Взрывчатые вещества

ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА (ВВ), индивидуальные вещества или смеси веществ, способные под влиянием какого-либо внешнего воздействия (удара, нагревания, трения и пр.) к быстрой, самораспространяющейся химической реакции с выделением большого количества теплоты и образованием газообразных продуктов; используются для снаряжения боеприпасов и взрывных работ. Наряду с пиротехническими составами относятся к энергетическим конденсированным системам. Помимо конденсированных ВВ применяют также аэрозоли (смеси жидких частиц с воздухом). При взрыве ВВ выделяется значительно меньшее количество теплоты, чем при сгорании на воздухе эквивалентного количества нефти. Однако для превращения ВВ в газообразные продукты не требуется участия кислорода воздуха, энергия выделяется за малый промежуток времени (около 10^-5 с), поэтому ВВ являются концентрированным источником энергии огромной мощности.

Теория ВВ описывает три основных режима химических реакций превращения ВВ в газы: медленное химическое превращение, горение и детонацию. Медленное химическое превращение ВВ протекает аналогично превращению невзрывчатых веществ. Однако, если отвод теплоты реакции затруднён, возникает саморазогрев вещества, медленное превращение ВВ самоускоряется и может перейти в тепловой взрыв; самоускорение может иметь не только тепловой, но и автокаталитический, цепной, а также смешанный характер. Взрывные превращения - горение и детонация - различаются механизмом передачи энергии процесса от прореагировавшего слоя вещества к непрореагировавшему. При детонации основную роль играет распространение по заряду ВВ ударной волны; скорость распространения - скорость детонации – достигает 10 км/с и практически не зависит от внешних условий. Образующиеся газы не успевают существенно расшириться, в зоне реакции возникает высокое давление (более 10 ГПа), способное вблизи от заряда производить работу разрушения. Материалы, находящиеся в контакте с зарядом ВВ, сильно деформируются и дробятся - местное, или бризантное, действие взрыва; образующиеся газообразные продукты при расширении перемещают их на значительное расстояние - фугасное действие. При горении распространение процесса обусловливается теплопередачей от одного слоя ВВ к другому. Скорость перемещения зоны реакции - скорость горения - мала (менее 1 м/с) и сильно зависит от природы ВВ и внешних условий (давления, температуры и др.). Повышение температуры, давления, возрастание поверхности пламени приводят к переходу горения в детонацию.

По условиям перехода горения в детонацию ВВ делят на инициирующие (первичные), бризантные (вторичные) и метательные (пороха). Инициирующие ВВ легко воспламеняются под действием простого начального импульса (удар, трение и др.), горят во много раз быстрее других ВВ, их горение переходит в детонацию при атмосферном давлении и в малых (доли грамма) зарядах с выделением энергии, достаточной для возбуждения взрывного превращения бризантных и метательных ВВ. Бризантные ВВ (французский brisant - дробящий) менее чувствительны к внешним воздействиям, чем инициирующие ВВ, их горение переходит в детонацию лишь в замкнутом объёме или при возможности турбулизации потока горючей смеси. Горение метательных ВВ не переходит в детонацию даже при давлениях в сотни МПа.

По составу ВВ подразделяют на индивидуальные и смесевые. В индивидуальных ВВ основной источник энергии взрыва - окисление за счёт кислорода, входящего в состав соединения. Индивидуальными ВВ являются многие ароматические полинитросоединения (например, тринитротолуол), нитрамины (гексоген, октоген, тетрил), эфиры азотной кислоты и многоатомных спиртов или углеводов (тетранитропентаэритрит, нитроглицерин, целлюлозы нитраты), соли азотной кислоты (аммония нитрат), соли гремучей кислоты (гремучая ртуть), соли азотистоводородной кислоты (свинца азид). Смесевые ВВ обычно содержат горючее вещество и окислитель; в качестве горючего применяют как взрывчатые, так и невзрывчатые вещества. К смесевым ВВ относят пороха, аммониты, динамиты, сплавы индивидуальных ВВ (например, тротила с гексогеном), водонаполненные ВВ (например, загущённые аэрированные растворы NH₄NO₃ и NaNO₃ в смеси с тонкодисперсным Al или органическими горючими веществами). Способностью к взрыву обладают некоторые пероксиды, азиды, ацетилениды и другие органические соединения, не используемые в качестве ВВ.

Основные характеристики ВВ: химическая и физическая стойкость (способность сохранять взрывчатые свойства при переработке, хранении и пр.), чувствительность к внешним воздействиям (характеризуется величиной начального импульса, необходимого для возбуждения взрыва), детонационная способность (условие устойчивого распространения процесса), мощность (теплота взрывного превращения и объём газообразных продуктов взрыва). Для сравнительной оценки взрывчатых свойств различных ВВ используют величину так называемого тротилового эквивалента, численно равную массе тротила (тринитротолуола), мощность взрывчатого превращения которой равна мощности взрыва данного ВВ. Для наиболее мощных ВВ величина тротилового эквивалента достигает 2.

ВВ широко применяют как в военном деле, так и в различных отраслях хозяйства: в горном деле при добыче полезных ископаемых, строительстве, на гидромелиоративных работах, при штамповке, сварке, резке металлов и др. О технологических аспектах производства и использования ВВ смотри в статьях Взрывные технологии, Промышленные взрывчатые вещества. Метательные ВВ применяют в режиме горения для проведения ракетного и ствольного выстрела; бризантные ВВ - в режиме детонации для взрывных работ, снаряжения боеприпасов; инициирующие ВВ - для возбуждения взрывного превращения бризантных и метательных ВВ. Разработаны: термостойкие ВВ, сохраняющие свои взрывчатые свойства и энергетические характеристики при высоких температурах (их используют в глубоких скважинах и пр.); предохранительные ВВ для ведения взрывных работ в подземных горных выработках, где возможно образование взрывоопасных газо- и пылевоздушных смесей (применяют, например, в угольных шахтах для исключения возможности воспламенения метана); быстрогорящие ВВ, используемые для повышения скорости горения смесевых составов. Ряд взрывчатых смесей применяют в пиротехнике (смотри в статье Пиротехнические составы).

Мировое производство ВВ - несколько миллионов т/год.

Лит.: Андреев К. К., Беляев А. Ф. Теория взрывчатых веществ. М., 1960; Андреев К. К. Термическое разложение и горение взрывчатых веществ. 2-е изд. М., 1966; Беляев А. Ф. Горение, детонация и работа взрыва конденсированных систем. М., 1968; Орлова Е. Ю. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. 3-е изд. Л., 1981; Энергетические конденсированные системы: Краткий энциклопедический словарь. М., 1999.