Al preparar el bosquejo de las lecciones, el autor señaló repetidamente que los países cuyos gobernantes prestaron una atención atenta al desarrollo de las ciencias y, sobre todo, a la trinidad natural de las matemáticas (física, química) alcanzaron cumbres en su desarrollo. Un ejemplo vívido es el rápido ascenso en el escenario mundial de Alemania, que en medio siglo dio un salto desde la unión de estados dispares, algunos de los cuales, incluso en un mapa detallado de Europa, no se podían ver sin un alcance a pequeña escala, a un imperio que había que contar durante más de un siglo y medio. Sin disminuir el mérito del gran Bismarck en este proceso, citaré la frase que dijo después de la conclusión victoriosa de la guerra franco-prusiana: "Un simple maestro alemán ganó esta guerra". Al autor le gustaría dedicar su revisión al aspecto químico de mejorar la efectividad de combate del ejército y el estado, como siempre, sin pretender la exclusividad de su opinión.
Al publicar el artículo, el autor deliberadamente, como Jules Verne, evita especificar detalles tecnológicos específicos y se enfoca en métodos puramente industriales para obtener explosivos. Esto está relacionado no solo con el comprensible sentido de responsabilidad del científico por los resultados de sus trabajos (ya sean prácticos o periodísticos), sino también porque el tema de la investigación es la pregunta "por qué fue así y no de otra manera" y no "quién lo obtuvo primero". sustancia ".
Además, el autor se disculpa con los lectores por el uso forzado de términos químicos, atributos de la ciencia (como lo demuestra su propia experiencia de enseñanza, no la más querida por los escolares). Al darse cuenta de que es imposible escribir sobre productos químicos, sin mencionar los términos químicos, el autor intentará minimizar el vocabulario específico.
Y el último. Las cifras citadas por el autor no deben considerarse la verdad última. Los datos sobre las características de los explosivos en diferentes fuentes son diferentes y, a veces, bastante sólidos. Esto es comprensible: las características de las municiones dependen en gran medida de su tipo "comercial", la presencia / ausencia de sustancias extrañas, la introducción de estabilizadores, los modos de síntesis y muchos otros factores. Los métodos para determinar las características de los explosivos tampoco difieren en uniformidad (aunque habrá más estandarización aquí) y tampoco tienen una reproducibilidad especial.
Clasificación BB
Según el tipo de explosión y la sensibilidad a las influencias externas, todos los explosivos se dividen en tres grupos principales:
1. Iniciando BB.
2. Explosivos explosivos.
3. Lanzar explosivos.
Iniciando BB. Son muy sensibles a las influencias externas. Las características restantes de los mismos suelen ser bajas. Pero tienen una propiedad valiosa: su explosión (detonación) tiene un efecto de detonación en los explosivos de voladura y propulsión, que generalmente no son sensibles a otros tipos de influencias externas o tienen una sensibilidad muy baja. Por lo tanto, las sustancias iniciadoras se usan solo para iniciar una explosión de explosiones explosivas o de propulsión. Para garantizar la seguridad de iniciar explosivos, se embalan en dispositivos de protección (cápsula, funda de cápsula, cápsula de detonador, detonador eléctrico, fusible). Los representantes típicos de los explosivos iniciadores son: mercurio explosivo, azida de plomo, teneres (TNRS).
Explosivos explosivos. Esto, de hecho, es lo que dicen y escriben. Equipan conchas, minas, bombas, cohetes, minas terrestres; Volan puentes, autos, hombres de negocios ...
Los explosivos explosivos según sus características explosivas se dividen en tres grupos:
- aumento de potencia (representantes: RDX, HKT, diez, tetril);
- potencia normal (representantes: TNT, Melinit, plasticite);
- Potencia reducida (representantes: nitrato de amonio y sus mezclas).
Los explosivos de mayor potencia son algo más sensibles a las influencias externas y, por lo tanto, se usan más a menudo en una mezcla con flegmatizadores (sustancias que disminuyen la sensibilidad de los explosivos) o se mezclan con explosivos de potencia normal para aumentar la potencia de estos últimos. A veces se utilizan explosivos de alta potencia como detonadores intermedios.
Lanzar explosivos. Estos son varios tipos de pólvora: humo negro, piroxilina sin humo y nitroglicerina. También incluyen varias mezclas pirotécnicas para fuegos artificiales, cohetes de señalización e iluminación, proyectiles de iluminación, minas y bombas aéreas.
Sobre polvo negro y berthold negro
Durante varios siglos, el único tipo de explosivo utilizado por el hombre fue el polvo negro. Con él, lanzaron núcleos al enemigo desde los cañones, llenando con ellos explosivos. La pólvora se usaba en minas subterráneas para destruir los muros de las fortalezas, para triturar rocas.
En Europa, se hizo conocido desde el siglo XIII, y en China, India y Bizancio incluso antes. La primera descripción registrada de pólvora para fuegos artificiales fue descrita por el científico chino Sun-Shymyao en 682, Maximilian Grek (siglos XIII-XIV) en su tratado "Libro de luces" describió una mezcla a base de nitrato de potasio usada en Bizancio como el famoso "fuego griego" y consistente de 60% salitre, 20% azufre y 20% carbón.
La historia europea del descubrimiento de la pólvora comienza con un inglés, un monje franciscano Roger Bacon, quien en el año 1242 en su libro Liber de Nullitate Magiae ofrece una receta de polvo negro para cohetes y fuegos artificiales (salmón 40%, 30% carbón y 30% azufre) y el semi-mítico monje Burt. Schwarz (año 1351). Sin embargo, es posible que se tratara de una sola persona: el uso de seudónimos en la Edad Media era bastante común, al igual que la confusión posterior con la datación de las fuentes.La simplicidad de la composición, la disponibilidad de dos de los tres componentes (azufre nativo y ahora no infrecuente en el sur de Italia y Sicilia), la facilidad de preparación, todo esto garantizó una procesión triunfal en polvo en Europa y Asia. El único problema fue obtener grandes cantidades de nitrato de potasio, pero lograron hacer frente a esta tarea. Dado que el único depósito conocido de nitrato de potasio en ese momento estaba en India (de ahí su segundo nombre es indio), la producción local se estableció en casi todos los países. Era imposible llamarlo agradable, incluso con una reserva sólida de optimismo: las materias primas para ello eran estiércol, interiores de animales, orina y pelo de animales. Los componentes menos desagradables de esta mezcla de olor fétido y muy sucia fueron la cal y la potasa. Toda esta riqueza durante varios meses cayó en las fosas, donde vagó bajo la acción de las azotobacterias. El amoníaco liberado se oxidó a nitratos, que finalmente produjeron un codiciado nitrato, que se aisló y purificó por recristalización. El trabajo, también digo, no es el más agradable. Como puede ver, no hay nada particularmente difícil en el proceso, la materia prima es bastante asequible y la disponibilidad de pólvora pronto se volvió universal.
El polvo negro (o ahumado) en ese momento era un explosivo universal. Ni inestable, ni rodó, durante muchos años se usó como herramienta de lanzamiento y como relleno para las primeras bombas, tipos de municiones modernas. Hasta el final del primer tercio del siglo XIX, el polvo satisfacía plenamente las necesidades de progreso. Pero la ciencia y la industria no se detuvieron, y pronto dejó de cumplir los requisitos de la época debido a su pequeña capacidad. El fin del monopolio de la pólvora se puede atribuir a los años 70 del siglo XVII, cuando A. Lavoisier y C. Berthollet organizaron la producción de sal de bertolet basada en el clorato de potasio abierto (sal de bertolet) descubierta por Bertholl.
La historia de la sal de bertolet puede comenzar desde el momento en que Claude Berthollet estudió las propiedades del cloro recientemente descubiertas por Karl Scheele. Al pasar el cloro a través de una solución caliente concentrada de hidróxido de potasio, Berthollet obtuvo una nueva sustancia, más tarde llamada químicos por clorato de potasio, y no por químicos, por la sal de berthollet. Sucedió en 1786 año. Y aunque la sal del diablo no se convirtió en un nuevo explosivo, cumplió su función: primero, sirvió de incentivo para buscar nuevos sustitutos por orden del decrépito "dios de la guerra", y segundo, se convirtió en el antecesor de nuevos tipos de explosivos: iniciadores.
Aceite explosivo
Y en 1846, los químicos propusieron dos nuevos explosivos: piroxilina y nitroglicerina. En Turín, el químico italiano Askanio Sobrero descubrió que era suficiente procesar la glicerina con ácido nítrico (realizar la nitración) para formar un líquido aceitoso transparente: la nitroglicerina. El primer mensaje impreso sobre él se publicó en la revista L'Institut (XV, 53) de 15 February 1847, y merece algunas citas. La primera parte dice:
“Askanho Sobrero, profesor de química técnica con Turín, en una carta transmitida por el prof. Pelouse informa que ha estado recibiendo explosivos por la acción del ácido nítrico en varias sustancias orgánicas, como el azúcar de caña, los señuelos, el dextrito, el azúcar de la leche, etc. Sobrero también estudió el efecto de una mezcla de ácidos nítrico y sulfúrico en la glicerina, y la experiencia le mostró que resulta una sustancia como un traqueteo de algodón ... "
Luego viene una descripción de la experiencia de la nitración, que es interesante solo para los químicos orgánicos (y solo desde un punto de vista histórico), solo notaremos una característica: los derivados nitro de la celulosa, al igual que su capacidad para explotar, también fueron bastante conocidos [11].
La nitroglicerina es uno de los explosivos explosivos más potentes y sensibles, cuyo tratamiento requiere especial cuidado y precaución.
1. Sensibilidad: a partir de la bala del lumbago puede explotar. Sensibilidad al impacto del peso de 10 kg, caída desde una altura 25 cm - 100%. La quema entra en detonación.
2. La energía de la transformación explosiva - 5300 J / kg.
3. Velocidad de golpe: 6500 m / s.
4. Brizantnost: 15-18 mm.
5. Explosividad: cubo 360-400. ver [6].
El uso de nitroglicerina fue demostrado por el famoso químico ruso NN Zinin, quien en 1853 - 1855 durante la Guerra de Crimea, junto con el ingeniero militar VF Petrushevsky, produjo una gran cantidad de nitroglicerina.
Profesor de la Universidad de Kazan N.N. Zinin
Ingeniero militar V.F. Petrushevsky
Pero el diablo, que vive en la nitroglicerina, resultó ser malicioso y rebelde. Resultó que la sensibilidad de esta sustancia a las influencias externas es solo ligeramente inferior al explosivo mercurio. Puede explotar en el momento de la nitración, no puede agitarse, calentarse y enfriarse, ponerse al sol. Puede explotar durante el almacenamiento. Y si lo prendes fuego con un fósforo, puede arder completamente con calma ...
Sin embargo, la necesidad de explosivos potentes a mediados del siglo XIX ya era tan grande que, a pesar de numerosos accidentes, la nitroglicerina se usaba ampliamente en operaciones de voladura.Los intentos de frenar al diablo malvado hicieron muchos, pero el domador de gloria consiguió a Alfred Nobel. Los altibajos de este viaje, así como el destino de los beneficios de la venta de esta sustancia, son ampliamente conocidos, y el autor considera que no es necesario entrar en sus detalles.
Al ser "exprimido" en los poros de un relleno inerte (se probaron varias docenas de sustancias, la mejor de las cuales fue tierra terrestre - silicato poroso, 90% del cual cae en poros capaces de absorber la nitroglicerina con impaciencia), manteniendo mucho más llevando casi todo su poder destructivo. Como se sabe, Nobel le dio a esta mezcla, externamente similar a la turba, el nombre "dinamita" (de la palabra griega "dinos" - fuerza). La ironía del destino: un año después de que Nobel recibió la patente para la producción de dinamita, Petrushevsky mezcló de forma completamente independiente la nitroglicerina con la magnesia y recibió explosivos, más tarde llamados "dinamita rusa".
La nitroglicerina (más precisamente, glicerol nitrilo) es un éster completo de glicerol y ácido nítrico. Generalmente se obtiene tratando glicerol con una mezcla de ácido sulfúrico-nítrico (en un lenguaje químico, la reacción de esterificación):
La explosión de nitroglicerina se acompaña de la liberación de una gran cantidad de productos gaseosos:
4 C3H5(Yo no tengo2)3 = 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
La esterificación se realiza secuencialmente en tres pasos: en el primero se obtiene el mononitrato de glicerol, en el segundo, el dinitrato de glicerol y en el tercero, el nitrito de glicerol. Para un rendimiento más completo de nitroglicerina, tome 20% de exceso de ácido nítrico en exceso de la cantidad teóricamente requerida.
La nitración se llevó a cabo en recipientes de porcelana o en recipientes de plomo soldados en un baño de agua helada. En una ejecución, se obtuvieron aproximadamente 700 g de nitroglicerina, y dentro de una hora de tales operaciones se realizó en 3 - 4.
Pero las crecientes necesidades han hecho sus ajustes a la tecnología de la nitroglicerina. Con el tiempo (en 1882), se desarrolló la tecnología para producir explosivos en nitradores. El proceso se dividió en dos etapas: en la primera etapa, la glicerina se mezcló con la mitad de ácido sulfúrico y, por lo tanto, se utilizó la mayor parte del calor generado, después de lo cual se inyectó una mezcla preparada de ácidos nítrico y sulfúrico en el mismo recipiente. De este modo, se evitó la principal dificultad: el sobrecalentamiento excesivo de la mezcla de reacción. La mezcla se realiza con aire comprimido a presión 4 atm. Rendimiento del proceso: 100 kg de glicerina por 20 min en 10 - grados 12.
Debido al diferente peso específico de la nitroglicerina (1,6) y el ácido gastado (1,7), se recolecta desde arriba con una interfaz afilada. Después de la nitración, la nitroglicerina se lava con agua, luego se lava con ácido del residuo con soda y se lava nuevamente con agua. La mezcla en todas las etapas del proceso se realiza con aire comprimido. El secado se realiza por filtración a través de una capa de sal de mesa calcinada [9].
Como puede ver, la reacción es bastante simple (recuerde la ola de terrorismo de finales del siglo XIX, provocada por los "bombarderos" que dominaron la ciencia simple de la química aplicada) y es uno de los "procesos químicos sin complicaciones" (A. Stetbacher). Es posible producir casi cualquier cantidad de nitroglicerina en las condiciones más simples (no es mucho más fácil hacer polvo negro).
El consumo de reactivos es el siguiente: para obtener 150 ml de nitroglicerina, debe tomar: 116 ml de glicerina; 1126 ml de ácido sulfúrico concentrado;
649 ml de ácido nítrico (al menos 62% de concentración).
Dinamita en la guerra
La dinamita se usó por primera vez en la guerra franco-prusiana de 1870 - 1871: los zapadores prusianos volaron dinamita con fortificaciones francesas. Pero la seguridad de la dinamita resultó ser relativa. El ejército descubrió de inmediato que cuando una bala es disparada por una bala, explota no peor que su progenitor y, en ciertos casos, la quema se convierte en una explosión.Pero la tentación de conseguir poderosas municiones era irresistible. A través de experimentos bastante peligrosos y complejos, logramos descubrir que la dinamita no detonaría si las cargas aumentaran de forma instantánea, sino gradual, manteniendo la aceleración del proyectil en un marco seguro.
La solución al problema a nivel técnico se vio en el uso de aire comprimido. En junio, el teniente X. NUMX, el teniente Edmund Ludwig G. Zelinsky del Regimiento de Artillería 1886 del Ejército de los Estados Unidos, realizó pruebas y refinó el diseño original de American Engineering. Un cañón neumático con un calibre de 5 mm y una longitud de 380 m usando aire comprimido a 15 atm podría lanzar proyectiles de una longitud de 140 m con 3,35 kg de dinamita en 227 m.
La fuerza motriz fue proporcionada por dos cilindros de aire comprimido, el superior de los cuales se conectó al implemento con una manguera flexible. El segundo cilindro era una reserva para el suministro de energía del superior, y la presión en él se mantenía por medio de una bomba de vapor enterrada en el suelo. Lanzado con dinamita, el proyectil tenía la forma de un darth, un boom de la artillería, y tenía una ojiva de 50.
El duque de Cambridge ordenó al ejército que probara uno de esos sistemas en Milford Haven, pero el cañón gastó casi todas las municiones antes de que finalmente alcanzara el objetivo, que, sin embargo, fue destruido de manera muy efectiva. Los almirantes estadounidenses quedaron encantados con el nuevo cañón: en 1888, se liberó dinero para fabricar armas de dinamita 250 para la artillería costera.
En 1885, Zelinsky estableció la Pneumatic Gun Company para su despliegue en el ejército y la flota pistolas neumáticas con cartuchos de dinamita. Sus experimentos nos hicieron hablar de las pistolas de aire como una nueva promesa armas. La Marina de los EE. UU. Incluso construyó en 1888 un crucero de dinamita Vesubio con un desplazamiento de 944 toneladas, armado con tres cañones de calibre 381 mm.
El esquema del crucero "dinamita" Vesubio
[Centro]
Y así se veía hacia afuera las armas inmóviles.[/ Center]
Pero algo extraño: unos años más tarde, el entusiasmo fue reemplazado por la decepción. "Durante la guerra hispanoamericana", los artilleros estadounidenses hablaron sobre esto, "estas armas nunca llegan al lugar correcto". Y aunque el punto aquí no era tanto las armas, sino la capacidad de los artilleros para disparar en línea recta y la conexión rígida de las armas, este sistema no recibió ningún desarrollo adicional.
En 1885, Holanda instaló la pistola Zelinsky en su número de submarino 4. Sin embargo, no llegó a sus pruebas prácticas, ya que El barco sufrió un grave accidente durante el lanzamiento.
En 1897, Holanda volvió a armar su submarino No. 8 con la nueva pistola Zelinsky. El armamento se presentó con un tubo de torpedo nasal calibre 18 pulgadas (457 mm) con tres torpedos Whitehead, así como una pistola de aire de popa Zelinsky para carcasas de dinamita (carga de munición 7 de 222 kg). Sin embargo, debido a que el cañón era demasiado corto, limitado por el tamaño del bote, esta pistola tenía un pequeño campo de tiro. Después de una práctica cocción, el inventor lo desmanteló en 100,7.
En el futuro, ni Holanda ni otros diseñadores instalaron armas (aparatos) para disparar minas y proyectiles de dinamita en sus submarinos. Así que las armas de Zelinsky imperceptiblemente, pero rápidamente abandonaron el escenario [12].
Nitroglicerina hermano
Desde un punto de vista químico, la glicerina es el representante más simple de la clase de alcoholes triatómicos. Hay su contraparte diatómica - etilenglicol. No es de extrañar que después de familiarizarse con la nitroglicerina, los químicos también prestaran atención al etilenglicol, con la esperanza de que fuera más conveniente de usar.
Pero aquí nuevamente el demonio de los explosivos mostró su carácter caprichoso. Las características del dinitroetilenglicol (nunca recibió su propio nombre) no eran muy diferentes de la nitroglicerina:
1. Sensibilidad: detonación cuando se deja caer 2 kg carga desde altura 20 cm; Sensible a la fricción, al fuego.
2. La energía de la transformación explosiva - 6900 J / kg.
3. Velocidad de golpe: 7200 m / s.
4. Brizantnost: 16,8 mm.
5. Explosividad: 620 - Cubo 650. ver
Por primera vez, Henry se obtuvo en 1870 g. Se obtiene mediante una cuidadosa nitración del etilenglicol de manera similar a la producción de nitroglicerina (una mezcla de nitración: H2SO4 - 50% HNO3 - 50%; relación - 1 a 5 con respecto al etilenglicol).
El proceso de nitración se puede realizar a una temperatura más baja, lo cual es una predisposición a un rendimiento más alto [7, 8].
A pesar de que, en general, la sensibilidad de DNEG fue ligeramente inferior a la de NG, su aplicación no prometió beneficios significativos. Si a esto le sumamos aún más alto que el de NG, la volatilidad y la menor disponibilidad de materias primas, entonces queda claro que este camino tampoco lleva a ninguna parte.
Sin embargo, tampoco resultó ser completamente inútil. Inicialmente, se usó como aditivo para la dinamita, durante la Segunda Guerra Mundial, debido a la falta de glicerol, se usó como sustituto de la nitroglicerina en polvos sin humo. Dicha pólvora tenía una vida útil corta debido a la volatilidad del DNEG, pero en condiciones de guerra no importaba: durante mucho tiempo nadie los iba a almacenar.
Delantal de Christian Schönbein
No se sabe cuánto tiempo habrían pasado los militares buscando formas de calmar la nitroglicerina, si para fines del siglo XIX no hubiera llegado la tecnología industrial para obtener otro nitroéter. En resumen, la historia de su aparición es la siguiente [16].
En 1832, el químico francés Henri Brakonne descubrió que el procesamiento de almidón y fibras de madera con ácido nítrico producía un material inestable combustible y explosivo, al que llamó xiloidina. Sin embargo, el caso de este descubrimiento y se limita a un mensaje. Seis años más tarde, en 1838, otro químico francés, Theophile-Jules Pelouse, procesó el papel y el cartón de manera similar y obtuvo un material similar, al que llamó nitramidina. Quién habría pensado entonces, pero la razón de la imposibilidad de usar la nitramina para fines técnicos fue precisamente su baja estabilidad.
En el año 1845, el químico suizo Christian Friedrich Schönbein (quien era famoso por su descubrimiento del ozono en ese momento) estaba realizando experimentos en su laboratorio. Su esposa le prohibió estrictamente que trajera sus matraces a la cocina, así que tuvo prisa por terminar el experimento en su ausencia, y derramó un poco de mezcla de tarta sobre la mesa. En un esfuerzo por evitar el escándalo, él, en la mejor tradición de precisión suiza, lo limpió con su delantal de trabajo, el beneficio de la mezcla no fue demasiado. Luego, también en la tradición de la frugalidad suiza, lavó el delantal con agua y lo colgó para que se secara sobre la estufa. Si estuvo colgado allí por un corto tiempo, la historia no dice nada, pero el hecho de que el delantal desapareció repentinamente después del secado se sabe con certeza. Además, no desapareció silenciosamente, en inglés, pero en voz alta, incluso se puede decir de forma encantadora: en un destello y un fuerte estallido de una explosión. Pero lo que atrajo la atención de Schönbein: ¡la explosión se produjo sin el menor rastro de humo!
Y aunque Schönbein no fue el primero en descubrir la nitrocelulosa, fue para él concluir que era importante descubrir. En ese momento, se usaba polvo negro en la artillería, el hollín que manchaba las pistolas que en los intervalos entre disparos tenían que limpiarse, y después de las primeras descargas, se levantó una cortina de humo que era necesario combatir casi a ciegas. Lo que ya quiere decir es que las nubes de humo negro marcaron perfectamente la ubicación de las baterías. Lo único que iluminó la vida es darse cuenta de que el enemigo estaba en la misma posición. Por lo tanto, a la sustancia explosiva, que produce mucho menos humo, y además de ser más potente que el polvo negro, los militares reaccionaron con entusiasmo.
La nitrocelulosa, sin las desventajas del polvo negro, permitió comenzar la producción de polvo sin humo. Y, en las tradiciones de ese tiempo, se decidió utilizarlo como propulsor y como explosivo. En el año 1885, después de numerosos trabajos experimentales, el ingeniero francés Paul Viel recibió y probó varios kilogramos de polvo de placa de piroxilina, llamado polvo "B", el primer polvo sin humo. Las pruebas han demostrado los beneficios de un nuevo polvo.
Sin embargo, no fue fácil fabricar grandes cantidades de nitrocelulosa para necesidades militares. La nitrocelulosa era demasiado impaciente para esperar batallas y fábricas, como norma, con una envidiable regularidad despegó, como si compitiera en esto con la producción de nitroglicerina. Al crear la tecnología de producción industrial de piroxilina, tales obstáculos tenían que ser superados como ningún otro explosivo. Fueron necesarios un cuarto de siglo para llevar a cabo una serie de trabajos realizados por investigadores de diferentes países, hasta que este explosivo de fibra original se volvió adecuado para su uso y hasta que se encontraron numerosos medios y métodos que de alguna manera estaban a salvo de una explosión durante el almacenamiento prolongado del producto. La expresión "cualquiera" no es un dispositivo literario, sino un reflejo de la dificultad que los químicos y tecnólogos han encontrado para definir los criterios de sostenibilidad. Los juicios duros sobre los enfoques para determinar los criterios de estabilidad no lo fueron, y con una mayor expansión del uso de estas explosiones constantes explosivas revelaron características cada vez más misteriosas en el comportamiento de este peculiar éster. Solo en 1891, James Dewar y Frederick Abel lograron encontrar una tecnología segura.
La producción de piroxilina requiere una gran cantidad de dispositivos auxiliares y un largo proceso en el que todas las operaciones deben llevarse a cabo de manera exhaustiva y exhaustiva.
El material de partida para la producción de piroxilina es la celulosa, el mejor representante es el algodón. La celulosa pura natural es un polímero que consiste en residuos de glucosa, siendo un pariente cercano del almidón:(C6H10O5)n. Además, los desechos de una fábrica de algodón pueden ser una fuente de excelentes materias primas.
La nitración de la fibra se dominó a escala industrial desde el 60 del siglo XIX y se llevó a cabo en macetas de cerámica con centrifugado adicional. Sin embargo, a finales de siglo, este método primitivo fue suplantado por la tecnología estadounidense, aunque fue revivido durante los años de la Primera Guerra Mundial debido a su bajo costo y simplicidad (más precisamente, primitivismo).
El algodón purificado se carga en el nitrador, se agrega una mezcla de nitración (HNO).3 - 24%, H2SO4 - 69%, agua - 7%) basado en 15 kg de fibra 900 kg de la mezcla, que da la salida de 25 kg de piroxilina.
Los nitradores están conectados a baterías que consisten en cuatro reactores y una centrifugadora. La carga del nitrador se realiza en un intervalo de tiempo (aproximadamente 40 min), igual al tiempo de centrifugado, lo que garantiza la continuidad del proceso.
La piroxilina es una mezcla de productos de diversos grados de nitración de celulosa. La piroxilina, obtenida al usar ácido fosfórico en lugar de ácido sulfúrico, es altamente estable, pero esta tecnología no ha echado raíces debido a su mayor costo y menor productividad.
La piroxilina prensada tiende a encenderse espontáneamente y necesita humedad. El agua utilizada para el lavado y la estabilización de la piroxilina no debe contener agentes alcalinos, ya que los productos de degradación alcalina son catalizadores de autoinflamación. El secado final a la humedad requerida se logra enjuagando con alcohol absoluto.
Pero la nitrocelulosa hidratada no está libre de problemas: es susceptible a la infección por microorganismos que causan la aparición de moho. Protégelo encerando la superficie. El producto terminado tenía las siguientes características:
1. La sensibilidad de la piroxilina es altamente dependiente de la humedad. Seco (3 - 5% de humedad) se enciende fácilmente con una llama abierta o un toque de metal caliente, taladrado, fricción. Explota al caer cargas de 2 kg desde una altura de 10 cm. Con el aumento de la humedad, la sensibilidad disminuye y con el 50% de agua, la capacidad de detonación desaparece.
2. La energía de la transformación explosiva - 4200 MJ / kg.
3. Velocidad de golpe: 6300 m / s.
4. Brizantnost: 18 mm.
5. Explosividad: cubo 240 ver
Y, sin embargo, a pesar de las deficiencias, la piroxilina, químicamente más estable, se adaptaba a los militares más que la nitroglicerina y la dinamita, su sensibilidad podría ajustarse cambiando su humedad. Por lo tanto, la piroxilina prensada comenzó a encontrar un uso generalizado para equipar ojivas de minas y proyectiles, pero con el tiempo, este producto incomparable dio paso a un derivado nitrado de hidrocarburos aromáticos. La nitrocelulosa se mantuvo como un explosivo arrojadizo, pero como un explosivo explosivo siempre fue cosa del pasado [9].
Polvo de serpiente y nitroglicerina.
“El polvo negro ... representa todos los elementos de una mejora adicional, con la ayuda de un estudio científico de los fenómenos invisibles que ocurren durante su quema. El polvo sin humo constituye un nuevo vínculo entre el poder de los países y su desarrollo científico. Por esta razón, siendo uno de los guerreros de la ciencia rusa, no me he atrevido, en la pendiente de mi fuerza y mis años, a analizar las tareas del polvo sin humo ... "
El lector, al menos un poco familiarizado con la historia de la química, probablemente ya ha adivinado de quién son las palabras del genio químico ruso D.I. Mendeleev.
Como un campo de conocimiento químico, Mendeleev dedicó gran parte de su fuerza y atención a los últimos años de su vida, en 1890 - 1897. Pero, como siempre, la fase activa de desarrollo estuvo precedida por un período de reflexión, acumulación y sistematización del conocimiento.
Todo comenzó con el hecho de que en 1875, el incansable Alfred Nobel hizo otro descubrimiento: una solución sólida y plástica de nitrocelulosa en nitroglicerina. Combinó con bastante éxito la forma sólida, la alta densidad, la facilidad de moldeo, la energía concentrada y la insensibilidad a la alta humedad de la atmósfera. La gelatina, completamente quemada en dióxido de carbono, nitrógeno y agua, consistía en 8% de dinitrocelulosa y 92% de nitroglicerina.
A diferencia de Nobel Tech, D.I. Mendeleev procedió de un enfoque puramente científico. Sobre la base de su investigación, presentó una idea bien definida y estrictamente química: la sustancia deseada durante la combustión debería producir un máximo de productos gaseosos por unidad de peso. Desde un punto de vista químico, esto significa que el oxígeno en este compuesto debe ser suficiente para convertir completamente el carbono en óxido gaseoso, el hidrógeno en agua y la capacidad de oxidación para proporcionar energía para todo el proceso. Un cálculo detallado llevó a la fórmula de la siguiente composición: C30Н38(Yo no tengo2)12O25. Cuando se quema debe obtener lo siguiente:
C30Н38(Yo no tengo2)12O25 = 30 CO + 19 H2O + 6 N2
Llevar a cabo una reacción intencionada de sintetizar una sustancia de tal composición incluso en la actualidad no es una tarea fácil, por lo tanto, en la práctica, se utilizó una mezcla de la composición 7 - 10% nitrocelulosa y 90 - 93% nitroglicerina. El porcentaje de nitrógeno es aproximadamente 13,7%, que es ligeramente más alto que el pirocollodion (12,4%). La operación no es particularmente difícil, no requiere el uso de equipos complejos (realizados en la fase líquida) y continúa en condiciones normales.
En 1888, Nobel recibió una patente para pólvora de nitroglicerina y coloxilina (baja en fibra), llamada sin humo como polvo de piroxilina. Esta composición casi no ha cambiado hasta la fecha con varios nombres técnicos, los más famosos de los cuales son la cordita y la balistitis. La principal diferencia está en la proporción entre nitroglicerina y piroxilina (tiene más en cordita) [13].
¿Cómo se relacionan estos explosivos entre sí? Consulte la tabla:
Tabla 1.
-------------------------------------------------- -------------------------------
BB ...... Sensibilidad .... Energía ... Velocidad ...... Brisance ... Alto rendimiento
......... (kg / cm /% de explosiones) .... explosión .... detonación
-------------------------------------------------- ------------------------------------
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
-------------------------------------------------- ------------------------------------
Las características de todos los explosivos están bastante cerca, pero las diferencias en las propiedades físicas dictaron diferentes nichos de su uso.
Como ya hemos visto, ni la nitroglicerina ni la piroxilina satisfacen a los militares con su carácter. La razón de la baja estabilidad de estas sustancias, me parece, reside en la superficie. Ambos compuestos (o tres - recuentos y dinitroetilenglicol) son representantes de la clase de ésteres. Y la agrupación de ésteres no está entre los líderes de la resistencia química. Más bien, se puede encontrar entre los forasteros. Un grupo nitro que contiene nitrógeno en un estado de oxidación bastante extraño para él + 5 tampoco es una muestra de estabilidad. La simbiosis de este fuerte agente oxidante con un agente reductor tan bueno como el grupo hidroxilo de los alcoholes conduce inevitablemente a una serie de consecuencias negativas, la más desagradable de las cuales es la capricho en la aplicación.
¿Por qué los químicos y los militares pasaron tanto tiempo experimentando con ellos? Como parece, muchas cosas sobornaron a muchas. Militar: alto poder y disponibilidad de materias primas, lo que aumentó la capacidad de combate del ejército y lo hizo insensible a las unidades militares en tiempo de guerra. Tecnólogos: condiciones suaves de síntesis (sin necesidad de usar altas temperaturas y alta presión) y conveniencia tecnológica (a pesar de los procesos de múltiples etapas, todas las reacciones tienen lugar en el mismo volumen de reacción y sin la necesidad de aislar productos intermedios).
Los rendimientos prácticos de los productos también fueron bastante altos (Tabla 2), lo que no causó una necesidad urgente de buscar fuentes de grandes cantidades de ácido nítrico barato (con el ácido sulfúrico, el problema se resolvió mucho antes).
Tabla 2.
-------------------------------------------------- ---------------------------------
BB ...... Consumo de reactivos en 1 kg ..... Número de etapas .... Número de productos asignados
......... Nitrógeno to-ta..Serna to-that
-------------------------------------------------- ---------------------------------
GN ....... 10 ................. 23 ................. 3 ..... ........... 1
DNEG .... 16,5 .............. 16,5 ............... 2 ............. ........... 1
NC ........ 8,5 ............... 25 ................. 3 ...... .................. 1
-------------------------------------------------- ---------------------------------
La situación ha cambiado mucho cuando aparecieron en escena nuevas encarnaciones del demonio de los explosivos: trinitrofenol y trinitrotolueno.
(Continuará)