Kuidas uurida lõhkeainete keemiat

Lõhkeainetel on võime inimesi erutada ja hirmutada, alates paugutitest kuni tuumapommideni. Esimene teadaolev lõhkeainete kasutamine kuulus hiinlastele, kes kasutasid neid pidustustel. Hiljem kohandati need kasutamiseks sõdades, kaevandustööstuses, ehituses ja lammutamisel ning paljudes muudes rakendustes. Igal juhul vajate töö jaoks õiget lõhkeainet, vastasel juhul seate ennast ja teisi ohtu. Plahvatusohtlike kemikaalide mõistmine algab erinevat tüüpi lõhkeainete tundmaõppimisest, plahvatusega kaasnevate keemiliste protsesside tundmisest ja mittekeemiliste plahvatuste peale mõtlemisest.

1
Tuvastage esmased lõhkeained. Peamised lõhkeained on laias laastus määratletud kui lõhkeained, mis plahvatavad reaktsiooni käivitamiseks ilma plahvatuseta. Põhimõtteliselt tähendab see, et esmased lõhkeained on kõige kergemini plahvatav klass. See lõhkeainete klass on ülitundlik temperatuurimuutuste, elektrivoolu, elektromagnetilise kiirguse või ühendile mõjuva jõu või rõhu muutuste suhtes. Neid kasutatakse näiteks ilutulestiku ja korkide valmistamiseks. Näiteks nitroglütseriini saab käivitada lihtsalt pudelit raputades või maha visates. See muudab selle käsitsemise väga ohtlikuks. Lõhkekübarad on lõhkeseadeldised, mida kasutatakse teise lõhkeseadeldise käivitamiseks.

2
Mõistke sekundaarseid lõhkeaineid. Sekundaarsed lõhkeained koosnevad ühenditest, mis on palju stabiilsemad kui esmased lõhkeained. See tähendab, et nende käivitamiseks on vaja palju energiat ja need ei sütti kergesti, kui neid purgis, kuumutada või põrutada. Selle asemel detoneeritakse sekundaarsed lõhkeained, kasutades reaktsiooni käivitamiseks primaarset lõhkeainet (nt lõhkekorki). Dünamiit on sekundaarse lõhkeaine näide. Teise astme lõhkeained, tertsiaarsed lõhkeained (või lõhkeained), nõuavad primaarse lõhkeaine detoneerimist. lõhkeaine, millele järgneb sekundaarne lõhkeaine süttimiseks. Neid kasutatakse tavaliselt sellistes tööstusharudes nagu kaevandus ja nende eeliseks on see, et need on väga stabiilsed ja transporditavad (nt ammooniumnitraadi/kütteõli segu, ANFO).

3
Tehke vahet kõrge ja madala lõhkeaine vahel. Kõrge ja madal viitavad põlemiskiirusele. Madal lõhkeained põletavad ainult ühendi pinnakihti, kuigi need põlevad väga kiiresti (ilutulestik ja püssirohi on vähese lõhkeainega). Kui tegemist on tugeva lõhkeainena klassifitseeritud ühenditega, plahvatab kogu mass praktiliselt üheaegselt (mõne millisekundi jooksul). Madallõhkeained sobivad ideaalselt kasutamiseks raketikütusena, samas kui tugevlõhkeaineid kasutatakse ehituses, kaevandamises ja sõjalistel eesmärkidel. Mõlemat tüüpi lõhkeainetel võib olla ka muid kasutusviise. Veel üks eristus tugevate ja madalate lõhkeainete vahel on survevajadus. Vähesed lõhkeained plahvatavad ainult siis, kui põlemisreaktsioon on ohjeldatud ja tekitab survet. Tugevad lõhkeained plahvatavad olenemata nende konteinerist (või selle puudumisest).

4
Tutvuge tuumalõhkeainetega. Kui paljud vähese plahvatusohtlikud ja suure plahvatusohtlikud kemikaalid on rafineerituna ja ümbertöötlemisel end inimkonna ajaloost sisse ja välja saanud, sünnitas 20. sajand uue klassi lõhkeseadeldisi. Tuumaplahvatused tekivad siis, kui aatomi tuum lõhestatakse suure kiirusega osakeste poolt. Seejärel tabavad selle aatomi fragmendid teiste aatomite tuuma, luues ahelreaktsiooni, mis vabastab tohutul hulgal aatomienergiat. Seda tehnoloogiat on kasutatud elektri tootmiseks ja inimkonnale teadaolevalt surmavaima relvaklassi loomiseks.

5
Tutvuge põlemisprotsessiga. Põlemine on keemiline protsess, mille käigus süsivesinikud ja hapnik reageerivad, vabastades energiat ning moodustades süsinikdioksiidi (CO2) ja vett (H2O). Seda nimetatakse tavaliselt “põletamiseks”. Näiteks kui süütate puutüki põlema, reageerivad puidus olevad süsivesinikahelad kiiresti hapnikuga (või oksüdeeruvad). Reaktsioon on eksotermiline (eraldub). energia) ning energia vabaneb soojuse ja valguse (leegi) kujul. See protsess on sama protsess, mille käigus plahvatavad vähesel määral lõhkeained. Näiteks mõelge, mis juhtub püssirohu süütamisel. Säde annab vajaliku energia reaktsiooni käivitamiseks ja seejärel süsinik oksüdeerub Kiire gaasi (CO2 ja H2O) moodustumine lükkab kuuli relvast välja.

6
Näidake paisuvate gaaside mõju. Väikesed lõhkeained tekitavad plahvatuse, mis muudab tahke või vedeliku põlemisel kiiresti gaasiks. Üldiselt gaasid paisuvad (suurendavad oma mahtu) rohkem kui vedel või tahke aine. Kuna need on sees ja mahtu ei saa suurendada, suureneb rõhk mahuti sees. Kui anum ei suuda enam rõhku hoida, tormab kogu gaas korraga välja, tekitades plahvatuse. Boyle’i seadus ütleb, et gaasi rõhk on pöördvõrdeline selle mahuga. Seega, mida väiksem on ruumala, seda suurem on rõhk ja vastupidi. Gaaside paisumise ja kokkutõmbumise mõju saate julgelt jälgida õhupalliga. Enamik lõhkeaineid kasutab molekule, mis moodustavad lagunemisel gaasi. Näiteks TNT toodab suurtes kogustes gaasilist lämmastikku, kui molekulidevahelised sidemed on katkenud. Elektrone eemaldavad molekulid (tavaliselt lämmastik või hapnik) on sageli üksteisega ebastabiilselt seotud. See muudab plahvatusohtliku materjali kalduvaks nende sidemete purunemiseks, et moodustada gaas (näiteks O2 või N2).

7
Mõelge aktiveerimisbarjääridele. Lihtsamalt öeldes on aktiveerimisbarjäär energia hulk, mis tuleb keemilisse süsteemi sisestada enne, kui see süsteem reageerib. Esmastel lõhkeainetel on madal aktiveerimisbarjäär (mõned neist saate juhusliku põrutusega välja lülitada). Sekundaarsetel lõhkeainetel on kõrge aktivatsioonibarjäär (reaktsiooni käivitamiseks on vaja plahvatust). Madalatel lõhkeainetel on tavaliselt madal aktivatsioonibarjäär (tundlikkus kuumuse suhtes), samas kui tugevatel lõhkeainetel võib mõnel juhul olla madal aktivatsioonibarjäär (mõelge nitroglütseriinile) ja muudel juhtudel kõrge aktivatsioonibarjäär (mõelge C-4-le). Kõrge aktivatsioonibarjääriga ühendeid võib aktiveerimisbarjääri vähendamiseks segada teiste ühenditega. Näiteks peab termiit süttimiseks jõudma ligikaudu 2000  °F (1090 °C), kuid sõjalise kvaliteediga termiit (TH3) sisaldab süütetemperatuuri alandavaid lisandeid.

8
Kujutage ette plahvatust, mis ei nõudnud keemilist reaktsiooni. Mehaaniline plahvatus toimub ilma keemilise reaktsioonita. Sel juhul tekib konteineris olev rõhk selle vedeliku (vedeliku või gaasi) sisu füüsikaliste omaduste ja keskkonna tõttu, millega konteiner kokku puutub. Kui rõhk ületab mahuti mahutavuse, puruneb anum ja sees olev vedelik paisub kiiresti, põhjustades plahvatuse. Mehaanilise plahvatuse näide on rehvi läbipuhumine.

9
Mõelge konteineri mõjule. Mehaanilise plahvatuse korral mängib mahuti tugevus plahvatuse tugevuses olulist rolli. Tavaliselt, mida suuremat survet mahuti suudab hoida, seda suurem on plahvatus, kui see ebaõnnestub. Samuti mõjutab konteineri seisukord seda, kui kergesti see ebaõnnestub. Kahjustatud konteiner läheb rikki kiiremini kui heas seisukorras. Anuma muud omadused võivad muuta, kui kiiresti rõhk konkreetses olukorras tõuseb.Näiteks mahuti, mis juhib kergesti soojust, laseb vedelikul paisuda kiiremini kui see, mis vedelikku isoleerib. Lõhutud rehvi näitel, kulunud rehv on palju tõenäolisem, kui uus rehv.

10
Mõelge muudele teguritele, mis võivad mehaanilisi plahvatusi mõjutada. Lisaks mahuti omadustele mõjutavad vedeliku enda omadused seda, kas plahvatus toimub või mitte. Esiteks on oluline tegur mahutis oleva vedeliku kogus. Teine oluline tegur on sees oleva vedeliku temperatuur ja see, kui palju energiat selle temperatuuri tõstmiseks kulub. Kui vedelik täidab ainult 50% mahutist, on sellel piisavalt ruumi paisuda. Seevastu 90% ulatuses täidetud anum jätab paisumisruumi vähe. Gay-Lussaci seaduse kohaselt on rõhk otseselt seotud temperatuuriga. Kui vedeliku temperatuur tõuseb (ja maht jääb samaks), suureneb ka rõhk.