seva vida, el 1890-1897. Però, com sempre, la fase activa del desenvolupament va anar precedida d’un període de reflexió, acumulació i sistematització del coneixement.
Tot va començar amb el fet que el 1875 l’infatigable Alfred Nobel va fer un altre descobriment: una solució sòlida plàstica i elàstica de nitrocel·lulosa en nitroglicerina. Va combinar amb èxit forma sòlida, alta densitat, facilitat de modelat, energia concentrada i insensibilitat a la humitat atmosfèrica elevada. La gelea, completament cremada en diòxid de carboni, nitrogen i aigua, consistia en un 8% de dinitrocel·lulosa i un 92% de nitroglicerina.
A diferència del Nobel de tecnologia, D. I. Mendeleev va procedir d'un enfocament purament científic. A la base de la seva investigació, va plantejar una idea completament definida i estrictament fonamentada químicament: la substància necessària durant la combustió hauria d’emetre un màxim de productes gasosos per unitat de pes. Des del punt de vista químic, això significa que hi hauria d’haver prou oxigen en aquest compost per convertir completament el carboni en òxid gasós, l’hidrogen en aigua i la capacitat oxidant per proporcionar energia per a tot aquest procés. Un càlcul detallat va conduir a la fórmula de la composició següent: C30H38 (NO2) 12O25. Quan es crema, hauríeu d'obtenir el següent:
C30H38 (NO2) 12O25 = 30 CO + 19 H2O + 6 N2
No és una tasca fàcil dur a terme una reacció de síntesi específica d’una substància d’aquesta composició, fins i tot en l’actualitat, per tant, a la pràctica s’utilitzava una barreja de 7-10% de nitrocel·lulosa i 90-93% de nitroglicerina. El percentatge de contingut de nitrogen és d’aproximadament un 13,7%, cosa que supera lleugerament aquesta xifra de pirocòl·lodes (12,4%). L’operació no és particularment difícil, no requereix l’ús d’equips complexos (es realitza en fase líquida) i es produeix en condicions normals.
El 1888, Nobel va rebre una patent per a la pólvora fabricada amb nitroglicerina i coloxilina (fibra baixa en nitrats), anomenada pólvora sense fum de piroxilina. Aquesta composició pràcticament no ha canviat fins ara sota diversos noms tècnics, els més famosos dels quals són la cordita i la ballistita. La diferència principal radica en la proporció entre nitroglicerina i piroxilina (en cordita és més alta) [13].
Com es relacionen aquests explosius? Vegem la taula:
Taula 1.
BB …… Sensibilitat…. Energia… Velocitat …… Brisance… Alta explosivitat
……… (kg / cm /% d'explosions)….explosió….detonació
GN ……….2 / 4/100 ………… 5300 ……..6500 ………..15 - 18 ………. 360 - 400
DNEG …… 2/10/100 ………..6900 ……… 7200 ……….16, 8 …………… 620 - 650
NK ……… 25/02/10 ………… 4200 ……… 6300 ………..18 ……………. 240
Les característiques de tots els explosius són força similars, però la diferència de propietats físiques va dictar diferents nínxols de la seva aplicació.
Com ja hem vist, ni la nitroglicerina ni la piroxilina van agradar als militars amb el seu caràcter. A mi em sembla, la raó de la baixa estabilitat d’aquestes substàncies rau a la superfície. Ambdós compostos (o el comptador de tres i el dinitroetilenglicol) són representants de la classe dels èters. I el grup èster no és en cap cas un dels líders en resistència química. Més aviat, es pot trobar entre els forasters. El grup nitro, que conté nitrogen en un estat d’oxidació bastant estrany de +5, tampoc no és un model d’estabilitat. La simbiosi d’aquest fort agent oxidant amb un agent reductor tan bo com el grup hidroxil d’alcools provoca inevitablement una sèrie de conseqüències negatives, la més desagradable de les quals és la capriciositat en l’aplicació.
Per què els químics i els militars van passar tant de temps experimentant amb ells? Com sembla, molts i molts s’han guanyat. Els militars: l’elevat poder i disponibilitat de matèries primeres, que van augmentar l’eficàcia en combat de l’exèrcit i el van fer insensible al lliurament en temps de guerra. Tecnòlegs: condicions de síntesi suaus (no cal fer servir temperatures elevades i pressió elevada) i comoditat tecnològica (tot i els processos de diverses etapes, totes les reaccions es desenvolupen en un volum de reacció i sense la necessitat d’aïllar productes intermedis).
Els rendiments pràctics dels productes també eren força elevats (taula 2), cosa que no va causar la necessitat urgent de buscar fonts de grans quantitats d’àcid nítric barat (el problema de l’àcid sulfúric es va resoldre molt abans).
Taula 2.
BB …… Consum de reactius per 1 kg….. Número d’etapes…. Número de productes emesos
……… Àcid nítric.. Àcid sulfúric
GN …….10 ……………..23 ……………..3 …………………… 1
DNEG….16, 5 …………..16, 5 …………… 2 …………………… 1
NK ……..8, 5 …………… 25 ……………..3 …………………… 1
La situació va canviar dràsticament quan van aparèixer en escena noves encarnacions del dimoni dels explosius: el trinitrofenol i el trinitrotoluen.
(Continuarà)
