Історія у тротиловому еквіваленті: еволюція вибухівки

Протягом майже всієї історії цивілізації люди шукали найефектніші вибухові речовини — щоб їх використовувати не лише у військових, а й у мирних цілях (у виробництві, будівництві та для розваги). Знаменитий автор спецефектів до багатьох фільмів та «руйнівник легенд» Адам Севідж, зрозуміло, теж не зміг обійти цю тему.

У своєму новому телевізійному проекті «Дикі експерименти Адама Севіджа», який йде на Discovery Channel у вівторок о 22:00 Адам збирає всілякі пристрої від машин з «Божевільного Максу» до гармати, що стріляє хот-догами, і домагається їхньої працездатності, а один з випусків програми буде присвячено нітрогліцерину. Разом із Олександром Івановим, молодшим науковим співробітником Фізтеху УрФУ, автором проекту «Хімія – Просто», ми вирішили розібратися в історії вибухівки та еволюції цих гримучих сумішей.

Грецький вогонь

Однією з перших горючих сумішей, яку відкрило собі людство, став грецький вогонь. В історіографії його винахід відносять до середини VІІ століття нашої ери, а батьківщиною називають Візантію. Передбачається, що це була суміш смоли, сірки, мабуть, сирої нафти та інших горючих та липких речовин. Ця суміш поміщалася у глиняний горщик, підпалювалася та закидалася на ворожий корабель. Там вона розтікалася і знищувала судно: загасити таке не уявлялося можливим, тому для корабля найчастіше подібні атаки ставали фатальними. .Строго кажучи, грецький вогонь не можна зарахувати до вибухівки, оскільки, висловлюючись сучасною мовою, це був своєрідний коктейль Молотова, а вибухівка — те, що вміє детонувати. Однак у реаліях раннього середньовіччя запальна суміш, здатна вибухати при зіткненні з іншими об'єктами, могла бути віднесена до перших спроб людства винайти вибухівку.

Найпотужніші вибухові неядерні речовини: гексоген, ТЕН та «китайський руйнівник»

З того часу, як винайшли порох, не припиняються світові перегони за найпотужнішу вибухівку. В основному вибухові речовини складаються з хімічних сполук або сумішей горючих і кисневмісних речовин. Більшість останніх є нітрити, нітрати, нітро- або нітрозосполуки, хлорати або перхлорати. При певних впливах - чи то механічна напруга (удар, тертя), теплова напруга (іскра, полум'я, предмети, що світяться) або детонація - горючий компонент окислюється, і, тим самим, дуже швидко виділяються тепло і горючі гази. Незважаючи на появу ядерної зброї, вибухові речовини все ще використовуються як у мирних, так і військових, і навіть терористичних цілях. «Хайтек» розібрався, що собою представляє вибухівка сьогодні і чим нам це загрожує.

Читайте «Хайтек» у

Ядерне століття не відібрало у хімічних вибухових речовин пальми першості за частотою використання, широтою застосування — від армії до видобутку нафти, а також зручністю зберігання та транспортування. Їх можна перевозити у пластикових пакетах, ховати у звичайні комп'ютери і навіть закопувати просто в землю без будь-якої упаковки з гарантією того, що детонація таки відбудеться.На жаль, досі більшість армій на Землі використовує вибухові речовини проти людини, а терористичні організації — для ударів проти держави. Тим не менш, джерелом та замовником хімічних розробок залишаються міністерства оборони.

Гексоген

Гексоген - це бризантна вибухова речовина на основі нітраміну. Його нормальний агрегатний стан — дрібнокристалічна речовина білого кольору без смаку та запаху. У воді не розчиняється, негігроскопічний та неагресивний. Гексоген не вступає у хімічну реакцію з металами та погано пресується. Для вибуху гексогену достатньо одного сильного удару чи прострілу кулею, у разі він починає горіти білим яскравим полум'ям з характерним шипінням. Горіння перетворюється на детонацію. Друга назва гексогену – RDX, Research Department eXplosive – вибухівка відділу досліджень.

Бризантні вибухові речовини — це такі речовини, у яких швидкість вибухового розкладання досить велика і досягає декількох тисяч метрів в секунду (до 9 тис. м/с), внаслідок чого вони мають здатність, що дробить розкол. Переважним видом вибухових перетворень є детонація. Вони широко застосовуються для спорядження снарядів, мін, торпед та різних підривних засобів.

Гексоген одержують шляхом нітролізу гексаміну азотною кислотою. В ході отримання гексогену методом Бахмана гексамін реагує з азотною кислотою, нітратом амонію, крижаною оцтовою кислотою та оцтовим ангідридом. Сировина складається з гексаміну та 98-99-відсоткової азотної кислоти. Однак ця складна екзотермічна реакція не повністю контрольована, тому кінцевий результат не завжди передбачуваний.

Виробництво гексогену досягло піку у 1960-х роках, коли воно було третім за обсягом виробництва вибухових речовин у США. Середній обсяг виробництва гексогену з 1969 до 1971 року становив близько 7 т на місяць.

Поточне виробництво гексогену США обмежено військовим використанням на Військовому заводі з виробництва боєприпасів Holston в Кінгспорті, штат Теннессі. У 2006 році на заводі армійських боєприпасів у Холстоні було вироблено понад 3 т гексогену.

RDX має як військове, і цивільне застосування. В якості військової вибухової речовини гексоген може використовуватися окремо як основний заряд для детонаторів або суміші з іншою вибуховою речовиною, таким як тротил, з утворенням циклотолів, які створюють вибуховий заряд для повітряних бомб, мін і торпед. Гексоген у півтора рази потужніший за тротил, і його легко активувати за допомогою фульмінату ртуті. Звичайне військове застосування гексогену - як інгредієнт вибухових речовин на пластидовій зв'язці, які використовувалися для заповнення багатьох типів боєприпасів.

У минулому побічні продукти військових вибухових речовин, як гексоген, відкрито спалювалися на багатьох армійських заводах з виробництва боєприпасів. Існують письмові підтвердження того, що до 80% відходів боєприпасів та ракетного палива за останні 50 років було утилізовано саме так. Основним недоліком цього способу вважається те, що вибухові забруднювачі часто потрапляють у повітря, воду та ґрунт. Боєприпаси з RDX також утилізувалися раніше шляхом скидання в глибинні морські води.

Октоген

Октоген - теж бризантна вибухова речовина, але вона вже відноситься до групи вибухових речовин підвищеної потужності.За американською номенклатурою позначається як HMX. Існує багато здогадів щодо того, що означає абревіатура: High Melting eXplosive - вибухівка високого плавлення, або High-Speed ​​Military eXplosive - високошвидкісна військова вибухова речовина. Але записів, що підтверджують ці здогади, немає. Це могло бути просто кодове слово.

Спочатку, в 1941 році, октоген був просто побічним продуктом при виробництві гексогену методом Бахмана. Вміст октогену у такому гексогені досягає 10%. Незначні кількості октогену присутні також у гексогені, отриманому окислювальним способом.

У 1961 році канадський хімік Жан-Поль Пікард запатентував метод отримання октогену безпосередньо з гексаметилентетраміну. Новий метод дозволяв отримувати вибухову речовину з концентрацією 85% із чистотою понад 90%. Недолік методу Пікарда у тому, що це багатоступінчастий процес — він займає досить тривалий час.

1964 року індійські хіміки розробили одностадійний процес, тим самим значно знизивши вартість октогену.

Октоген, своєю чергою, більш стабільний, ніж гексоген. Він займається при вищій температурі — 335 °C замість 260 °С — і має хімічну стабільність тротилу або пікринової кислоти, до того ж у нього більш висока швидкість детонації.

HMX використовується там, де його висока потужність перевищує витрати на його придбання близько $100 за кілограм. Наприклад, у ракетних боєголовках менший заряд потужнішої вибухової речовини дозволяє ракеті рухатися швидше або мати більшу дальність польоту.Він також використовується в кумулятивних зарядах для пробивання броні та подолання загороджень з оборонних споруд, де менш потужна вибухова речовина може не впоратися. Октоген як бризантних зарядів найбільш широко застосовується при проведенні вибухових робіт в особливо глибоких нафтових свердловинах, де є високі температури та тиск.

У Росії її октоген застосовують для проведення прострілочно-вибухових робіт у глибинних свердловинах. Його використовують при виготовленні термостійкого пороху та в термостійких електродетонаторах ТЕД-200. Октоген використовують також для спорядження детонуючого шнура ДШТ-200.

Транспортують октоген у водонепроникних мішках (гумових, прогумованих або пластикових) у формі пастоподібної суміші або в брикетах, що містять не менше 10% рідини, що складається з 40% (вагових) ізопропілового спирту та 60% води.

Суміш октогену з тротилом (30 на 70% або 25 на 75%) називається октол. Інша суміш, звана окфол, що є однорідним розсипчастим порошком від рожевого до малинового кольору, на 95% складається з октогену, десенсибілізованого на 5% пластифікатором, це впливає на те, що швидкість детонації падає до 8 670 м/с.

Тверді десенсибілізовані вибухові речовини змочені водою чи спиртами або розбавлені іншими речовинами придушення їх вибухових властивостей.

Рідкі вибухові речовини десенсибілізовані розчинені або суспендовані у воді або інших рідких речовинах для утворення однорідної рідкої суміші з метою придушення їх вибухових властивостей.

Гідразин та астроліт

Гідразин та його похідні надзвичайно токсичні по відношенню до різних видів тварин та рослинних організмів. Отримати гідразин можна внаслідок реакції розчину аміаку з гіпохлоритом натрію. Розчин гіпохлориту натрію більше відомий як білизна. Розведені розчини сульфату гідразину згубно діють на насіння, морські водорості, одноклітинні та найпростіші організми. У ссавців гідразин викликає судоми. У тваринний організм гідразин та його похідні можуть проникати будь-якими шляхами: при вдиханні парів продукту, через шкіру та травний тракт. Для людини ступінь токсичності гідразину не визначено. Особливо небезпечно те, що характерний запах ряду гідразинових відчувається лише в перші хвилини контакту з ними. Надалі внаслідок адаптації органів нюху це відчуття зникає і людина, не помічаючи того, може тривалий час перебувати у зараженій атмосфері, що містить токсичні концентрації цієї речовини.

Винайдений у 1960-х роках хіміком Джеральдом Херстом у компанії «Атлас Паудер» астроліт є сімейством бінарних вибухових речовин у рідкому стані, які утворюються при змішуванні нітрату амонію і безводного гідразину (ракетного палива). Прозора рідка вибухівка під назвою Астроліт G має дуже високу швидкість детонації - 8600 м/с, майже вдвічі більше, ніж у тротилу. Крім того, він залишається вибухонебезпечним за практично будь-яких погодних умов, оскільки добре абсорбується у землі. Польові випробування показали, що Астроліт G детонував навіть після того, як чотири доби перебував у ґрунті під зливою.

Тетранітропентаеритрит

Тетранітрат пентаеритриту (PETN, ТЕН) - це нітратний ефір пентаеритриту, що використовується як енергетичний і наповнювальний матеріал для військових і цивільних цілей. Речовина виробляється у вигляді білого порошку і є компонентом пластичних вибухових речовин. Він широко використовується повстанськими загонами і, ймовірно, був обраний ними, тому що його дуже легко активувати.

ТЕН зберігає свої властивості при зберіганні довше, ніж нітрогліцерин та нітроцелюлоза. У той самий час він легко вибухає при механічному ударі певної сили. Був уперше синтезований як комерційний вибуховий пристрій після Першої світової війни. Він був оцінений як у військових, так і у цивільних фахівців, перш за все, за його руйнівну силу та ефективність. Його закладають у детонатори, вибухові ковпачки та підривники для поширення серії детонацій від одного заряду вибухової речовини до іншої. Суміш приблизно рівних часток ТЕНу і тринітротолуолу (ТНТ) створює потужну військову вибухівку, яка називається пентолітом, яка використовується в гранатах, артилерійських снарядах та боєголовках з кумулятивним зарядом. Перші заряди пентоліту випустили зі старої протитанкової зброї типу базуки під час Другої світової війни.

Вибух пентоліту у Боготі

17 січня 2019 року в столиці Колумбії, Боготі, позашляховик, начинений 80 кг пентоліту, врізався в один із корпусів кадетської школи поліції «Генерал Сантандер» та вибухнув. Від вибуху загинула 21 особа, постраждалих, за офіційними даними, було 87. Події були кваліфіковані як терористичний акт, оскільки машиною керував колишній підривник повстанської армії Колумбії, 56-річний Хосе Альдемар Рохас.Влада Колумбії поклала відповідальність за вибух у Боготі на ліворадикальну організацію, з якою вони безуспішно ведуть переговори останні десять років.

ТЕН часто використовують у терористичних актах через його вибухову силу, можливості поміщати в незвичайні упаковки та складності виявлення за допомогою рентгенівського та іншого звичайного обладнання. Електрично активований детонатор ударного типу можна виявити за звичайного огляду в аеропорту, якщо його перевозити на тілах смертників, але він може бути ефективно прихований в електронному приладі у вигляді пакетної бомби, як це сталося при спробі вибуху вантажного літака в 2010 році. Тоді комп'ютерні принтери з картриджами, наповненими ТЕН, перехопили органи безпеки лише тому, що спецслужби завдяки інформаторам уже знали про бомби.

Пластичні вибухові речовини - суміші, які легко деформуються навіть від незначних зусиль та зберігають надану їм форму необмежений час в умовах експлуатаційних температур.

Вони активно застосовуються у підривній справі для виготовлення зарядів будь-якої заданої форми безпосередньо на місці проведення підривних робіт. Пластифікаторами виступають каучуки, мінеральні та рослинні олії, смоли. Вибуховими компонентами є гексоген, октоген, тетранітрат пентаеритриту. Пластифікація вибухової речовини може бути зроблена шляхом введення до його складу сумішей нітратів целюлози та речовин, що пластифікують нітрати целюлози.

Трициклічна сечовина

У 80-х роках минулого століття було синтезовано речовину трициклічна сечовина. Вважається, що першими, хто одержав цю вибухівку, були китайці. Тести показали величезну руйнівну силу сечовини – один її кілограм заміняв 22 кг тротилу.

Експерти погоджуються з такими висновками, оскільки «китайський руйнівник» має найбільшу щільність із усіх відомих вибухових речовин і при цьому має максимальний кисневий коефіцієнт. Тобто під час вибуху спалюється абсолютно весь матеріал. До речі, у тротилу він дорівнює 0,74.

Насправді трициклічна сечовина не годиться для військових дій, насамперед через погану гідролітичну стійкість. Вже наступного дня при стандартному зберіганні вона перетворюється на слиз. Втім, китайцям вдалося отримати іншу «сечовину» — динітросечовину, яка хоч і гірша за фугасністю, ніж «руйнівник», але теж належить до однієї з найпотужніших вибухових речовин. Сьогодні його випускають американці на своїх трьох пілотних установках.

Ідеальна вибухова речовина – це баланс між максимальною вибуховою силою та максимальною стабільністю при зберіганні та транспортуванні. Та ще й максимальна щільність хімічної енергії, невисока вартість у виробництві та, бажано, екологічна безпека. Домогтися всього цього нелегко, тому для розробок у цій галузі зазвичай беруть формули, що вже зарекомендували себе, і намагаються поліпшити одну з потрібних характеристик без шкоди для інших. Цілком нові сполуки з'являються дуже рідко.