De hecho, el diablo se sienta en los explosivos, listo en cualquier segundo para comenzar a destruir y romper todo a su alrededor. Mantener a esta criatura del infierno bajo control y soltarla solo cuando sea necesario es el principal problema que los químicos y pirotécnicos tienen que resolver a la hora de crear y utilizar explosivos. En la historia de la creación y desarrollo de explosivos (explosivos), como en una gota de agua, se muestra la historia del surgimiento, desarrollo y destrucción de estados e imperios.
Al preparar el esquema de las lecciones, el autor notó repetidamente que los países cuyos gobernantes prestaron una atención vigilante al desarrollo de las ciencias y, sobre todo, a la trinidad natural de los matemáticos, la física y la química, alcanzaron alturas en su desarrollo. Un ejemplo sorprendente puede ser el rápido ascenso en el escenario mundial de Alemania, que en medio siglo dio un salto desde una unión de estados dispares, algunos de los cuales incluso en un mapa detallado de Europa eran difíciles de ver sin un "pequeño alcance"., a un imperio que tuvo que ser contado durante un siglo y medio. Sin menospreciar los méritos del gran Bismarck en este proceso, citaré su frase, que dijo después del victorioso final de la guerra franco-prusiana: "Esta guerra la ganó un simple maestro alemán". El autor quisiera dedicar su revisión al aspecto químico del aumento de la capacidad de combate del ejército y el estado, como siempre, sin pretender en absoluto excluir su opinión.
Al publicar el artículo, el autor, como Jules Verne, evita deliberadamente especificar detalles tecnológicos específicos y centra su atención en métodos puramente industriales de obtención de explosivos. Esto se debe no solo al comprensible sentido de responsabilidad del científico por los resultados de sus trabajos (ya sean prácticos o periodísticos), sino también al hecho de que el tema del estudio es la pregunta “¿Por qué todo fue así y ¿no de otra manera?”Y no“¿Quién fue el primero en conseguirlo? sustancia”.
Además, el autor pide perdón a los lectores por el uso forzado de términos químicos, atributos de la ciencia (como lo demuestra su propia experiencia pedagógica, no la más querida por los escolares). Al darse cuenta de que es imposible escribir sobre productos químicos sin mencionar términos químicos, el autor intentará minimizar el vocabulario especial.
Y lo ultimo. Las cifras dadas por el autor no deben considerarse de ningún modo la verdad última. Los datos sobre las características de los explosivos en diferentes fuentes difieren y, a veces, de manera bastante marcada. Esto es comprensible: las características de las municiones dependen de manera muy significativa de su tipo "comercializable", la presencia / ausencia de sustancias extrañas, la introducción de estabilizadores, modos de síntesis y muchos otros factores. Los métodos para determinar las características de los explosivos tampoco se distinguen por la uniformidad (aunque aquí habrá más estandarización) y tampoco adolecen de 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. Detonar explosivos.
3. Lanzar explosivos.
Iniciando BB. Son muy sensibles a las influencias externas. El resto de sus características suelen ser bajas. Pero tienen una propiedad valiosa: su explosión (detonación) tiene un efecto de detonación sobre explosivos de detonación y propulsión, que generalmente no son sensibles a otros tipos de influencias externas en absoluto o tienen una sensibilidad muy baja. Por lo tanto, las sustancias iniciadoras se utilizan solo para excitar la explosión de explosivos detonadores o propulsores. Para garantizar la seguridad del uso de los explosivos iniciadores, estos se empaquetan en dispositivos de protección (cápsula, funda de cápsula, tapón detonador, detonador eléctrico, mecha). Representantes típicos de los explosivos iniciadores: fulminato de mercurio, azida de plomo, tenres (TNPC).
Explosivos detonadores. Esto, de hecho, es lo que dicen y escriben. Equipan proyectiles, minas, bombas, cohetes, minas terrestres; vuelan puentes, coches, empresarios …
Los explosivos de detonación se dividen en tres grupos según sus características explosivas:
- mayor poder (representantes: RDX, HMX, PETN, Tetril);
- potencia normal (representantes: TNT, melinita, plástico);
- potencia reducida (representantes: nitrato de amonio y sus mezclas).
Los explosivos de mayor potencia son algo más sensibles a las influencias externas y, por tanto, se utilizan con mayor frecuencia en mezcla con flegmatizantes (sustancias que reducen la sensibilidad de los explosivos) o en mezcla 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. Se trata de varias pólvoras: piroxilina y nitroglicerina sin humo, ahumadas negras. También incluyen varias mezclas pirotécnicas para fuegos artificiales, bengalas de señalización e iluminación, proyectiles de iluminación, minas y bombas aéreas.
Sobre la pólvora negra y Black Berthold
Durante varios siglos, el único tipo de explosivo utilizado por los humanos fue la pólvora negra. Con su ayuda, se lanzaron balas de cañón al enemigo y se llenaron proyectiles explosivos. La pólvora se utilizó en minas subterráneas para destruir los muros de las fortalezas, para triturar rocas.
En Europa, se conoció a partir del siglo XIII, e incluso antes en China, India y Bizancio. La primera descripción registrada de pólvora para fuegos artificiales fue descrita por el científico chino Sun-Simyao en 682. Maximiliano el Griego (siglos XIII-XIV) en el tratado "Libro de las Luces" describió una mezcla basada en nitrato de potasio, utilizado en Bizancio como el famoso "fuego griego" y que consta de 60% de nitrato, 20% de azufre y 20% de carbón.
La historia europea del descubrimiento de la pólvora comienza con un inglés, el monje franciscano Roger Bacon, quien en 1242 en su libro "Liber de Nullitate Magiae" da una receta de pólvora negra para cohetes y fuegos artificiales (40% salitre, 30% carbón y 30 % azufre) y el monje semimítico Berthold Schwartz (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 posterior confusión con la datación de las fuentes.
La simplicidad de la composición, la disponibilidad de dos de los tres componentes (el azufre nativo todavía no es infrecuente en las regiones del sur de Italia y Sicilia), la facilidad de preparación, todo esto garantizó a la pólvora una marcha triunfal a través de los países de Europa y Asia. El único problema fue obtener grandes cantidades de nitrato de potasio, pero esta tarea se resolvió con éxito. Dado que el único depósito conocido de nitrato de potasio en ese momento estaba en la India (de ahí su segundo nombre: indio), la producción local se estableció en casi todos los países. Era imposible llamarlo agradable, incluso con un sólido suministro de optimismo: las materias primas para él eran el estiércol, las entrañas de los animales, la orina y el pelo de los animales. Los ingredientes menos desagradables de esta mezcla maloliente y muy sucia eran la cal y la potasa. Toda esta riqueza durante varios meses se vertió en fosas, donde fermentó bajo la influencia de azotobacterias. El amoníaco liberado se oxidó a nitratos, que finalmente dieron el codiciado nitrato, que fue aislado y purificado por recristalización, una ocupación también, diré, no la más agradable. Como puede ver, no hay nada particularmente complicado en el proceso, las materias primas son bastante asequibles y la disponibilidad de pólvora también pronto se volvió universal.
La pólvora negra (o ahumada) era un explosivo universal en ese momento. Sin tambalearse ni rodar, durante muchos años se usó como proyectil y como relleno para las primeras bombas, los prototipos de munición moderna. Hasta finales del primer tercio del siglo XIX, la pólvora satisfizo plenamente las necesidades del progreso. Pero la ciencia y la industria no se detuvieron, y pronto dejó de cumplir con 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 berthollet a base de clorato de potasio descubierto por Berthollet (sal de berthollet).
La historia de la sal de Berthollet se remonta al momento en que Claude Berthollet estudió las propiedades del cloro descubiertas recientemente por Carl Scheele. Al pasar el cloro a través de una solución concentrada caliente de hidróxido de potasio, Berthollet obtuvo una nueva sustancia, más tarde llamada por los químicos clorato de potasio, y no por los químicos: sal de Berthollet. Ocurrió en 1786. Y aunque la sal del diablo nunca se convirtió en un nuevo explosivo, cumplió su función: en primer lugar, sirvió de incentivo para buscar nuevos sustitutos del decrépito “dios de la guerra”, y en segundo lugar, se convirtió en el fundador 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 Ascagno Sobrero descubrió que bastaba con tratar la glicerina con ácido nítrico (nitración) para formar un líquido transparente aceitoso: la nitroglicerina. El primer informe impreso sobre él se publicó en la revista L'Institut (XV, 53) el 15 de febrero de 1847 y merece alguna cita. La primera parte dice:
“Ascagno Sobrero, profesor de química técnica de Turín, en una carta transmitida por el prof. Peluzom, informa que desde hace mucho tiempo recibe explosivos por la acción del ácido nítrico sobre diversas sustancias orgánicas, a saber, azúcar de caña, azucar, dextrita, azúcar de leche, etc. Sobrero también estudió el efecto de una mezcla de ácidos nítrico y sulfúrico sobre la glicerina, y la experiencia le demostró que se obtiene una sustancia, similar al sonajero del algodón …"
Además, hay una descripción del experimento de nitración, interesante solo para los químicos orgánicos (e incluso entonces solo desde un punto de vista histórico), pero solo notaremos una característica: los derivados nitro de la celulosa, así como su capacidad para explotar., eran ya bastante conocidos entonces [11].
La nitroglicerina es uno de los explosivos explosivos más potentes y sensibles y requiere especial cuidado y atención al manipularlo.
1. Sensibilidad: puede explotar por un disparo de bala. Sensibilidad al impacto con un kettlebell de 10 kg caído desde una altura de 25 cm - 100%. La combustión se convierte en detonación.
2. Energía de transformación explosiva - 5300 J / kg.
3. Velocidad de detonación: 6500 m / s.
4. Brisa: 15-18 mm.
5. Explosividad: 360-400 metros cúbicos. ver [6].
La posibilidad de usar nitroglicerina fue demostrada por el famoso químico ruso N. N. Zinin, quien en 1853-1855 durante la Guerra de Crimea, junto con el ingeniero militar V. F. Petrushevsky, produjo una gran cantidad de nitroglicerina.
Profesor de la Universidad de Kazán N. N. Zinin
El ingeniero militar V. F. Petrushevsky
Pero el diablo que vivía en nitroglicerina resultó ser vicioso y rebelde. Resultó que la sensibilidad de esta sustancia a las influencias externas es solo ligeramente inferior a la del mercurio explosivo. Puede explotar ya en el momento de la nitración, no se puede agitar, calentar, enfriar ni exponer al sol. Puede explotar durante el almacenamiento. Y si lo prendes fuego con un fósforo, puede arder con bastante calma …
Y, sin embargo, la necesidad de explosivos potentes a mediados del siglo XIX ya era tan grande que, a pesar de numerosos accidentes, la nitroglicerina comenzó a usarse ampliamente en operaciones de voladura.
Muchos intentaron frenar al diablo maligno, pero la gloria del domador fue para Alfred Nobel. Los altibajos de este camino, así como el destino de los ingresos por la venta de esta sustancia, son ampliamente conocidos, y el autor considera innecesario entrar en detalles.
Al ser "exprimido" en los poros de un relleno inerte (y se probaron varias docenas de sustancias como tales, la mejor de las cuales fue el silicato poroso de tierra infusórica, el 90% del volumen del cual cae sobre los poros que pueden absorber con avidez la nitroglicerina), la nitroglicerina se volvió mucho más "complaciente", manteniendo con él casi todo su poder destructivo. Como saben, Nobel le dio a esta mezcla, que parece turba, el nombre "dinamita" (de la palabra griega "dinos" - fuerza). La ironía del destino: un año después de que Nobel recibiera una patente para la producción de dinamita, Petrushevsky mezcla de manera completamente independiente nitroglicerina con magnesia y recibe explosivos, más tarde llamados "dinamita rusa".
La nitroglicerina (más específicamente, trinitrato de glicerina) es un éster completo de glicerina y ácido nítrico. Por lo general, se obtiene al tratar la glicerina con una mezcla de ácido sulfúrico y nítrico (en lenguaje químico, la reacción de esterificación):
La explosión de nitroglicerina va acompañada de la liberación de una gran cantidad de productos gaseosos:
4 C3H5 (NO2) 3 = 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
La esterificación procede secuencialmente en tres etapas: en la primera, se obtiene el mononitrato de glicerol, en la segunda, el dinitrato de glicerol y en la tercera, el trinitrato de glicerol. Para un rendimiento más completo de nitroglicerina, se toma un 20% de exceso de ácido nítrico en exceso de la cantidad teóricamente requerida.
La nitración se realizó en vasijas de porcelana o vasijas de plomo soldado en un baño de agua helada. Se obtuvieron aproximadamente 700 g de nitroglicerina en una corrida, y durante una hora tales operaciones se llevaron a cabo en 3-4.
Pero las crecientes necesidades han hecho sus propios ajustes a la tecnología para producir nitroglicerina. Con el tiempo (en 1882), se desarrolló una tecnología para producir explosivos en nitradores. En este caso, el proceso se dividió en dos etapas: en la primera etapa, se mezcló glicerina con la mitad de la cantidad de ácido sulfúrico y, por lo tanto, se utilizó la mayor parte del calor liberado, después de lo cual se preparó una mezcla de ácidos nítrico y sulfúrico. se introdujo en el mismo recipiente. Por tanto, fue posible evitar la principal dificultad: el sobrecalentamiento excesivo de la mezcla de reacción. La agitación se realiza con aire comprimido a una presión de 4 atm. La productividad del proceso es de 100 kg de glicerina en 20 minutos a 10-12 grados.
Debido a la diferente gravedad específica de la nitroglicerina (1, 6) y el ácido de desecho (1, 7), se acumula desde arriba con una interfaz nítida. Después de la nitración, la nitroglicerina se lava con agua, luego se lava de los residuos ácidos 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 mediante filtración a través de una capa de sal de mesa calcinada [9].
Como puede ver, la reacción es bastante simple (recordemos la ola de terrorismo de finales del siglo XIX, levantada por "bombarderos" que dominaban la ciencia simple de la química aplicada) y pertenece al número de "procesos químicos simples" (A. Stetbacher). Se puede producir casi cualquier cantidad de nitroglicerina en las condiciones más simples (hacer polvo negro no es mucho más fácil).
El consumo de reactivos es el siguiente: para obtener 150 ml de nitroglicerina, es necesario tomar: 116 ml de glicerina; 1126 ml de ácido sulfúrico concentrado;
649 ml de ácido nítrico (concentración mínima del 62%).
Dinamita en guerra
La dinamita se utilizó por primera vez en la guerra franco-prusiana de 1870-1871: los zapadores prusianos volaron las fortificaciones francesas con dinamita. Pero la seguridad de la dinamita resultó ser relativa. Los militares se enteraron de inmediato que cuando se dispara con una bala, no explota peor que su progenitor, y la combustión en ciertos casos se convierte en una explosión.
Pero la tentación de obtener municiones poderosas era irresistible. A través de experimentos bastante peligrosos y complejos, fue posible descubrir que la dinamita no detonará si las cargas aumentan no instantáneamente, sino gradualmente, manteniendo la aceleración del proyectil dentro de límites seguros.
La solución al problema a nivel técnico se vio en el uso de aire comprimido. En junio de 1886, el teniente Edmund Ludwig G. Zelinsky del 5º Regimiento de Artillería del Ejército de los Estados Unidos probó y perfeccionó el diseño original de ingeniería estadounidense. Un cañón neumático con un calibre de 380 mm y una longitud de 15 m con la ayuda de aire comprimido a 140 atm podría lanzar proyectiles con una longitud de 3,35 m desde 227 kg de dinamita a 1800 mA de longitud de proyectil de 1,83 m con 51 kg de dinamita y todos los 5 mil m
La fuerza motriz la proporcionaban dos cilindros de aire comprimido, y el superior estaba conectado a la herramienta mediante una manguera flexible. El segundo cilindro era una reserva para alimentar al superior, y la presión en el mismo se mantenía con la ayuda de una bomba de vapor enterrada en el suelo. El proyectil cargado de dinamita tenía la forma de un dardo, una flecha de artillería, y tenía una ojiva de 50 libras.
El duque de Cambridge ordenó al ejército que probara uno de esos sistemas en Milford Haven, pero el arma agotó casi todas sus municiones antes de finalmente dar en el blanco, que, sin embargo, fue destruido de manera muy efectiva. Los almirantes estadounidenses estaban encantados con el nuevo cañón: en 1888, se liberó dinero para fabricar 250 cañones de dinamita para artillería costera.
En 1885 Zelinsky fundó Pneumatic Gun Company para introducir pistolas neumáticas con proyectiles de dinamita en el ejército y la marina. Sus experimentos llevaron a hablar de las pistolas de aire comprimido como una nueva arma prometedora. La Marina de los EE. UU. Incluso construyó el crucero de dinamita Vesubio de 944 toneladas en 1888, armado con tres de estos cañones de 381 mm.
Diagrama del crucero "dinamita" "Vesubio"
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Y así es como se veían sus armas estacionarias[/centro]
Pero algo extraño: después de unos años, el entusiasmo dio paso a la decepción. "Durante la Guerra Hispanoamericana", dijeron los artilleros estadounidenses sobre esto, "estas armas nunca dieron en el lugar correcto". Y aunque no se trataba tanto de los cañones como de la capacidad de los artilleros para disparar con precisión y la fijación rígida de los cañones, este sistema no recibió un mayor desarrollo.
En 1885, Holland instaló el cañón de aire de Zelinsky en su submarino No. 4. Sin embargo, el asunto no llegó a sus pruebas prácticas, tk. el barco sufrió un grave accidente durante la puesta a flote.
En 1897, Holland volvió a armar su submarino No. 8 con un nuevo cañón Zelinsky. El armamento consistía en un tubo de torpedo de proa de 18 pulgadas (457 mm) con tres torpedos Whitehead, así como un cañón de aire de popa Zelinsky para proyectiles de dinamita (7 rondas de 222 libras 100,7 kg) cada una). Sin embargo, debido al cañón demasiado corto, limitado por el tamaño del barco, esta arma tenía un rango de disparo corto. Después de un rodaje práctico, el inventor lo desmanteló en 1899.
En el futuro, ni Holland ni otros diseñadores instalaron pistolas (aparatos) para disparar minas arrojadizas y proyectiles de dinamita en sus submarinos. Así que los cañones de Zelinsky de forma imperceptible, pero abandonaron rápidamente el escenario [12].
Hermano de nitroglicerina
Desde un punto de vista químico, la glicerina es el representante más simple de la clase de alcoholes trihídricos. Existe su análogo diatómico: el etilenglicol. No es de extrañar que, después de familiarizarse con la nitroglicerina, los químicos hayan centrado su atención en el etilenglicol, con la esperanza de que sea más cómodo de usar.
Pero aquí también el diablo de los explosivos mostró su carácter caprichoso. Las características del dinitroeilenglicol (este explosivo nunca recibió su propio nombre) resultaron no ser muy diferentes de la nitroglicerina:
1. Sensibilidad: detonación cuando una carga de 2 kg cae desde una altura de 20 cm; sensible a la fricción, al fuego.
2. Energía de transformación explosiva - 6900 J / kg.
3. Velocidad de detonación: 7200 m / s.
4. Brisance: 16,8 mm.
5. Alta explosividad: 620-650 metros cúbicos. cm.
Fue obtenido por primera vez por Henry en 1870. Se obtiene por nitración cuidadosa de etilenglicol de acuerdo con un procedimiento similar a la preparación de nitroglicerina (mezcla nitrante: H2SO4 - 50%, HNO3 - 50%; relación - 1 a 5 con respecto a etilenglicol).
El proceso de nitración puede realizarse a menor temperatura, lo que predispone a un mayor rendimiento [7, 8].
A pesar de que, en general, la sensibilidad de DNEG resultó ser algo menor que la de NG, su uso no promete beneficios significativos. Si a esto le sumamos una mayor volatilidad que la del GN y una menor disponibilidad de materias primas, entonces queda claro que este camino tampoco condujo a ninguna parte.
Sin embargo, tampoco resultó ser completamente inútil. En un principio, se utilizó como aditivo a la dinamita, durante la Segunda Guerra Mundial, debido a la falta de glicerina, se utilizó como sustituto de la nitroglicerina en polvos sin humo. Dichos polvos tenían una vida útil corta debido a la volatilidad del DNEG, pero en condiciones de guerra esto no importaba mucho: nadie los iba a almacenar durante mucho tiempo.
Delantal Christian Schönbein
No se sabe cuánto tiempo habrían pasado los militares buscando formas de calmar la nitroglicerina, si a finales del siglo XIX no hubiera llegado la tecnología industrial para producir otro nitroéster. Brevemente, la historia de su aparición es la siguiente [16].
En 1832, el químico francés Henri Braconneau descubrió que cuando el almidón y las fibras de madera se trataban con ácido nítrico, se formaba un material inestable, inflamable y explosivo, al que llamó xiloidina. Es cierto que el asunto se limitó al mensaje sobre este descubrimiento. Seis años más tarde, en 1838, otro químico francés, Théophile-Jules Pelouse, procesó papel y cartón de manera similar y produjo un material similar, al que llamó nitramidina. Quién lo hubiera pensado entonces, pero el motivo de la imposibilidad de utilizar nitramidina con fines técnicos era precisamente su baja estabilidad.
En 1845, el químico suizo Christian Friedrich Schönbein (que se había hecho famoso en ese momento por el descubrimiento del ozono) estaba realizando experimentos en su laboratorio. Su esposa le prohibió estrictamente que llevara sus frascos a la cocina, por lo que tenía prisa por terminar el experimento en su ausencia, y derramó un poco de mezcla cáustica sobre la mesa. En un esfuerzo por evitar un escándalo, él, en las mejores tradiciones de precisión suiza, lo limpió con su delantal de trabajo, ya que no había demasiada mezcla. Luego, también en la tradición de la frugalidad suiza, lavó el delantal con agua y lo colgó sobre la estufa para que se secara. Cuanto tiempo o poco tiempo estuvo colgado ahí, la historia calla, pero que después de secarse el delantal desapareció de repente, se sabe con certeza. Además, no desapareció silenciosamente, en inglés, sino en voz alta, incluso se podría decir encantador: en un relámpago y un fuerte estallido de una explosión. Pero esto es lo que llamó la atención de Schönbein: ¡la explosión ocurrió sin la más mínima columna de humo!
Y aunque Schönbein no fue el primero en descubrir la nitrocelulosa, fue él quien estaba destinado a sacar una conclusión sobre la importancia del descubrimiento. En ese momento se utilizaba pólvora negra en la artillería, cuyo hollín ensuciaba los cañones que en los intervalos entre disparos había que limpiarlos, y tras las primeras descargas se levantaba tal cortina de humo que debían luchar casi a ciegas. No hace falta decir que las bocanadas de humo negro indicaron perfectamente la ubicación de las baterías. Lo único que iluminó la vida fue darse cuenta de que el enemigo estaba en la misma posición. Por eso, los militares reaccionaron con entusiasmo al explosivo, que da mucho menos humo, y además, también es más poderoso que la pólvora negra.
La nitrocelulosa, desprovista de las deficiencias de la pólvora negra, permitió establecer la producción de pólvora sin humo. Y, en la tradición de esa época, decidieron usarlo tanto como propulsor como explosivo. En 1885, después de numerosos trabajos experimentales, el ingeniero francés Paul Viel recibió y probó varios kilogramos de piroxilina en forma de escamas, llamada pólvora "B", la primera pólvora sin humo. Las pruebas han demostrado los beneficios del nuevo propulsor.
Sin embargo, no fue fácil establecer la producción de grandes cantidades de nitrocelulosa para necesidades militares. La nitrocelulosa estaba demasiado impaciente para esperar las batallas y las fábricas, por regla general, volaban por el aire con una regularidad envidiable, como si compitieran con la producción de nitroglicerina. El desarrollo de la tecnología para la producción industrial de piroxilina tuvo que superar obstáculos como ningún otro explosivo. Llevó todo un cuarto de siglo llevar a cabo una serie de trabajos de investigadores de diferentes países hasta que este explosivo fibroso original se volvió apto para su uso y hasta que se encontraron numerosos medios y métodos que de alguna manera garantizaban contra una explosión durante el almacenamiento prolongado del producto. La expresión "de cualquier manera" no es un recurso literario, sino un reflejo de la dificultad que han encontrado los químicos y tecnólogos para definir los criterios de estabilidad. No hubo un juicio firme sobre los enfoques para determinar los criterios de estabilidad, y con la expansión adicional del alcance de uso de este explosivo, las explosiones constantes revelaron características cada vez más misteriosas en el comportamiento de este peculiar éter complejo. No fue hasta 1891 que 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 tecnológico, en el que todas las operaciones deben llevarse a cabo con el mismo cuidado y minuciosidad.
El producto inicial para la producción de piroxilina es la celulosa, cuyo mejor representante es el algodón. La celulosa pura natural es un polímero que consta de residuos de glucosa, que es un pariente cercano del almidón: (C6H10O5) n. Además, los desechos de las fábricas de papel pueden proporcionar excelentes materias primas.
La nitración de fibra se dominó a escala industrial en los años 60 del siglo XIX y se llevó a cabo en vasijas de cerámica con centrifugado adicional. Sin embargo, a finales de siglo, este método primitivo fue suplantado por la tecnología estadounidense, aunque durante la Primera Guerra Mundial fue revivido por su bajo coste y sencillez (más precisamente, primitivismo).
Se carga algodón refinado en un nitrador, se agrega una mezcla nitrante (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, agua - 7%) en base a 15 kg de fibra 900 kg de la mezcla, lo que da un rendimiento de 25 kg de piroxilina.
Los nitradores están conectados en baterías, que constan de cuatro reactores y una centrífuga. Los nitradores se cargan con un intervalo de tiempo (aproximadamente 40 minutos) igual al tiempo de extracción, lo que asegura la continuidad del proceso.
La piroxilina es una mezcla de productos con distintos grados de nitración de celulosa. La piroxilina, obtenida mediante el uso de ácido fosfórico en lugar de ácido sulfúrico, es altamente estable, pero esta tecnología no echó raíces debido a su mayor costo y menor productividad.
La piroxilina prensada tiene la propiedad de autoinflamarse y necesita ser humedecida. El agua utilizada para lavar y estabilizar la piroxilina no debe contener agentes alcalinos, ya que los productos de la destrucción alcalina son catalizadores de autoignición. El secado final al contenido de humedad requerido se logra enjuagando con alcohol absoluto.
Pero la nitrocelulosa humedecida tampoco está libre de problemas: es susceptible a la contaminación por microorganismos que causan moho. Protéjalo encerando la superficie. El producto terminado tenía las siguientes características:
1. La sensibilidad de la piroxilina depende en gran medida de la humedad. Seco (3 - 5% de humedad) se enciende fácilmente con una llama abierta o con el contacto de un metal caliente, perforación o fricción. Explota cuando una carga de 2 kg cae desde una altura de 10 cm, cuando la humedad aumenta, la sensibilidad disminuye y al 50% de agua, la capacidad de detonación desaparece.
2. Energía de transformación explosiva - 4200 MJ / kg.
3. Velocidad de detonación: 6300 m / s.
4. Brisance: 18 mm.
5. Alta explosividad: 240 metros cúbicos. cm.
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 contenido de humedad. Por lo tanto, la piroxilina prensada comenzó a encontrar un amplio uso para equipar ojivas de minas y proyectiles, pero con el tiempo, este producto sin igual dio paso a derivados nitrados de hidrocarburos aromáticos. La nitrocelulosa permaneció como un explosivo propulsor, pero como explosivo explosivo ha retrocedido para siempre en el pasado [9].
Gelatina volátil y pólvora de nitroglicerina
“La pólvora negra … representa todos los elementos de una mejora adicional, a través del estudio científico de los fenómenos invisibles que ocurren durante su combustión. La pólvora sin humo es un nuevo vínculo entre el poder de los países y su desarrollo científico. Por eso, siendo uno de los guerreros de la ciencia rusa, en mi decadencia y años no me atrevo a analizar las tareas de la pólvora sin humo …"
El lector, aunque esté un poco familiarizado con la historia de la química, probablemente ya haya adivinado de quién son estas palabras: el brillante químico ruso D. I. Mendeleev.
Mendeleev dedicó mucho esfuerzo y atención a la porroquelia como campo del conocimiento químico en los últimos años de su vida, en 1890-1897. Pero, como siempre, la fase activa de desarrollo fue precedida por un período de reflexión, acumulación y sistematización de conocimientos.
Todo comenzó con el hecho de que en 1875 el infatigable Alfred Nobel hizo otro descubrimiento: una solución sólida plástica y elástica de nitrocelulosa en nitroglicerina. Combinó con bastante éxito forma sólida, alta densidad, facilidad de moldeado, energía concentrada e insensibilidad a la alta humedad atmosférica. La gelatina, completamente quemada en dióxido de carbono, nitrógeno y agua, consistía en un 8% de dinitrocelulosa y un 92% de nitroglicerina.
A diferencia del técnico Nobel, D. I. Mendeleev partió de un enfoque puramente científico. En la base de su investigación, puso una idea completamente definida y estrictamente fundamentada químicamente: la sustancia requerida durante la combustión debe emitir un máximo de productos gaseosos por unidad de peso. Desde un punto de vista químico, esto significa que debe haber suficiente oxígeno en este compuesto para convertir completamente el carbono en óxido gaseoso, el hidrógeno en agua y la capacidad oxidante para proporcionar energía para todo este proceso. Un cálculo detallado llevó a la fórmula de la siguiente composición: C30H38 (NO2) 12O25. Al grabar, debería obtener lo siguiente:
C30H38 (NO2) 12O25 = 30 CO + 19 H2O + 6 N2
No es una tarea fácil llevar a cabo una reacción de síntesis dirigida de una sustancia de tal composición, incluso en la actualidad, por lo tanto, en la práctica, se usó una mezcla de 7-10% de nitrocelulosa y 90-93% de nitroglicerina. El porcentaje de contenido de nitrógeno es de aproximadamente 13, 7%, que supera ligeramente esta cifra para pirocolodia (12, 4%). La operación no es particularmente difícil, no requiere el uso de equipos complejos (se lleva a cabo en la fase líquida) y se desarrolla en condiciones normales.
En 1888, Nobel recibió una patente para la pólvora hecha de nitroglicerina y coloxilina (fibra de bajo contenido de nitrato), denominada como pólvora sin humo de piroxilina. Esta composición se mantiene prácticamente inalterada hasta ahora bajo varios nombres técnicos, los más famosos son cordita y balistita. La principal diferencia está en la relación entre nitroglicerina y piroxilina (en cordita es mayor) [13].
¿Cómo se relacionan estos explosivos entre sí? Veamos la tabla:
Tabla 1.
BB …… Sensibilidad…. Energía… Velocidad …… Brisance… Alta explosividad
……… (kg / cm /% de explosiones)….explosión….detonación
GN ……….2 / 4/100 ………… 5300 ……..6500 ………..15 - 18 ………. 360 - 400
DNEG …… 2/10/100 ………..6900 ……… 7200 ……….16, 8 …………… 620 - 650
NK ……… 2/25/10 ………… 4200 ……… 6300 ………..18 ……………. 240
Las características de todos los explosivos son bastante similares, pero la diferencia en las propiedades físicas dictaba diferentes nichos de aplicación.
Como ya hemos visto, ni la nitroglicerina ni la piroxilina complacieron a los militares con su carácter. Me parece que la razón de la baja estabilidad de estas sustancias reside en la superficie. Ambos compuestos (o tres contando y dinitroeilenglicol) son representantes de la clase de éter. Y el grupo éster no es de ninguna manera uno de los líderes en resistencia química. Más bien, se la puede encontrar entre los forasteros. El grupo nitro, que contiene nitrógeno en un estado de oxidación bastante extraño de +5 para él, tampoco es un modelo 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 el capricho en la aplicación.
¿Por qué los químicos y los militares dedicaron tanto tiempo a experimentar con ellos? Como parece, muchos y muchos se han ganado. El ejército: el alto poder y la disponibilidad de materias primas, lo que aumentó la efectividad de combate del ejército y lo hizo insensible a la entrega en tiempo de guerra. Tecnólogos: condiciones de síntesis suaves (no es necesario utilizar altas temperaturas y presión elevada) y conveniencia tecnológica (a pesar de los procesos de varias etapas, todas las reacciones se desarrollan en un 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 generó una necesidad urgente de buscar fuentes de grandes cantidades de ácido nítrico barato (el problema con el ácido sulfúrico se resolvió mucho antes).
Tabla 2.
BB …… Consumo de reactivos por 1 kg….. Número de etapas…. Número de productos emitidos
……… Ácido nítrico.. Ácido sulfúrico
GN …….10 ……………..23 ……………..3 …………………… 1
DNEG….16, 5 …………..16, 5 …………… 2 …………………… 1
NK ……..8, 5 …………… 25 ……………..3 …………………… 1
La situación cambió drásticamente cuando aparecieron en escena nuevas encarnaciones del diablo de los explosivos: trinitrofenol y trinitrotolueno.
(Continuará)
