Взрывчатые вещества на основе органических перхлоратов

2. Взрывчатые вещества на основе органических перхлоратов

Перхлораты органических соединений, в которых горючее и окислитель входят в состав одной и той же молекулы, в общем, гораздо более эффективны по взрывному действию, чем механические смеси, в которых органическое вещество и носитель кислорода находятся в виде отдельных твердых фаз. Ряд таких соединений был использован в прошлом для выяснения возможности применения их в качестве ВВ. Так, Мануэлли и Бернардини запатентовали использование в виде взрывчатых веществ перхлоратов бигуанида и гуанидина, а Ринтоул и Бекетт предложили применять в качестве дробящего взрывчатого вещества перхлорат дициандиамида самостоятельно или как компонент смеси. Это соединение, как установлено, обладает такой же взрывной силой, что и тринитротолуол, но не чувствительно к удару. В случае медленного нагревания оно начинает плавиться со слабым разложением при температуре около 200°С, полностью расплавляется при 300°С и взрывается при 378°С; оно относительно растворимо в воде, но менее гигроскопично, чем нитрат калия.

Лунгсгард рекомендовал употреблять в виде взрывчатых веществ перхлораты анилина, фенилендиаминов, бензидина, толуидинов, нафтиламинов, аминобензолов, антипирина, малахитового зеленого, фуксина, метилового фиолетового, пиридина, хинолина и цинхонина. Лунгсгард и Хербст запатентовали применение перхлоратов метиламинов – стабильных соединений, почти не боящихся воздействия влаги, за исключением [(CH₈)₂NH₂]C1O₄.

Комплексные соединения аммиака и гидразинов с хлоратами и перхлоратами ряда двухвалентных тяжелых металлов были исследованы Фридериком и Фарвурстом как возможные компоненты инициирующих ВВ, используемых в детонаторах. Установлено, что эти соединения обладают взрывчатыми свойствами, промежуточными между свойствами средств инициирования, например гремучей ртути, и вторичных ВВ, например тетрила (тринитрофенилметилнитроамин). Аналогичные соединения хлоратов расплываются на воздухе и быстро гидролизируются; они более чувствительны к удару, чем соответствующие соединения перхлоратов.

Комплексные координационные соединения гидразинов и хлоратов металлов оказались очень чувствительными к удару и не стабильными, особенно соль меди. Вследствие этого они, по-видимому, слишком опасны для обычного употребления, однако аналогичные производные перхлоратов гораздо менее чувствительны, и в первую очередь кадмиевая соль. Ряд солей тяжелых металлов указанных соединений изучены в сравнении с другими хорошо известными основными и вторичными взрывчатыми веществами. Применявшиеся методы исследования и полученные результаты подробно освещены в упомянутых выше работах.

Метилгидразин-перхлорат с небольшим количеством (1 – 2,5%) горючего материала, например крахмала, предложен как высоко эффективное взрывчатое вещество, обладающее хорошей стабильностью и низкой чувствительностью к удару; к нему можно добавлять до 10% порошка алюминия. Фогль запатентовал взрывчатое вещество, получаемое присоединением к этилендиамин-перхлорату пикриновой кислоты или других полиароматических соединений, содержащих ОН-группы. Такие ВВ, как можно ожидать, обладают высокой скоростью детонации и пригодны в качестве зарядов снарядов, промежуточных детонаторов или взрывателей.

3. Перхлораты для снаряжения взрывателей и пиротехники

 

Различные типы порошкообразных запалов (взрывателей)» горючие составы и подобные им смеси, используемые в зажигательных трубках, сигнальных ракетах и в пиротехнике, в общем, должны довольно медленно гореть. Многие из них содержат перхлораты или смеси перхлоратов и нитратов в качестве источника кислорода, необходимого для поддержания процесса горения. Например, горючий состав для железнодорожных сигнальных ракет может быть приготовлен из перхлората калия, серы, нитрата и углеродистого соединения, взятых в соотношениях, необходимых для достижения заданной скорости горения. Добавляя такие вещества, как соли бария или стронция, можно добиться окрашивания пламени, а присутствие небольших количеств хлората калия наряду с перхлоратом облегчает воспламенение; однако в смеси, к которой добавлен хлорат, недопустимо присутствие солей аммония.

Другие порошкообразные взрыватели, при действии которых почти или совсем не образуется газообразных продуктов горения, могут содержать тонко измельченный металл, например никель, алюминий или различные сплавы, вместе с окислителем, обычно нитратом или перхлоратом, или со смесью их обоих.

Применение недетонирующих перхлоратов органических ве­ществ, образующих совместно с солью-окислителем, например перхлоратом калия, горючий состав, запатентовано для употребления в качестве воспламенителя заряда детонатора в капсюлях-детонаторах. Перхлораты органических веществ, в частности перхлораты оксония, анилина и пиридина, не должны содержать способствующих взрыву диазо-, нитро- и азидо-групп.

Составы для бездымных осветительных ракет наряду с перхлоратом аммония в качестве окислителя могут включать некоторые соединения щелочно- или редкоземельных элементов, которые нагреваются до белого каления с помощью горючего, состоящего из шеллака или другого материала. Очень эффективные дымообразующие смеси можно приготовить из сульфаминовой кислоты и окислителя – перхлората калия или аммония. Смесь оптимального состава, состоящая приблизительно из 58% сульфаминовой кислоты и 42% перхлората аммония, дает быструю самораспространяющуюся реакцию, в результате которой происходит обильное дымообразование. В этом случае дым выделяется из продуктов сгорания, т. е. серного ангидрида и хлористого водорода, абсорбирующих влагу воздуха с образованием плотной туманообразной завесы.

4. Применение перхлоратов в ракетном топливе

Рассмотрим сначала некоторые общие сведения о ракетном топливе. Ракетные топлива вообще представляют собой взрывчатые вещества, процесс разложения которых протекает в режиме невзрывного горения. Однако эти вещества в определенных условиях могут взрываться, особенно при несоблюдении правил хранения.

На основе перхлоратов производят главным образом твердые ракетные топлива, используемые для снаряжения ракет и управляемых снарядов, буровых установок в нефтяной промышленности и для других целей. Однако возможно применение перхлоратов не только как компонентов твердого топлива. Так, Ханнум запатентовал употребление в камерах сгорания газовых турбин жидкого ракетного топлива, состоящего из суспензии тонко измельченного перхлората аммония в нитрометане (53,5% NH₄C1О₄ и 46,5% CH₃NO₂). Зальцман поставил вопрос о нагнетании газообразных продуктов сгорания твердого перхлоратного топлива в ракеты с жидкостным двигателем. Он привел данные, характеризующие теоретическую температуру пламени и состав этих продуктов.

В настоящее время в производстве ракетных топлив расходуется больше перхлоратов, чем во всех остальных отраслях промышленности, при этом потребление перхлоратов с каждым годом возрастает. В большинстве случаев применяется аммонийная соль, которая по своим свойствам приближается к идеальному твердому окислителю. Основными конкурентами перхлоратов являются нитраты, используемые главным образом в виде сложных эфиров (нитроцеллюлоза и нитроглицерин), и в несколько меньших количествах – в виде нитрата аммония.

Перхлораты обычно употребляют в смесевом твердом топливе в качестве единственного или главного окислителя, распределенного в основной массе горючего. Однако возможно использование их вместо нитратов в гомогенном твердом топливе или бездымных (коллоидальных) порохах в виде дополнительного окислителя, не отделенного от горючего. Для смесевого топлива с перхлоратами калия и аммония в качестве окислителей удельные импульсы на уровне моря соответственно равны 165 – 210 и 175 – 240 сек, в то время как для черного пороха при прочих равных условия они равны только 85 – 95 секунд.

Выводы

Урбанизация и возрастание численности населения мира приводит к необходимости использования все больших площадей под застройку, возрастает также необходимость в полезных ископаемых, которые добывают в карьерах в выработках. Все это требует проведения некоторых взрывных работ. В последнее время для их проведения все чаще используют перхлораты в смеси с другими веществами. Также перхлораты находят свое применение и в военном деле. Начиная с конца 70-ых годов в производстве сигнальных ракет, взрывчатых смесей и зарядов все больше используют перхлорат аммония, который при взрыве образует большое количество газообразных продуктов. Наибольшее распространение в военной промышленности имеет перхлорат аммония, особенно часто его используют армии США и Франции. При производстве ракетных топлив удельный вес перхлоратов постепенно снижается, и его используют только при снаряжении ракет небольшого радиуса действия – зенитных переносных комплексов, и т. п., метеорологических ракет, радиус действия которых составляет 2 – 30 км.

Список использованной литературы

 

1.         Глинка Н. Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1988. – 702 с.

2.         Гороновский И. Т., Назаренко Ю. П., Некряч Е. Ф. Краткий справочник по химии. – К.: Издательство АН СССР, 1962, – 658 с.

3.         Некрасов Б. В. Основы общей химии т.1. - М.: Химия, 1973.

4.         Справочник химика. В 3-х т. - М.: Химия, 1966, – 1070 с.

5.         Химия и технология редких и рассеянных элементов. Ч. ІІІ. - М.: Высшая школа, 1976, – 320 с.

6.         Химия: Справочное издание/ под ред. В. Шретер, К.-Х, Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др.: Пер. с нем. – М.: Химия, 1989. – 648 с.

7.         Химическая энциклопедия в 5 т. / под ред. И. Л. Кнунянца. – М.: Советская энциклопедия, 1990.

8.         Шумахер И. Перхлораты, свойства, производство и применение. Пер с англ. М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы, 1963. – 274 с.