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Matériel explosif

Cet article est au sujet des explosifs chimiques. Pour l'album par le lien, voyez Explosif : Le meilleur du lien.

matériel explosif est un matériel que l'un ou l'autre est chimiquement ou autrement énergétiquement instable ou produit une expansion soudaine du matériel habituellement accompagné de la production de la chaleur et grands changements de pression (et en général aussi d'un flash et/ou d'un bruit fort) sur le déclenchement ; ceci s'appelle explosion.

Table des matières

Explosifs chimiques

Des explosifs sont classifiés en tant que bas ou hauts explosifs selon leurs taux de décomposition: les bas explosifs brûlent rapidement (ou déflagrez), alors que les hauts explosifs subissent des détonations. Aucune distinction pointue n'existe entre de bas et hauts explosifs, en raison des difficultés inhérentes avec précision à observer et à mesurer la décomposition rapide.

décomposition chimique d'un explosif peut prendre des années, des jours, des heures, ou une fraction d'une seconde. Les processus plus lents de la décomposition ont lieu dans le stockage et sont d'intérêt seulement d'un point de vue de stabilité. De plus d'intérêt sont les deux formes rapides de décomposition, déflagration et détonation.

Le dernier terme est employé pour décrire un phénomène explosif par lequel la décomposition soit propagé par l'explosif onde de choc traverser le matériel explosif. L'avant d'onde de choc est capable du dépassement par le matériel explosif puissant à de grandes vitesses, typiquement milliers des mètres par seconde.

Les explosifs ont habituellement moins d'énergie potentielle que des carburants de pétrole, mais leur taux élevé de dégagement d'énergie produit la grande pression du vent. TNT a une vitesse de détonation de 6.940 m/s comparés à 1.680 m/s pour la détonation d'un mélange de pentane-air, et le 0.34 m/s stoechiométrique vitesse de flamme de la combustion d'essence en air.

La force explosive est libérée dans une perpendiculaire de direction sur la surface de l'explosif. Si la surface est coupée ou formée, les forces explosives peuvent être focalisées pour produire un plus grand effet local ; ceci est connu comme a charge formée.

Dans un à explosion tardive, la décomposition est propagée par un front de flamme qui voyage beaucoup plus lentement par le matériel explosif.

Les propriétés de l'explosif indiquent la classe dans laquelle il tombe. Dans certains cas des explosifs peuvent être faits pour tomber dans l'une ou l'autre classe par les conditions dans lesquelles ils sont lancés. En quantité suffisamment grande, presque tous les bas explosifs peuvent subir une déflagration à la transition de détonation (DDT). Pour la convenance, les bas et hauts explosifs peuvent être différencié par les classes d'expédition et de stockage.

Groupements explosifs de compatibilité

Les étiquettes et les étiquettes d'expédition incluront L'ONU et national, par exemple. USDOT, matériel dangereux Classe avec la lettre de compatibilité, comme suit :

  • 1.1 Risque de masse d'explosion
  • 1.2 explosion de la Non-masse, fragment-produisant
  • 1.3 Le feu de masse, souffle mineur ou risque de fragment
  • 1.4 Le feu modéré, aucun souffle ou fragment : un consommateur pétard est 1.4G ou 1.4S
  • 1.5 Substance explosive, très peu sensible (avec un risque de masse d'explosion)
  • 1.6 Article explosif, extrêmement peu sensible

A Substance explosive primaire (1.1A)

B Un article contenant une substance explosive primaire et ne contenant pas des dispositifs protecteurs deux ou plus efficaces. Quelques articles, tels que des détonateurs pour souffler et amorces, chapeau-type, sont inclus. (1.1B, 1.2B, 1.4B)

C Substance explosive de propulseur ou toute autre substance ou article explosive de déflagration contenant une telle substance explosive (1.1C, 1.2C, 1.3C, 1.4C)

D Substance explosive de détonation secondaire ou poudre ou article noire contenant une substance explosive de détonation secondaire, dans chaque cas sans moyens de déclenchement et sans charge de propulsion, ou article contenant une substance explosive primaire et contenant des dispositifs protecteurs deux ou plus efficaces. (1.1D, 1.2D, 1.4D, 1.5D)

E Article contenant une substance explosive de détonation secondaire sans moyens de déclenchement, avec une charge de propulsion (autre qu'un liquide inflammable contenant, gel ou hypergolic liquide) (1.1E, 1.2E, 1.4E)

F contenant une substance explosive de détonation secondaire avec ses moyens de déclenchement, avec une charge de propulsion (autre qu'un liquide inflammable contenant, gel ou liquide hypergolic) ou sans charge de propulsion (1.1F, 1.2F, 1.3F, 1.4F)

G Substance pyrotechnique ou article contenant une substance pyrotechnique, ou article contenant une substance explosive et un éclairage, incendiaire, déchirer-production ou fumée-production de la substance (autre qu'un article eau-activé ou un phosphore blanc contenant, phosphure ou liquide inflammable ou gel ou liquide hypergolic) (1.1G, 1.2G, 1.3G, 1.4G)

H Article contenant une substance explosive et le phosphore blanc (1.2H, 1.3H)

J Article contenant une substance explosive et liquide inflammable ou gel (1.1J, 1.2J, 1.3J)

K Article contenant une substance explosive et un agent chimique toxique (1.2K, 1.3K)

L Substance ou article explosive contenant une substance explosive et présentant un risque spécial (par exemple, en raison de l'eau-activation ou de la présence des liquides hypergolic, des phosphures ou des substances pyrophoric) ayant besoin de l'isolement de chaque type (1.1L, 1.2L, 1.3L)

N Articles contenant seulement les substances de détonation extrêmement peu sensibles (1.6N)

S Substance ou article ainsi emballé ou conçu que tous les effets dangereux résultant du fonctionnement accidentel sont limités dans la mesure où ils de manière significative ne gênent pas ou n'interdisent pas la lutte contre l'incendie ou d'autres efforts de réponse de secours à proximité immédiate du paquet (1.4S)

Explosifs exotiques

En plus des explosifs chimiques, là existe des variétés d'un matériel explosif plus exotique, et des méthodes théoriques de causer des explosions. Les exemples incluent explosifs nucléaires, antimatière et abruptement chauffant une substance avec un à haute intensité laser ou arc électrique.

Bas explosifs

A à explosion tardive est habituellement un mélange d'a combustible substance et oxydant cela se décompose rapidement (déflagration); à la différence de la plupart des hauts explosifs, qui sont des composés[la citation a eu besoin].

Dans des conditions normales, les bas explosifs subissent déflagration aux taux qui changent d'uns centimètres par seconde approximativement à 400 mètres par seconde. Il est possible que ils déflagrent très rapidement, produisant un effet semblable à une détonation. Ceci se produit habituellement une fois mis à feu dans un espace confiné.

De bas explosifs sont normalement utilisés As propulseurs. Sont inclus dans ce groupe poudres de pistolet, pyrotechnie et dispositifs d'illumination comme fusées.

Hauts explosifs

Hauts explosifs sont normalement utilisés dans les mines, la démolition, et les ogives militaires. Ils subissent la détonation aux taux de 1.000 à 9.000 mètres par seconde. De hauts explosifs sont par convention subdivisés en deux classes différenciées par sensibilité :

  • Explosifs primaires soyez extrêmement sensible à mécanique choc, frottement, et chaleur, à laquelle ils répondront en brûlant rapidement ou la détonation.
  • Explosifs secondaires, également appelé explosifs bas, soyez relativement peu sensible au choc, au frottement, et à la chaleur. Ils peuvent brûler une fois exposés à la chaleur ou la flamme dans petit, unconfined des quantités, mais la détonation peut se produire. Ceux-ci sont parfois ajoutés dans un peu à chapeaux soufflants pour amplifier leur puissance. Dynamite, TNT, RDX, PETN, HMX, et d'autres sont les explosifs secondaires. PETN est souvent considéré un composé de repère, avec les matériaux qui sont plus sensibles que PETN étant classifié en tant qu'explosifs primaires.

Quelques définitions ajoutent une troisième catégorie :

  • Explosifs tertiaires, également appelé agents explosifs, soyez si peu sensible au choc qu'ils ne peuvent pas être sûrement détonés par des quantités pratiques d'explosif primaire, et exigez à la place une intermédiaire propulseur explosif de l'explosif secondaire. Les exemples incluent un mélange de nitrate d'ammonium/fioul (ANFO) et explosifs de boue ou « de sac humide ». Ceux-ci sont principalement employés dans des opérations à grande échelle d'exploitation et de construction.

Notez que beaucoup sinon la plupart des composés chimiques explosifs peuvent utilement déflagrez aussi bien que détonez, et êtes employé dans la haute aussi bien que les compositions à explosion tardive. Ceci signifie également que dans des conditions extrêmes, un propulseur peut détoner. Par exemple, nitrocellulose déflagre si mis à feu, mais détone si lancé par un détonateur.

Détonation d'une charge explosive

train explosif, également appelé ordre de déclenchement ou train mettant le feu, est l'ordre des frais qui progresse des niveaux relativement bas de l'énergie pour lancer le matériel explosif final ou la charge principale. Il y a de bas- et explosifs puissants trains. Les trains à explosion tardive sont aussi simples comme cartouche de fusiller, y compris une amorce et une charge de propulseur. les trains de Haut-explosifs peuvent être plus complexes, ou en deux étapes (par exemple, détonateur et dynamite) ou en trois étapes (par exemple, détonateur, propulseur de l'explosif primaire, et de la charge principale de l'explosif secondaire). Des détonateurs sont souvent faits à partir tetryl et fulminates.

Composition du matériel

Un explosif peut se composer de l'un ou l'autre un composé chimiquement pur, comme nitroglycérine, ou un mélange d' oxydant et a carburant, comme poudre noire.

Mélanges d'un oxydant et d'un carburant

oxydant est une substance pure (molécule) qui dans une réaction chimique peut contribuer quelques atomes d'un ou plusieurs éléments de oxydation, dans lesquels carburant composant des brûlures explosives. Au niveau le plus simple, l'oxydant peut lui-même être une oxydation élément, comme gazeux ou liquide l'oxygène.

Composés chimiquement purs

Quelques composés chimiques sont instables dans celui, une fois choqués, ils réagissent, probablement au point de détonation. Chaque molécule du composé dissocie dans des molécules deux ou plus nouveaux (généralement gaz) avec le dégagement de l'énergie.

  • Nitroglycérine: Un liquide extrêmement instable et sensible.
  • Peroxyde d'acétone: Un blanc très instable peroxyde organique
  • TNT: Cristaux peu sensibles jaunes qui peuvent être fondus et fonte sans détonation.
  • Nitrocellulose: Un polymère nitraté qui peut être un haut ou à explosion tardive selon le niveau et les états de nitration.
  • RDX, PETN, HMX: Explosifs très puissants qui peuvent être purs utilisé ou en explosifs en plastique.

Les compositions ci-dessus peuvent décrire la majorité du matériel explosif, mais un explosif pratique inclura souvent de petits pourcentages d'autres matériaux. Par exemple, dynamite est un mélange de nitroglycérine extrêmement sensible avec sciure, en poudre silice, ou le plus généralement la terre diatomée, qui agissent en tant que stabilisateurs. Des plastiques et les polymères peuvent être ajoutés aux poudres de grippage des composés explosifs ; des cires peuvent être incorporées pour les rendre plus sûrs pour manipuler ; aluminium la poudre peut être présentée pour augmenter des effets totaux d'énergie et de souffle. Des composés explosifs « sont également souvent alliés » : Des poudres de HMX ou de RDX peuvent être mélangées (typiquement par le fondre-bâti) au TNT pour former Octol ou Cyclotol.

Réaction explosive chimique

Un explosif chimique est un composé ou un mélange qui, sur l'application de la chaleur ou du choc, se décompose ou réarrange avec la rapidité extrême, rapportant beaucoup gaz et la chaleur. Beaucoup de substances pas d'habitude classées comme explosifs peuvent faire une, ou même deux, de ces choses. Par exemple, à températures élevées (> 2000°C) un mélange de azote et l'oxygène peut être fait pour réagir avec la grande rapidité et pour rapporter le produit gazeux oxyde nitrique; pourtant le mélange n'est pas un explosif puisqu'il n'évolue pas la chaleur, mais absorbe plutôt la chaleur.

N2 + O2 → 2NO - 43.200 calories (ou 180 kJ) par taupe de N2

Pour qu'un produit chimique soit un explosif, il doit montrer tout les suivre :

  • Expansion rapide (c.-à-d.. production rapide des gaz ou chauffage rapide des environnements)
  • Évolution de la chaleur
  • Rapidité de la réaction
  • Déclenchement de la réaction

Évolution de la chaleur

La génération de la chaleur en grande quantité accompagne chaque réaction chimique explosive. C'est ce dégagement de chaleur rapide qui fait augmenter et produire les produits gazeux de la réaction de la haute pressions. Cette génération rapide des pressions du gaz libéré constitue l'explosion. Il convient noter que le dégagement de chaleur avec la rapidité insuffisante ne causera pas une explosion. Par exemple, bien que livre de charbon rapporte à cinq fois autant la chaleur comme livre de nitroglycérine, le charbon ne peut pas être employé comme explosif parce que le taux auquel il rapporte cette chaleur est tout à fait lent.

Rapidité de la réaction

La rapidité de la réaction distingue la réaction explosive d'une réaction ordinaire de combustion par la grande vitesse avec laquelle elle a lieu. À moins que la réaction se produise rapidement, les gaz thermiquement augmentés seront absorbés dans le milieu, et il n'y aura aucune explosion. Encore, considérez un feu en bois ou de charbon. Car le feu brûle, il y a l'évolution de la chaleur et de la formation des gaz, mais ni l'un ni l'autre n'est libéré assez rapidement pour causer une explosion. Ceci peut être comparé à la différence entre la décharge d'énergie d'a batterie, qui est lent, et cela d'un flash condensateur comme cela dans a appareil-photo flash, qui libère son énergie d'un seul trait.

Déclenchement de la réaction

Une réaction doit être capable de l'lancement par l'application du choc ou de la chaleur à une petite partie de la masse du matériel explosif. Un matériel en lequel les trois premiers facteurs existent ne peut pas être accepté comme explosif à moins que la réaction puisse être faite pour se produire une fois désirée.

Sensibilisateur

Un sensibilisateur est un matériel particulaire en poudre ou fin qui est parfois employé pour créer les vides qui facilitent le déclenchement ou la propagation de l'onde de détonation. Il peut être aussi de pointe que les perles de verre ou aussi simple que des graines.

Explosifs militaires

Pour déterminer la convenance d'une substance explosive pour militaire utilisation, sa physique propriétés la nécessité d'abord soit étudiée. L'utilité d'un explosif militaire peut seulement être appréciée quand ces propriétés et les facteurs les affectant sont entièrement compris. Beaucoup d'explosifs ont été étudiés dans le passé pour déterminer leur convenance à militaire employez et les la plupart se sont avérées vouloir. Plusieurs de ceux ont trouvé acceptable pour avoir montré certaines caractéristiques qui sont considérées indésirables et limitent, en conséquence, leur utilité dans des applications militaires. Les conditions d'un explosif militaire sont rigoureuses, et très peu d'explosifs montrent le tout les caractéristiques nécessaire de les rendre acceptables pour des militaires étalonnage. Certaines des caractéristiques plus importantes sont discutées ci-dessous :

Disponibilité et coût

En raison des énormes demandes de quantité de la guerre moderne, des explosifs doivent être produits à partir des matières premières bon marché qui sont nonstrategic et disponibles dans la grande quantité. En outre, les opérations de fabrication doivent être raisonnablement simples, bon marché, et coffre-fort.

Sensibilité

Concernant un explosif, ceci se rapporte à la facilité avec de la laquelle il peut être mis à feu ou detonated-i.e., la quantité et intensité choc, frottement, ou la chaleur cela est exigé. Quand la limite sensibilité est employé, soin doit être pris pour clarifier quel genre de sensibilité est à l'étude. La sensibilité relative d'un explosif donné à l'impact peut changer considérablement de sa sensibilité au frottement ou à la chaleur. Certaines des méthodes d'essai déterminaient la sensibilité sont comme suit :

  • Impact La sensibilité est exprimée en termes de distance par laquelle un poids unifié doit être lâché pour faire éclater le matériel.
  • Frottement La sensibilité est exprimée en termes de ce qui se produit quand un pendule pesé érafle à travers le matériel (les ruptures, craquements, met à feu, et/ou éclate).
  • La chaleur La sensibilité est exprimée en termes de température au clignotant qui ou explosion du matériel se produit.

La sensibilité est une considération importante en choisissant un explosif pour un but particulier. L'explosif dans une projectile armor-piercing doit être relativement peu sensible, ou le choc de l'impact la ferait détoner avant qu'il ait pénétré au point désiré. Les objectifs explosifs autour des frais nucléaires sont également conçus pour être fortement peu sensibles, pour réduire au minimum le risque de détonation accidentelle.

Stabilité

Stabilité est la capacité d'un explosif d'être stocké en dehors détérioration.

Les facteurs suivants affectent la stabilité d'un explosif :

  • Constitution chimique. Le fait même que quelques composés chimiques communs peuvent subir l'explosion une fois de chauffage indique qu'il y a quelque chose de instable en leurs structures. Tandis qu'aucune explication précise n'a été développée pour ceci, on l'identifie généralement que certains groupes radicaux, nitrite (- NON2), nitrate (- NON3), et azoture (- N3), soyez intrinsèquement en état de contrainte interne. L'augmentation de la contrainte par le chauffage peut causer une rupture soudaine de molécule et explosion conséquente. Dans certains cas, cet état d'instabilité moléculaire est si grand que la décomposition ait lieu aux températures ordinaires.
  • La température du stockage. Le taux de décomposition des explosifs augmente à températures élevées. Tous les explosifs militaires standard peuvent être considérés comme pour avoirs un degré élevé de stabilité aux températures du °C -10 à +35, mais chacun a une température derrière la à laquelle le taux décomposition accélère rapidement et la stabilité est réduite. En général, la plupart des explosifs deviennent dangereusement instables aux températures excédant 70 °C.
  • Exposition au le soleil. Si exposé au ultra-violet rayons du soleil, beaucoup de composés d'explosif qui contiennent azote les groupes se décomposeront rapidement, affectant leur stabilité.
  • Décharge électrique. Électrostatique ou étincelle la sensibilité au déclenchement est commune à un certain nombre d'explosifs. La charge statique ou toute autre décharge électrique peut être suffisante pour inspirer la détonation dans quelques circonstances. En conséquence, la manipulation sûre des explosifs et pyrotechnie exige presque toujours fondre électrique de l'opérateur.

Puissance

Le terme « puissance » (ou plus correctement, exécution) pour un explosif se rapporte à sa capacité d'effectuer le travail. Dans la pratique il est défini pendant que la capacité de l'explosif d'accomplir ce qui est prévu de la manière de la distribution d'énergie (c.-à-d., la projection de fragment, jet d'air, à haute vitesse voyage en jet, choc et énergie sous-marine de bulle, etc.). La puissance ou l'exécution explosive est évaluée par une série travaillée d'essais pour évaluer le matériel pour son usage prévu. Des essais énumérés ci-dessous, l'expansion de cylindre et les essais de jet d'air sont communs à la plupart des programmes d'essai, et les autres soutiennent des applications spécifiques.

  • Essai d'expansion de cylindre. Une quantité standard d'explosif est chargée dans une longue cavité cylindre, habituellement du cuivre, et détoné à une extrémité. Des données sont rassemblées au sujet du taux d'expansion radiale de la vitesse de mur de cylindre et de cylindre de maximum. Ceci établit également l'énergie ou les 2 de GurneyE.
  • Fragmentation de cylindre. Un cylindre en acier standard est chargé avec explosif et détoné dans un puits de sciure. fragments sont rassemblés et la distribution de grandeurs sont analysées.
  • Pression de détonation (État de Colporteur-Jouguet). Détonation pressurisez les données dérivées des mesures des ondes chocs transmises dans l'eau par la détonation des frais explosifs cylindrique d'une taille standard.
  • Détermination de diamètre critique. Cet essai établit la taille physique minimum qu'une charge d'un explosif spécifique doit être de soutenir sa propre onde de détonation. Le procédé implique la détonation d'une série de frais de différents diamètres jusqu'à ce qu'on observe la difficulté dans la propagation d'onde de détonation.
  • vitesse de détonation d'Infini-diamètre. La vitesse de détonation dépend de la densité de chargement (c), du diamètre de charge, et de la taille de grain. La théorie hydrodynamique de détonation utilisée en prévoyant des phénomènes explosifs n'inclut pas le diamètre de la charge, et donc d'une vitesse de détonation, pour une charge imaginaire de Infini diamètre. Ce procédé exige d'une série de frais de la mêmes densité et structure physique, mais de différents diamètres, d'être mis le feu et les vitesses résultantes de détonation d'être extrapolés pour prévoir la vitesse de détonation d'une charge de diamètre infini.
  • Pression contre la distance mesurée. Une charge de taille spécifique est détonée et ses effets de pression est mesurés à une distance standard. Les valeurs obtenues sont comparées à celle pour le TNT.
  • Impulsion contre la distance mesurée. Une charge de taille spécifique est détonée et son impulsion (le secteur sous la courbe de pression-temps) est mesurée contre la distance. Les résultats sont tabulés et exprimés en équivalent de TNT.
  • Énergie relative de bulle (RBE). Des 5 - à la charge de 50 kilogrammes est détoné dans l'eau et les mesures piézoélectriques mesurent la pression maximale, la constante de temps, l'impulsion, et l'énergie.
Le RBE peut être défini As KX 3
RBE = Ks
là où K = période d'expansion de bulle pour expérimental (X) ou norme (s) charge.

Brisance

Article principal : Brisance

En plus de la force, les explosifs montrent une deuxième caractéristique, qui est leur effet ou brisance de éclatement (de la signification française « à casser »), qui sont distingués de leur capacité de travail totale. Un réservoir éclatant de propane peut libérer plus d'énergie chimique qu'une once de nitroglycérine, mais le réservoir réduirait en fragments probablement dans de grands morceaux de métal tordu, alors qu'une enveloppe en métal autour de la nitroglycérine serait pulvérisée. Cette caractéristique est d'importance pratique en déterminant l'efficacité d'une explosion en réduisant des coquilles en fragments, enveloppes de bombe, grenades, et semblables. La rapidité avec laquelle un explosif atteint sa pression maximale est une mesure de son brisance. Des valeurs de Brisance sont principalement utilisées en France et en Russie.

L'essai d'écrasement de sable est généralement utilisé pour déterminer le brisance relatif par rapport au TNT. Aucun essai n'est capable de comparer directement les propriétés explosives de deux ou plus des composés ; il est important d'examiner les données de plusieurs tels essais (l'écrasement de sable, trauzl, et ainsi de suite) afin de mesurer le brisance relatif. Les valeurs vraies pour la comparaison exigeront des expériences sur le terrain.

Densité

Densité du chargement se rapporte à la masse d'un explosif par volume unitaire. Plusieurs méthodes de chargement sont disponibles, y compris le chargement de granule, le chargement de fonte, et le chargement de pression ; celui utilisé est déterminé par les caractéristiques de l'explosif. On peut obtenir la personne à charge sur la méthode utilisée, une densité moyenne de la charge chargée qui est à moins de 80-99% de la densité maximum théorique de l'explosif. La densité élevée de charge peut réduire sensibilité par la fabrication la masse plus résistant à interne frottement. Cependant, si la densité est augmentée dans la mesure où individu cristaux sont écrasés, l'explosif peut devenir plus sensible. La densité accrue de charge permet également l'utilisation de plus explosif, augmentant de ce fait la puissance du ogive. Il est possible de comprimer un explosif au delà d'un point de sensibilité, connu également comme « mort-serrant, » dans ce que le matériel n'est plus capable sûrement de l'lancement, le cas échéant.

Volatilité

Volatilité, ou la promptitude avec laquelle une substance se vaporise, est une caractéristique indésirable en explosifs militaires. Les explosifs doivent n'être pas plus que légèrement volatils à la température à laquelle ils sont chargés ou à leur température élevée de stockage. La volatilité excessive a souvent comme conséquence le développement de la pression dans des ronds des munitions et la séparation des mélanges dans leurs constituants. La stabilité, comme mentionnée avant, est la capacité d'un explosif de se lever dans des conditions de stockage sans détériorer. La volatilité affecte la composition chimique de l'explosif tels qu'une réduction marquée de la stabilité peut se produire, qui a comme conséquence une augmentation du danger de la manipulation. La volatilité maximale permise est de 2 ml de gaz évolués en 48 heures.

Hygroscopicité

L'introduction de l'eau dans un explosif est fortement indésirable puisqu'il réduit la sensibilité, la force, et la vitesse de la détonation de l'explosif. Hygroscopicité est employé comme mesure des tendances humidité-absorbantes d'un matériel. L'humidité affecte des explosifs défavorablement en agissant en tant que matériel inerte qui absorbe la chaleur une fois vaporisé, et en agissant en tant que milieu dissolvant qui peut causer des réactions chimiques peu désirées. La sensibilité, la force, et la vitesse de la détonation sont réduites par les matériaux inertes qui réduisent la continuité de la masse explosive. Quand le contenu d'humidité s'évapore pendant la détonation, le refroidissement se produit, qui réduit la température de la réaction. La stabilité est également affectée par la présence de l'humidité puisque l'humidité favorise la décomposition de l'explosif et, en outre, cause la corrosion du récipient en métal de l'explosif. Pour toutes ces raisons, l'hygroscopicité doit être négligeable en explosifs militaires.

Toxicité

En raison de leur structure chimique, la plupart des explosifs sont toxiques dans une certaine mesure. Puisque l'effet toxique peut changer d'un mal de tête doux aux dommages sérieux des organes internes, le soin doit être pris à la toxicité de limite en explosifs militaires à un minimum. N'importe quel explosif de la toxicité élevée est inacceptable pour l'usage de militaires. Les gaz explosifs de produit peuvent également être toxiques.

Mesure de la réaction explosive chimique

Le développement des types nouveaux et améliorés de munitions exige un programme continu de recherche et de développement. L'adoption d'un explosif pour un usage particulier est basée sur la les deux terre et essais s'avérants de service. Avant ces essais, cependant, des évaluations préliminaires des caractéristiques de l'explosif sont faites. Les principes de thermochimie sont appliqués pour ce processus.

La thermochimie est concernée par les changements de l'énergie interne, principalement comme chaleur, dans des réactions chimiques. Une explosion se compose d'une série de réactions, fortement exothermique, impliquant la décomposition des ingrédients et de la recombinaison pour former les produits de l'explosion. Des changements d'énergie des réactions explosives sont calculés des lois chimiques connues ou par l'analyse des produits.

Pour la plupart des réactions communes, les tables basées sur le calcul rapide de laiss précédente d'investigations de l'énergie change. Produits d'un explosif restant dans un fermé bombe calorimétrique (une explosion de constant-volume) après refroidissement de la bombe de nouveau à la température ambiante et à la pression sont rarement les participants à l'instant de température maximale et de pression. Puisque seulement les produits finals peuvent être analysés commodément, les méthodes indirectes ou théoriques sont employées souvent pour déterminer les valeurs de température maximale et de pression.

Certaines des caractéristiques importantes d'un explosif qui peut être déterminé par de tels calculs théoriques sont :

  • Équilibre de l'oxygène
  • La chaleur de l'explosion ou de la réaction
  • Volume de produits d'explosion
  • Potentiel de l'explosif

Équilibre de l'oxygène (OB%)

Article principal : Équilibre de l'oxygène

Équilibre de l'oxygène est une expression qui est employée pour indiquer le degré auquel un explosif peut être oxydé. Si une molécule explosive contient le juste assez d'oxygène pour convertir tout son carbone en anhydride carbonique, tout son hydrogène en eau, et tout son métal en oxyde de métal sans l'excès, on dit que la molécule a un équilibre nul de l'oxygène. On dit que la molécule a un équilibre positif de l'oxygène si elle contient plus d'oxygène qu'est nécessaire et un équilibre négatif de l'oxygène s'il contient moins d'oxygène qu'est nécessaire. La sensibilité, force, et brisance d'un explosif sont tous les quelque peu dépendants sur l'équilibre de l'oxygène et tendent à approcher leurs maximum pendant que l'équilibre de l'oxygène approche zéro.

La chaleur de l'explosion

Quand un composé chimique est formé de ses constituants, la chaleur peut être absorbée ou libérée. La quantité de la chaleur absorbée ou dégagée pendant la transformation s'appelle la chaleur de la formation. Chauffe des formations pour des solides et les gaz ont trouvé dans des réactions explosives ont été déterminés pour une température du °C 15 et de la pression atmosphérique, et sont normalement donnés dans les unités des kilocalories par gramme-molécule. (Voir le tableau 12-1). Une valeur négative indique que la chaleur est absorbée pendant la formation du composé de ses éléments ; une telle réaction s'appelle une réaction endothermique.

La convention arbitraire habituellement utilisée dans des calculs thermochimiques simples est de prendre des teneurs en chaleur de tous les éléments en tant que zéro dans le leur états standard à toutes les températures (état standard étant défini en tant que conditions normales ou ambiantes). Puisque la chaleur de la formation d'un composé est la différence nette entre la teneur en chaleur du composé et celle de ses éléments, et puisque les derniers sont pris en tant que zéro par convention, elle suit que la teneur en chaleur d'un composé est égale à sa chaleur de formation dans de tels calculs non-rigoureux. Ceci mène au principe de l'état initial et final, qui peut être exprimé comme suit : « La quantité nette de la chaleur libérée ou absorbée dans n'importe quelle modification chimique d'un système dépend seulement des états initiaux et finals du système, si la transformation a lieu au volume constant ou à la pression constante. C'est complètement indépendant des transformations intermédiaires et du temps requis pour les réactions. « De ceci qu'il suit que la chaleur libérée dans n'importe quelle transformation accomplie par des réactions successives est la somme algébrique de chauffe libéré ou absorbé dans les multiples réactions. Considérez la formation de l'explosif original de ses éléments comme réaction intermédiaire dans la formation des produits de l'explosion. La quantité nette de la chaleur libérée pendant une explosion est la somme de chauffe de la formation des produits de l'explosion, sans la chaleur de la formation de l'explosif original. La différence nette entre chauffe des formations des réactifs et des produits dans une réaction chimique se nomme la chaleur de la réaction. Pour l'oxydation cette chaleur de la réaction peut se nommer la chaleur de la combustion.

En matériaux explosifs de technologie seulement qui sont exothermiquequ'ayez une chaleur de la réaction cause dont la libération nette chaleur-soyez d'intérêt. Par conséquent, dans ce contexte, pratiquement tout chauffe de la réaction est positif. La chaleur de réaction est mesurée dans des états de pression constante ou de volume constant. C'est cette chaleur de la réaction qui peut être correctement exprimée comme la « chaleur de l'explosion. »

Équations chimiques de équilibrage d'explosion

Afin d'aider à équilibrer des équations chimiques, un ordre de priorité est présenté dans le tableau 12-1. Les explosifs contenant C, H, O, et N et/ou un métal formeront les produits de la réaction dans l'ordre prioritaire montré. Une certaine observation que vous pourriez vouloir pour faire pendant que vous équilibrez une équation :

  • La progression est de haut en bas ; vous pouvez sauter les étapes qui ne sont pas applicables, mais vous ne soutenez jamais.
  • À chacun l'étape séparée là ne sont jamais plus de deux compositions et deux produits.
  • À la conclusion l'équilibrage, de l'azote, de l'oxygène, et de l'hydrogène élémentaires sont toujours trouvés en forme diatomique.
Tableau 12-1. Ordre de priorité
Priorité Composition d'explosif Produits de décomposition Phase des produits
1 Un métal et un chlore Chlorure métallique Plein
2 Hydrogène et chlore HCl Gaz
3 Un métal et un oxygène Oxyde métallique Plein
4 Carbone et oxygène Co Gaz
5 Hydrogène et l'oxygène H2O Gaz
6 Oxyde de carbone et oxygène Co2 Gaz
7 Azote N2 Gaz
8 L'oxygène excessif O2 Gaz
9 Hydrogène excessif H2 Gaz
10 Carbone excessif C Plein

Exemple, TNT:

C6H2(NON2)3Ch3; constituants : 7C + 5H + 3N + 6O

En utilisant l'ordre de priorité dans le tableau 12-1, la priorité 4 donne les premiers produits de réaction :

7C + 6O → 6CO avec une mole de carbone de restant

Après, puisque tout oxygène a été combiné avec le carbone pour former la Co, la priorité 7 a comme conséquence :

3N → 1.5N2

En conclusion, résultats prioritaire 9 dans : 5H → 2.5H2

L'équation équilibrée, montrant les produits de la réaction résultant de la détonation du TNT est :

C6H2(NON2)3Ch3 → 6CO + 2.5H2 + 1.5N2 + C

Notez que des taupes partielles sont autorisées dans ces calculs. Le nombre de taupes du gaz formées est 10. Le carbone de produit est un solide.

Volume de produits d'explosion

La loi d'Avogadro déclarer que les volumes égaux de tous les gaz dans les mêmes conditions de la température et de la pression contiennent le même nombre de molécules, c'est-à-dire, volume molaire d'un gaz est égal au volume molaire de n'importe quel autre gaz. Le volume molaire de n'importe quel gaz à 0°C et sous la pression atmosphérique normale est presque tout à fait 22.4 litres. Ainsi, vu la réaction de nitroglycérine,

C3H5(NON3)3 → 3CO2 + 2.5H2O + 1.5N2 + 0.25O2

l'explosion d'un mole de nitroglycérine produit 3 moles de Co2, 2.5 moles de H2O, 1.5 mole de N2, et 0.25 mole d'O2, tous dans l'état gazeux. Puisqu'un volume molaire est le volume d'une mole de gaz, un mole de nitroglycérine produit 3 + 2.5 + 1.5 + 0.25 = 7.25 volumes molaires de gaz ; et ces volumes molaires à 0°C et à pression atmosphérique forment un volume réel de × 7.25 22.4 = 162.4 litres de gaz.

Basé sur ce commencement simple, il peut voir que le volume des produits de l'explosion peut être prévu pour n'importe quelle quantité de l'explosif. De plus, par l'utilisation La loi de Charles pour les gaz parfaits, le volume des produits de l'explosion peut également être calculé pour n'importe quelle température indiquée. Cette loi déclare qu'à une pression constante un gaz parfait augmente 1/273.15 de son volume à 0 °C, pour chaque degré Celsius de l'élévation de la température.

Par conséquent, au °C 15 (288.15 Kelvin) le volume molaire d'un gaz idéal est

V15 = 22.414 (288.15/273.15) = 23.64 litres par mole

Ainsi, au °C 15 le volume de gaz produit par la décomposition explosive d'un mole de nitroglycérine devient

V = (23.64 l/mol) (7.25 moles) = 171.4 l

Force explosive

Article principal : Force (explosive)

potentiel d'un explosif est tout le travail qui peut être effectué par le gaz résultant de son explosion, une fois augmenté adiabatique de son volume original, jusqu'à ce que sa pression soit réduite à la pression atmosphérique et à sa température à 15 °C. Le potentiel est donc toute la quantité de la chaleur dégagée au volume constant une fois exprimé en unités équivalentes de travail et est une mesure de la force de l'explosif.

Exemple des calculs thermochimiques

La réaction de PETN sera examinée comme exemple des calculs thermochimiques.

PETN : C (CH2ONO2)4
Poids moléculaire = 316.15 g/mol
La chaleur de la formation = 119.4 kcal/mole

(1) équilibrent l'équation de réaction chimique. En utilisant le tableau 12-1, la priorité 4 donne les premiers produits de réaction :

→ 5C + 12O 5CO + 7O

Après, l'hydrogène combine avec l'oxygène restant :

8H + 7O → 4H2O + 3O

Alors l'oxygène restant combinera avec la Co pour former la Co et la Co2.

→ 5CO + 3O 2CO + 3CO2

Enfin l'azote restant forme dans son état normal (N2).

4N → 2N2

L'équation équilibrée de réaction est :

C (CH2ONO2)4 → 2CO + 4H2O + 3CO2 + 2N2

(2) déterminent le nombre de volumes molaires de gaz par mole. Puisque le volume molaire d'un gaz est égal au volume molaire de n'importe quel autre gaz, et puisque tous produits de la réaction de PETN sont gazeux, le nombre résultant de volumes molaires de gaz (Nm) est :

Nm = 2 + 4 + 3 + 2 = 11 Vmolaire/mol

(3) déterminent le potentiel (capacité pour effectuer le travail). Si toute la chaleur libérée par un explosif sous le volume constant conditionne (Qm) est converti en unités équivalentes de travail, le résultat est le potentiel de cela explosif.

La chaleur libérée au volume constant (Qsystème mv) est équivalent au libéré à la pression constante (QMP) plus cette chaleur a converti en travail en augmentant le milieu environnant. Par conséquent, Qsystème mv = QMP + travail (converti).

a. QMP = Qfi (produits) - Qfk (réactifs)
là où : Qf = la chaleur de la formation (voir le tableau 12-1)
Pour la réaction de PETN :
QMP = 2 (26.343) + 4 (57.81) + 3 (94.39) - (119.4) = 447.87 kcal/mole
(Si le composé produisait un oxyde métallique, cette chaleur de formation serait incluse dedans QMP.)
b. Travail = 0.572Nm = 0.572 (11) = 6.292 kcal/mole
Comme précédemment indiqué, Qsystème mv converti en unités équivalentes de travail est pris comme potentiel de l'explosif.
c. Potentiel J = Qsystème mv (4.185 × 106 kilogramme) (MW) = 454.16 (4.185 × 106) 316.15 = 6.01 × 106 J kilogramme
Ce produit peut alors être employé pour trouver la force relative (RS) de PETN, qui est
d. RS = × 6.01 10 du pot (PETN) =6 = 2.21 mettent en pot (TNT) 2.72 le × 106

Voyez également

Références

  • Office de recherches d'armée. Éléments de la technologie d'armement (partie une). Washington, C.C : LES États-Unis Commande de Materiel d'armée, 1964.
  • Commandant, commande navale de systèmes d'artillerie. Essais de sûreté et de performance pour la qualification des explosifs. NAVORD OD 44811. Washington, C.C : GPO, 1972.
  • Commandant, commande navale de systèmes d'artillerie. Principes fondamentaux de systèmes d'armes. NAVORD 3000 OP, vol. 2, 1er inverseur. Washington, C.C : GPO, 1971.
  • Départements de l'armée et de l'Armée de l'Air. Explosifs militaires. Washington, C.C : 1967.
  • Plaquettes dangereuses de transport de matériaux d'USDOT
  • Agence suisse pour l'environnement, les forêts, et le Landscap. « Occurrence et pertinence des polluants organiques dans le compost, le digestate et les résidus organiques », Recherche pour l'agriculture et la nature. 8 novembre 2004. p 52, 91, 182.

Liens externes

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