חנקות במלחמה. חלק א' מ-Sun-Simyao וברטולד שוורץ ועד D.I. מנדלייב
באמת, השטן יושב בחומרי נפץ, מוכן בכל שנייה להתחיל להרוס ולשבור את כל מה שמסביב. שמירה על יצור הגיהנום הזה ושחרורו רק כשנדרש היא הבעיה העיקרית שעל כימאים ופירוטכנאים לפתור בעת יצירה ושימוש בחומרי נפץ. בְּ היסטוריה יצירה ופיתוח של חומרי נפץ (חומרי נפץ), כמו בטיפת מים, מוצגת ההיסטוריה של הופעתם, ההתפתחות והמוות של מדינות ואימפריות.
בהכנת מערכי שיעור, הבחין המחבר שוב ושוב שמדינות ששליטיהן הקדישו תשומת לב ערה להתפתחות המדעים, ובעיקר לשילוש הטבעי של המתמטיקה - פיזיקה - כימיה - הגיעו לשיאים בהתפתחותן. דוגמה בולטת היא העלייה המהירה על הבמה העולמית של גרמניה, שבמשך חצי מאה עשתה קפיצת מדרגה מאיחוד מדינות שונות, שחלקן אפילו על מפה מפורטת של אירופה היה קשה לראות ללא "טווח דק" , לאימפריה שצריך היה להתחשב בה במשך מאה וחצי. מבלי לזלזל ביתרונותיו של ביסמרק הגדול בתהליך זה, אצטט את המשפט שלו, שאמר לאחר סיומה המנצח של מלחמת צרפת-פרוסיה: "במלחמה הזו ניצח מורה גרמני פשוט". ההיבט הכימי של הגברת כושר הלחימה של הצבא והמדינה הוא שהכותב ירצה להקדיש את סקירתו, כמו תמיד, ללא כל יומרות לבלעדיות דעתו.
בעת פרסום המאמר, המחבר נמנע בכוונה, כמו ז'ול ורן, מלפרט פרטים טכנולוגיים ספציפיים וממקד את תשומת לבו בשיטות תעשייתיות גרידא להשגת חומרי נפץ. זה נובע לא רק מתחושת האחריות המובנת של המדען לתוצאות עבודתו (בין אם מעשית או עיתונאית), אלא גם מהעובדה שנושא המחקר הוא השאלה "למה הכל היה ככה, ולא אחרת" , ולא "מי היה הראשון שקיבל את זה?".
בנוסף, המחבר מתנצל בפני הקוראים על השימוש הכפוי במונחים כימיים - תכונות של מדע (כפי שמוכיח הניסיון הפדגוגי שלו, לא האהוב ביותר על תלמידי בית הספר). מתוך הבנה שאי אפשר לכתוב על כימיקלים מבלי להזכיר מונחים כימיים, המחבר ינסה למזער את אוצר המילים הטכני.
והאחרון. אין לראות בשום אופן את הנתונים המספריים שמסר המחבר לאמת האולטימטיבית. נתונים על מאפיינים של חומרי נפץ במקורות שונים שונים ולעיתים די חזק. זה מובן: המאפיינים של תחמושת תלויים באופן משמעותי מאוד במראה ה"סחורה" שלהם, נוכחות / היעדר חומרים זרים, הכנסת מייצבים, מצבי סינתזה וגורמים רבים אחרים. גם שיטות לקביעת מאפיינים של חומרי נפץ אינן שונות במונוטוניות (אם כי רק תהיה כאן יותר סטנדרטיזציה), והן גם אינן סובלות משחזור מיוחד.
סיווג BB
בהתאם לסוג הפיצוץ והרגישות להשפעות חיצוניות, כל חומרי הנפץ מחולקים לשלוש קבוצות עיקריות:
1. ייזום חומרי נפץ.
2. חומר נפץ בריזנט.
3. זריקת חומר נפץ.
ייזום חומרי נפץ. הם רגישים מאוד להשפעות חיצוניות. שאר המאפיינים שלהם בדרך כלל נמוכים. אבל יש להם תכונה יקרת ערך - לפיצוץ (התפוצצות) שלהם יש אפקט פיצוץ על פיצוץ והנעת חומרי נפץ, שבדרך כלל אינם רגישים לסוגים אחרים של השפעה חיצונית כלל או בעלי רגישות נמוכה מאוד. לכן, חומרים יזומים משמשים רק כדי לעורר פיצוץ של פיצוץ או הנעת חומרי נפץ. כדי להבטיח את בטיחות השימוש בחומרי נפץ, הם ארוזים בהתקני הגנה (פריימר, שרוול פריימר, מכסה נפץ, נפץ חשמלי, נתיך). נציגים אופייניים של ייזום חומרי נפץ: כספית פולמינאט, עופרת אזיד, טנרים (TNRS).
Brizantnye VV. זה, למעשה, מה שהם אומרים וכותבים עליו. הם מצוידים בפגזים, מוקשים, פצצות, רקטות, מוקשים; הם מפוצצים גשרים, מכוניות, אנשי עסקים...
חומרי נפץ מחולקים לשלוש קבוצות לפי מאפייני הנפץ שלהם:
- כוח מוגבר (נציגים: הקשוגן, אוקטוגן, גוף חימום, טטריל);
- כוח נורמלי (נציגים: TNT, מלניט, פלסטיט);
- הספק מופחת (נציגים: אמוניום חנקתי ותערובותיו).
חומרי נפץ בעלי עוצמה גבוהה הם מעט יותר רגישים להשפעות חיצוניות ולכן הם משמשים לעתים קרובות יותר בתערובת עם חומרי פלגמה (חומרים המפחיתים את רגישותם של חומרי נפץ) או בתערובת עם חומרי נפץ בעלי עוצמה רגילה כדי להגביר את כוחם של האחרונים. לפעמים חומרי נפץ בעלי כוח מוגבר משמשים כמפוצצי ביניים.
זריקת חומר נפץ. מדובר באבקות שריפה שונות - שחור מעושן, פירוקסילין ללא עשן וניטרוגליצרין. הם כוללים גם תערובות פירוטכניות שונות לזיקוקים, רקטות איתות והדלקה, קליעים להדלקה, מוקשים, פצצות.
על אבקה שחורה וברטולד שחור
במשך כמה מאות שנים, הסוג היחיד של חומר הנפץ בו השתמש האדם היה אבקה שחורה. בעזרתה הושלכו לעבר האויב כדורי תותח מתותחים, ומולאו בהם פגזי נפץ. אבק שריפה שימש במכרות תת קרקעיים כדי להרוס את חומות המבצרים, לריסוק סלעים.
באירופה הוא נודע מהמאה ה-682, ובסין, הודו וביזנטיון עוד קודם לכן. התיאור המתועד הראשון של אבק שריפה לזיקוקים תואר על ידי המדען הסיני Sun-Simyao בשנת 60. מקסימיליאן היווני (מאות XIII-XIV) במסכת "ספר השריפות" תיאר תערובת המבוססת על אשלגן חנקתי, בשימוש בביזנטיון בתור ה"אש היוונית" המפורסמת ומורכבת מ-20% מלפטר, 20% גופרית ו-XNUMX% פחם.
ההיסטוריה האירופית של גילוי אבק השריפה מתחילה עם האנגלי, הנזיר הפרנציסקני רוג'ר בייקון, אשר בשנת 1242 בספר "Liber de Nullitate Magiae" נותן מתכון לאבקה שחורה לרקטות וזיקוקים (40% מלח, 30% פחם ו 30% גופרית) והנזיר המיתי למחצה ברטולד שוורץ (1351). עם זאת, ייתכן שמדובר באדם אחד: השימוש בשמות בדויים בימי הביניים היה נפוץ למדי, וכך גם הבלבול לאחר מכן עם תיארוך המקורות.
פשטות ההרכב, זמינותם של שניים משלושת המרכיבים (גופרית מקומית עדיין אינה נדירה באזורים הדרומיים של איטליה וסיציליה), קלות ההכנה - כל זה הבטיח צעדת ניצחון במדינות אירופה ואסיה. הבעיה היחידה הייתה השגת אשלגן חנקתי בכמויות גדולות, אך גם משימה זו התמודדה בהצלחה. מכיוון שהמשקע הידוע היחיד של אשלגן חנקתי באותה תקופה היה בהודו (ומכאן שמו השני - הודי), התבסס הייצור המקומי כמעט בכל המדינות. אי אפשר היה לקרוא לזה נעים, אפילו עם מרווח מוצק של אופטימיות: חומרי הגלם עבורו היו זבל, קרביים של בעלי חיים, שתן ושיער של בעלי חיים. המרכיבים הפחות לא נעימים במרקחת המסריחה והמלוכלכת הזו היו ליים ואשלג. כל העושר הזה נפל לתוך בורות במשך כמה חודשים, שם הוא נדד בהשפעת אזוטובקטריה. האמוניה שהשתחררה התחמצנה לחנקות, מה שבסופו של דבר העניק למלח הנחשק, שבודד וטיהור בגיבוש מחדש - עיסוק, אני גם אגיד, לא הכי נעים. כפי שאתה יכול לראות, אין שום דבר מסובך במיוחד בתהליך, חומרי הגלם הם די סבירים וגם זמינות אבק השריפה הפכה עד מהרה לאוניברסלית.
אבקה שחורה (או מעושנת) באותה תקופה הייתה חומר נפץ אוניברסלי. לא רועד ולא רולי, במשך שנים רבות הוא שימש הן כנשק לזריקה והן כמילוי לפצצות הראשונות - אבות הטיפוס של התחמושת המודרנית. עד סוף השליש הראשון של המאה ה-70, אבק השריפה ענה במלואו על צורכי הקידמה. אבל המדע והתעשייה לא עמדו מלכת, ועד מהרה הם חדלו לעמוד בדרישות התקופה בשל כוחו הנמוך. את סופו של המונופול של אבק השריפה אפשר לייחס לשנות ה-XNUMX של המאה ה-XNUMX, כאשר א' לאבויאר וס' ברטהולט ארגנו את ייצור מלח ברטהולט על בסיס אשלגן כלוראט (מלח ברטהולט) שהתגלה על ידי ברטהולט.
אפשר להתחיל את ההיסטוריה של מלח ברטהולט מהרגע שבו קלוד ברטהולט חקר את תכונות הכלור שהתגלה לאחרונה על ידי קרל שילה. על ידי העברת כלור דרך תמיסה מרוכזת חמה של אשלגן הידרוקסיד השיג ברטהולט חומר חדש, שנקרא מאוחר יותר אשלגן כלורט על ידי כימאים, ולא על ידי כימאים - מלח ברטהולט. זה קרה ב-1786. ולמרות שמלח השטן לא הפך לחומר נפץ חדש, הוא מילא את תפקידו: ראשית, הוא שימש כתמריץ לחפש תחליפים חדשים ל"אל המלחמה" המדולדל, ושנית, הוא הפך לאב הקדמון של סוגים חדשים של חומרי נפץ. - יוזם.
שמן נפץ
ובשנת 1846 הציעו כימאים שני חומרי נפץ חדשים - פירוקסילין וניטרוגליצרין. בטורינו גילה הכימאי האיטלקי Ascanio Sobrero שמספיק לטפל בגליצרין בחומצה חנקתית (לבצע ניטרציה) ליצירת נוזל שקוף שמנוני - ניטרוגליצרין. החשבון המודפס הראשון שלו פורסם ב-L'Institut (XV, 53), 15 בפברואר 1847, וראוי לציטוט כלשהו. החלק הראשון בו אומר:
להלן תיאור חווית הניטרציה, המעניינת רק כימאים אורגניים (וגם אז רק מנקודת מבט היסטורית), אך נציין רק תכונה אחת: נגזרות ניטרו של תאית, כמו גם יכולתן להתפוצץ. , היו כבר אז ידועים למדי [11].
ניטרוגליצרין הוא אחד מחומרי הנפץ החזקים והרגישים ביותר, שהטיפול בו דורש טיפול וזהירות מיוחדים.
1. רגישות: כדורים יכולים להתפוצץ כאשר הם נפגעים מכדור. רגישות לפגיעות עם משקל של 10 ק"ג ירד מגובה של 25 ס"מ - 100%. בעירה הופכת לפיצוץ.
2. אנרגיה של טרנספורמציה נפיצה - 5300 J/kg.
3. מהירות פיצוץ: 6500m/s
4. בריזנס: 15-18 מ"מ.
5. חומר נפץ גבוה: 360-400 סמ"ק ראה [6].
האפשרות להשתמש בניטרוגליצרין הוצגה על ידי הכימאי הרוסי המפורסם N.N Zinin, שבשנים 1853-1855 במהלך מלחמת קרים, יחד עם המהנדס הצבאי V.F. Petrushevsky, ייצרו כמות גדולה של ניטרוגליצרין.
פרופסור מאוניברסיטת קאזאן N.N. זינין
המהנדס הצבאי V.F. פטרושבסקי
אבל השטן שחי בניטרוגליצרין התברר כמרושע וסורר. התברר כי הרגישות של חומר זה להשפעות חיצוניות נחותה רק במעט מזו של כספית fulminate. הוא יכול להתפוצץ כבר ברגע הניטרציה, אסור לנער אותו, לחמם ולקרר אותו, לחשוף אותו לשמש. זה עלול להתפוצץ במהלך האחסון. ואם תבעירו אותו עם גפרור, הוא יכול להישרף די רגוע...
ועדיין, הצורך בחומרי נפץ חזקים באמצע המאה ה-XNUMX כבר היה כה גדול, שלמרות תאונות רבות, ניטרוגליצרין החל להיות בשימוש נרחב בפיצוץ.
ניסיונות לרסן את השטן המרושע נעשו על ידי רבים, אך תהילתו של המאלף הגיעה לאלפרד נובל. עליות ומורדות של דרך זו, כמו גם גורל ההכנסות ממכירת חומר זה, ידועים ברבים, והמחבר רואה מיותר להיכנס לפרטיהם.
"נסחט" לתוך הנקבוביות של חומר מילוי אינרטי (ונוסו כמה עשרות חומרים ככאלה, שהטובים שבהם התברר כאדמה אינפוזית - סיליקט נקבובי, ש-90% מנפחו נופל על נקבוביות שיכולות לספוג בשקיקה ניטרוגליצרין), ניטרוגליצרין הפך להרבה יותר "תואם", תוך שמירה על כמעט כל כוחו ההרסני. כידוע, נובל העניק לתערובת הזו, הדומה כלפי חוץ לכבול, את השם "דינמיט" (מהמילה היוונית "דינוס" - חוזק). אירונית הגורל: שנה לאחר שנובל קיבל פטנט על ייצור דינמיט, פטרושבסקי מערבב באופן עצמאי לחלוטין ניטרוגליצרין עם מגנזיה ומקבל חומר נפץ, שנקרא לימים "דינמיט רוסי".
ניטרוגליצרין (או ליתר דיוק, גליצרול טריניטראט) הוא אסטר מלא של גליצרול וחומצה חנקתית. זה מתקבל בדרך כלל על ידי טיפול בגליצרול בתערובת חומצה גופרתית (במונחים כימיים, תגובת אסטריפיקציה):
הפיצוץ של ניטרוגליצרין מלווה בשחרור של כמות גדולה של מוצרים גזים:
האסטריפיקציה מתקדמת ברצף בשלושה שלבים: הראשון הוא גליצרול מונוניטרט, השני הוא גליצרול דיניטרט, והשלישי הוא גליצרול טריניטראט. לקבלת תשואה מלאה יותר של ניטרוגליצרין, נלקח עודף של 20% של חומצה חנקתית מעבר לכמות הנדרשת תיאורטית.
הניטרציה בוצעה בסירי חרסינה או כלי עופרת מולחמים באמבט של מי קרח. בריצה אחת התקבלו כ-700 גרם ניטרוגליצרין, ותוך שעה מפעולות כאלה בוצעו 3-4.
אבל הצרכים ההולכים וגדלים עשו התאמות משלהם לטכנולוגיה להשגת ניטרוגליצרין. עם הזמן (בשנת 1882) פותחה טכנולוגיה לייצור חומרי נפץ בניטרטורים. במקביל, התהליך חולק לשני שלבים: בשלב הראשון ערבב גליצרול עם מחצית מכמות החומצה הגופרתית ובכך ניצל את רוב החום שנוצר, ולאחר מכן נוצרה תערובת מוכנה של חומצה חנקתית וגופרית. מוכנס לאותו כלי. לפיכך, הקושי העיקרי נמנע: התחממות יתר של תערובת התגובה. הערבוב מתבצע עם אוויר דחוס בלחץ של 4 אטמוספירות. התפוקה של התהליך היא 100 ק"ג גליצרין ב-20 דקות ב-10-12 מעלות.
בשל המשקל הסגולי השונה של ניטרוגליצרין (1,6) וחומצת פסולת (1,7), הוא נאסף מלמעלה עם ממשק חד. לאחר הניטרציה, ניטרוגליצרין נשטף במים, לאחר מכן נשטף משאריות חומצה עם סודה ונשטף שוב במים. ערבוב בכל שלבי התהליך מתבצע עם אוויר דחוס. הייבוש מתבצע על ידי סינון דרך שכבת מלח מבורך [9].
כפי שניתן לראות, התגובה פשוטה למדי (זכור את גל הטרור בסוף המאה ה-XNUMX, שהועלו על ידי ה"מפציצים" ששלטו במדע הפשוט של כימיה יישומית) ושייכת למספר "התהליכים הכימיים הפשוטים" (א' שטטבכר). כמעט כל כמות של ניטרוגליצרין יכולה להיעשות בתנאים הפשוטים ביותר (אבקה שחורה לא הרבה יותר קלה להכנה).
הצריכה של ריאגנטים היא כדלקמן: כדי להשיג 150 מ"ל של ניטרוגליצרין, אתה צריך לקחת: 116 מ"ל של גליצרין; 1126 מ"ל חומצה גופרתית מרוכזת;
649 מ"ל של חומצה חנקתית (לפחות ריכוז של 62%).
דינמיט במלחמה
דינמיט שימש לראשונה במלחמת צרפת-פרוסיה בשנים 1870-1871, כאשר חבלנים פרוסים פוצצו ביצורים צרפתיים בדינמיט. אבל הבטיחות של הדינמיט הייתה יחסית. הצבא גילה מיד שכאשר יורים בכדור, הוא מתפוצץ לא יותר גרוע מאבותיו, ושריפה במקרים מסוימים הופכת לפיצוץ.
אבל הפיתוי להשיג תחמושת חזקה היה בלתי ניתן לעמוד בפניו. באמצעות ניסויים מסוכנים ומורכבים למדי, ניתן היה לגלות שדינמיט לא יתפוצץ אם העומסים לא יוגדלו באופן מיידי, אלא בהדרגה, תוך שמירה על האצה של הקליע בגבולות בטוחים.
הפתרון לבעיה ברמה הטכנית נראה בשימוש באוויר דחוס. ביוני 1886, לוטננט אדמונד לודוויג ג' זלינסקי מגדוד התותחנים החמישי של צבא ארצות הברית בדק ושיפר את התכנון המקורי של ההנדסה האמריקאית. אקדח פנאומטי בקליבר של 5 מ"מ ובאורך של 380 מ', באמצעות אוויר דחוס ל-15 אטמוספירות, עלול לזרוק פגזים באורך 140 מ' עם 3,35 ק"ג דינמיט בגובה 227 מ' אלף מ'.
את הכוח המניע סיפקו שני צילינדרים של אוויר דחוס, שחלקם העליון היה מחובר לאקדח באמצעות צינור גמיש. הגליל השני היה רזרבה להזנת העליון, והלחץ בו נשמר באמצעות משאבת קיטור שקבורה באדמה. הקליע, המלא בדינמיט, היה בצורת חץ - חץ ארטילרי - והיה לו ראש נפץ במשקל 50 פאונד.
הדוכס מקיימברידג' הורה לצבא לבדוק מערכת אחת כזו במילפורד הייבן, אך האקדח ניצל כמעט את כל התחמושת לפני שפגע לבסוף במטרה, שלמרות זאת הושמדה ביעילות רבה. האדמירלים האמריקאים היו מרוצים מהאקדח החדש: ב-1888 שוחרר כסף לייצור 250 רובי דינמיט לתותחי חוף.
בשנת 1885 הקים זלינסקי את פלוגת התותחים הפנאומטיים ליישום בצבא ואילך צי רובים פנאומטיים עם פגזי דינמיט. הניסויים שלו הובילו לדבר על רובי אוויר כמבטיח חדש כלי נשק. הצי האמריקני אף בנה את סיירת הדינמיט וזוב בשנת 1888, עקרה 944 טון, חמוש בשלושה תותחים כאלה בקוטר 381 מ"מ.
תכנית של סיירת "דינמיט" "וזוב"
[מרכז]
וכך נראו הרובים הנייחים שלו שיוצאים החוצה[/ מרכז]
אבל דבר מוזר: אחרי כמה שנים, ההתלהבות התחלפה באכזבה. "במהלך המלחמה הספרדית-אמריקאית", אמרו התותחנים האמריקאים בהזדמנות זו, "התותחים האלה מעולם לא פגעו במקום הנכון". ולמרות שהנקודה כאן לא הייתה כל כך בתותחים, אלא ביכולת של התותחנים לירות מדויק ובהרכבה הנוקשה של התותחים, מערכת זו לא זכתה להמשך פיתוח.
בשנת 1885 התקין הולנד רובה אוויר זלינסקי על צוללת מס' 4 שלו. אולם היא לא הגיעה למבחנים המעשיים שלה, כי. הסירה עברה תאונה קשה במהלך השיגור.
בשנת 1897 חימש הולנד מחדש את צוללת מס' 8 שלו בתותח זלינסקי החדש. החימוש היה צינור טורפדו חרטום בגודל 18 אינץ' (457 מ"מ) עם שלושה טורפדות Whitehead, וכן אקדח אוויר ירכתיים זלינסקי עבור פגזי דינמיט (תחמושת) עומס של 7 כדורים של 222 פאונד (100,7 ק"ג) כל אחד). עם זאת, בשל הקנה הקצר מדי, המוגבל על ידי גודל הסירה, לאקדח זה היה טווח ירי קצר. לאחר ירי מעשי, הממציא פירק אותו ב-1899.
בעתיד, לא הולנד ולא מעצבים אחרים התקינו רובים (מכשירים) לירי זריקת מוקשים ופגזי דינמיט על הצוללות שלהם. אז הרובים של זלינסקי באופן בלתי מורגש, אך עזבו במהירות את הבמה [12].
אח של ניטרוגליצרין
מנקודת מבט כימית, גליצרול הוא הנציג הפשוט ביותר של מחלקת האלכוהול התלת-הידרי. יש את האנלוג הדיאטומי שלו - אתילן גליקול. פלא שאחרי היכרות עם ניטרוגליצרין, כימאים הפנו את תשומת לבם גם לאתילן גליקול, בתקווה שיהיה נוח יותר לשימוש.
אבל גם כאן השטן של חומרי הנפץ הראה את אופיו הגחמני. המאפיינים של דיניטרואתילן גליקול (חומר הנפץ הזה מעולם לא קיבל את שמו שלו) התברר שלא שונה בהרבה מניטרוגליצרין:
1. רגישות: פיצוץ כאשר 2 ק"ג של מטען נופל מגובה של 20 ס"מ; רגיש לחיכוך, אש.
2. אנרגיה של טרנספורמציה נפיצה - 6900 J/kg.
3. מהירות פיצוץ: 7200m/s
4. בריזנס: 16,8 מ"מ.
5. חומר נפץ גבוה: 620-650 מ"ק. ס"מ.
הוא הושג לראשונה על ידי הנרי בשנת 1870. הושג על ידי חנקה קפדנית של אתילן גליקול באופן דומה לזה של ניטרוגליצרין (תערובת חנקה: H2SO4 - חמישים%, אף אוזן גרון3 - חמישים%; יחס - 50 עד 1 ביחס לאתילן גליקול).
תהליך הניטרציה יכול להתבצע בטמפרטורה נמוכה יותר, מה שגורם ליבול גבוה יותר [7, 8].
למרות העובדה שבאופן כללי הרגישות של GNEG התבררה כנמוכה במקצת מזו של NG, השימוש בו לא הבטיח יתרונות משמעותיים. אם נוסיף לכך תנודתיות גבוהה מזו של NG וזמינות נמוכה יותר של חומרי הזנה, יתברר שהדרך הזו לא הובילה לשום מקום.
עם זאת, זה גם לא היה חסר תועלת לחלוטין. בתחילה הוא שימש כתוסף לדינמיט, בשנות מלחמת העולם השנייה, עקב המחסור בגליצרין, הוא שימש כתחליף לניטרוגליצרין באבקות ללא עשן. לאבק שריפה כזה היה חיי מדף קצרים בגלל התנודתיות של DNEG, אבל בתנאי מלחמה זה לא ממש משנה: אף אחד לא התכוון לאחסן אותם במשך זמן רב.
סינר מאת כריסטיאן שנביין
לא ידוע כמה זמן היה הצבא משקיע בחיפוש אחר דרכים להרגעת הניטרוגליצרין אם עד סוף המאה ה-16 לא הייתה מגיעה בזמן טכנולוגיה תעשייתית לייצור ניטרוסטר נוסף. בקצרה, ההיסטוריה של הופעתו היא כדלקמן [XNUMX].
ב-1832 גילה הכימאי הצרפתי אנרי בראקונו שכאשר טופלו בסיבי עמילן ועץ בחומצה חנקתית, נוצר חומר דליק ונפיץ לא יציב, שאותו כינה קסילואידין. נכון, העניין היה מוגבל לדיווח על הגילוי הזה. שש שנים מאוחר יותר, ב-1838, כימאי צרפתי אחר, תאופיל-ז'ול פלוז, טיפל בנייר ובקרטון בצורה דומה והשיג חומר דומה, לו כינה ניטרמידין. מי היה חושב אז, אבל הסיבה לחוסר האפשרות להשתמש בניטרמידין למטרות טכניות הייתה דווקא היציבות הנמוכה שלו.
ב-1845, הכימאי השוויצרי כריסטיאן פרידריך שנביין (שהפך מפורסם באותה תקופה בזכות גילוי האוזון) ערך ניסויים במעבדתו. אשתו אסרה עליו בחומרה להכניס את הצלוחיות שלו למטבח, ולכן מיהר לסיים את הניסוי בהיעדרה - ושפך מעט מהתערובת הקוסטית על השולחן. במאמץ להימנע משערורייה, הוא, כמיטב מסורות הניקיון השוויצרי, ניגב אותה בסינר העבודה שלו, שכן התערובת לא הייתה יותר מדי. אחר כך, גם במסורת החסכנות השוויצרית, הוא שטף את הסינר במים ותלה אותו מעל הכיריים לייבוש. כמה זמן או קצר זה היה תלוי שם, ההיסטוריה שותקת, אבל ידוע בוודאות שלאחר ייבוש הסינר נעלם פתאום. יתרה מכך, הוא לא נעלם בשקט, באנגלית, אלא בקול רם, אפשר אפילו לומר בקסם: בהבזק ובקפיצה חזקה של פיצוץ. אבל הנה מה שמשך את תשומת לבו של שנביין: הפיצוץ התרחש ללא שאיפה קטנה של עשן!
ולמרות ששנביין לא היה הראשון שגילה את ניטרוצלולוזה, הוא זה שנועד להסיק מסקנה לגבי חשיבות התגלית. באותה תקופה השתמשו באבקה שחורה בארטילריה, הפיח שממנו לכלך את התותחים עד כדי כך שהיה צריך לנקות אותם בין ירייה, ואחרי המטחים הראשונים עלה מסך עשן כזה שנאלץ להילחם כמעט בעיוורון. מה אנחנו יכולים לומר על העובדה שנשיפות עשן שחור סימנו בצורה מושלמת את מיקום הסוללות. הדבר היחיד שהאיר את החיים היה ההבנה שהאויב נמצא באותה עמדה. לכן הצבא הגיב בהתלהבות לחומר הנפץ שנותן הרבה פחות עשן, וחוץ מזה הוא גם חזק יותר מאבקה שחורה.
ניטרוצלולוזה, נטולת החסרונות של אבקה שחורה, אפשרה לבסס ייצור של אבק שריפה ללא עשן. ובמסורות של אז, הם החליטו להשתמש בו הן כחומר הנעה והן כחומר נפץ. בשנת 1885, לאחר עבודות ניסיוניות רבות, המהנדס הצרפתי פול וייל קיבל ובדק כמה קילוגרמים של אבקת פירוקסילין למלרית, הנקראת אבקת שריפה "B" - האבקה הראשונה ללא עשן. בדיקות הוכיחו את היתרונות של אבק השריפה החדש.
עם זאת, לא היה קל לבסס ייצור של כמות גדולה של ניטרוצלולוזה לצרכים צבאיים. ניטרוצלולוזה היה חסר סבלנות מכדי לחכות לקרבות, ומפעלים, ככלל, המריאו בקביעות מעוררת קנאה, כאילו מתחרים בזה עם ייצור ניטרוגליצרין. בעת יצירת הטכנולוגיה לייצור תעשייתי של פירוקסילין, היה צורך להתגבר על מכשולים כאלה, כמו לאף חומר נפץ אחר. לקח רבע מאה שלמה לבצע מספר עבודות של חוקרים ממדינות שונות עד שחומר הנפץ הסיבי המקורי הזה הפך מתאים לשימוש ועד שנמצאו אמצעים ושיטות רבים שאיכשהו מובטחים מפני פיצוץ במהלך אחסון ממושך של המוצר. הביטוי "במידת מה" אינו מכשיר ספרותי, אלא שיקוף של המורכבות שבה נתקלו כימאים וטכנולוגים בקביעת הקריטריונים לקיימות. לא היה שיפוט נחרץ לגבי גישות לקביעת קריטריונים ליציבות, ועם הרחבת היקף השימוש בחומר הנפץ הזה, התפוצצויות מתמדות חשפו עוד ועוד מאפיינים מסתוריים בהתנהגות האתר המורכב המוזר הזה. רק ב-1891 הצליחו ג'יימס דיואר ופרדריק אבל למצוא טכנולוגיה בטוחה.
ייצור פירוקסילין מצריך מספר רב של מכשירי עזר ותהליך טכנולוגי ארוך, בו יש לבצע את כל הפעולות בזהירות ויסודית באותה מידה.
המוצר הראשוני לייצור פירוקסילין הוא תאית, שהנציגה הטובה ביותר שלה היא כותנה. תאית טהורה טבעית היא פולימר המורכב משאריות גלוקוז, בהיותו קרוב משפחה של עמילן:(C6H10O5)n. בנוסף, הפסולת של מפעלי נייר יכולה להפוך למקור לחומרי גלם מעולים.
חנקת סיבים השתלטה בקנה מידה תעשייתי כבר בשנות ה-60 של המאה ה-XNUMX ובוצעה בסירי קרמיקה עם לחיצה נוספת בצנטריפוגות. עם זאת, עד סוף המאה, שיטה פרימיטיבית זו הוחלפה על ידי הטכנולוגיה האמריקאית, אם כי במהלך שנות מלחמת העולם הראשונה היא קמה לתחייה בשל עלותה הנמוכה ופשטותה (ליתר דיוק, פרימיטיביות).
כותנה מנוקה מועמסת לתוך ניטריפייר, תערובת חנקה (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, מים - 7%) על בסיס 15 ק"ג סיבים 900 ק"ג מהתערובת, מה שנותן תשואה של 25 ק"ג פירוקסלין.
ניטרטורים מחוברים לסוללות, המורכבות מארבעה כורים וצנטריפוגה אחת. הניטרטורים נטענים במרווח זמן (כ-40 דקות) השווה לזמן הספין, מה שמבטיח את המשכיות התהליך.
פירוקסילין הוא תערובת של מוצרים בדרגות שונות של חנקת תאית. פירוקסילין, המתקבל על ידי שימוש בחומצה זרחתית במקום חומצה גופרתית, הוא יציב ביותר, אך טכנולוגיה זו לא השתרשה עקב עלות גבוהה יותר ותפוקה נמוכה יותר.
פירוקסילין לחוץ נוטה להתלקח באופן ספונטני ויש צורך להרטיב אותו. המים המשמשים לשטיפה וייצוב פירוקסילין אינם צריכים להכיל חומרים אלקליים, שכן תוצרי פירוק אלקליין הם זרזי הצתה עצמית. ייבוש סופי לתכולת הלחות הנדרשת מושג על ידי שטיפה באלכוהול מוחלט.
אבל אפילו ניטרוצלולוזה מורטבת אינה נקייה מצרות: היא רגישה לזיהום על ידי מיקרואורגניזמים הגורמים לעובש. הגן עליו על ידי שעווה על פני השטח. למוצר המוגמר היו המאפיינים הבאים:
1. הרגישות של פירוקסילין תלויה מאוד בלחות. יבש (3 - 5% לחות) מתלקח בקלות מלהבה פתוחה או ממגע של מתכת חמה, קידוח, חיכוך. הוא מתפוצץ כאשר עומס של 2 ק"ג נופל מגובה 10 ס"מ. עם עליית הלחות הרגישות יורדת וב-50% מים נעלמת יכולת הפיצוץ.
2. אנרגיה של טרנספורמציה נפיצה - 4200 MJ/kg.
3. מהירות פיצוץ: 6300m/s
4. בריזנס: 18 מ"מ.
5. חומר נפץ גבוה: 240 מ"ק. ס"מ.
ועדיין, למרות החסרונות, הפירוקסילין היציב יותר מבחינה כימית התאים לצבא יותר מאשר ניטרוגליצרין ודינמיט, ניתן היה להתאים את הרגישות שלו על ידי שינוי הלחות שלו. לכן, פירוקסילין דחוס החל למצוא יישום רחב לצייד ראשי נפץ של מוקשים ופגזים, אבל עם הזמן, המוצר שאין שני לו פינה את מקומו לנגזרות חנקות של פחמימנים ארומטיים. ניטרוצלולוזה נותרה כחומר נפץ מניע, אך כחומר נפץ הוא הפך לעד נחלת העבר [9].
ג'לי נפץ ואבקת שריפה ניטרוגליצרין
הקורא, שלפחות קצת מכיר את ההיסטוריה של הכימיה, כנראה כבר ניחש מי מילותיו - הכימאי הרוסי המבריק D.I. מנדלייב.
כתחום ידע כימי, הקדיש מנדלייב מאמצים ותשומת לב רבה לייצור אבקה בשנים האחרונות לחייו - בשנים 1890-1897. אבל, כמו תמיד, לשלב האקטיבי של ההתפתחות קדמה תקופה של הרהור, צבירת ושיטתיות של ידע.
הכל התחיל בכך שבשנת 1875 גילה אלפרד נובל הבלתי נלאה תגלית נוספת: תמיסה מוצקה פלסטית ואלסטית של ניטרוצלולוזה בניטרוגליצרין. הוא שילב בהצלחה צורה מוצקה, צפיפות גבוהה, קלות דפוס, אנרגיה מרוכזת וחוסר רגישות ללחות אטמוספרית גבוהה. הג'לי, שנשרף לחלוטין לפחמן דו חמצני, חנקן ומים, היה מורכב מ-8% דיניטרוצלולוזה ו-92% ניטרוגליצרין.
בניגוד לטכנאי נובל, D.I. מנדלייב יצא מגישה מדעית גרידא. הוא ביסס את המחקר שלו על רעיון מוגדר היטב ומבוסס כימית: החומר הרצוי במהלך הבעירה צריך לשחרר מקסימום תוצרים גזים ליחידת משקל. מנקודת מבט כימית, זה אומר שהחמצן בתרכובת הזו צריך להספיק כדי להמיר לחלוטין פחמן לתחמוצת גזי, מימן למים, ויכולת החמצון לספק אנרגיה לכל התהליך הזה. חישוב מפורט הוביל לנוסחה של ההרכב הבא: C30Н38(לא2)12O25. בעת שריפה, אתה צריך לקבל את הדברים הבאים:
ביצוע תגובה ממוקדת לסינתזה של חומר בהרכב כזה, אפילו כיום, אינה משימה קלה, ולכן, בפועל, נעשה שימוש בתערובת של 7-10% ניטרוצלולוזה ו-90-93% ניטרוגליצרין. אחוז החנקן הוא כ-13,7%, שהוא מעט גבוה יותר מאשר עבור פירוקולודיום (12,4%). הפעולה אינה קשה במיוחד, אינה דורשת שימוש בציוד מורכב (היא מתבצעת בשלב הנוזל) ומתמשכת בתנאים רגילים.
בשנת 1888, קיבל נובל פטנט על אבק שריפה העשוי מניטרוגליצרין וקולוקסילין (סיבים דלי חנקה), הנקראים ללא עשן כמו אבק שריפה פירוקסילין. הרכב זה היה בשימוש כמעט ללא שינוי עד כה תחת שמות טכניים שונים, המפורסמים שבהם הם קורדיט ובליסטיט. ההבדל העיקרי הוא ביחס בין ניטרוגליצרין לפירוקסלין (הוא גבוה יותר בקורדיט) [13].
איך ה-VVs האלה קשורים זה לזה? בואו נסתכל על הטבלה:
-------------------------------------------------- -------------------------------
VV ...... רגישות .... אנרגיה ... מהירות ...... Brisance ... חומר נפץ גבוה
.........(ק"ג / ס"מ /% פיצוצים) .... פיצוצים .... פיצוצים
-------------------------------------------------- ------------------------------------
ГН..........2/4/100............5300........6500...........15 - 18...........360 - 400
ДНЭГ......2/10/100...........6900.........7200..........16,8...............620 - 650
НК.........2/25/10............4200.........6300...........18.................240
-------------------------------------------------- ------------------------------------
המאפיינים של כל חומרי הנפץ קרובים למדי, אך ההבדל בתכונות הפיזיקליות הכתיב נישות שונות ליישום שלהם.
כפי שכבר ראינו, לא ניטרוגליצרין ולא פירוקסילין שימחו את הצבא באופי שלהם. הסיבה ליציבות הנמוכה של החומרים הללו, כך נראה לי, נעוצה על פני השטח. שתי התרכובות (או שלוש - ספירה ודיניטרואתילן גליקול) הן נציגות של מחלקת האתרים. וקבוצת האסטרים היא בשום פנים ואופן לא אחת המובילות בעמידות כימית. במקום זאת, ניתן למצוא אותו בקרב זרים. גם קבוצת הניטרו, המכילה חנקן במצב חמצון די מוזר של +5, אינה מודל של יציבות. הסימביוזה של חומר חמצון חזק זה עם חומר מפחית כל כך טוב כמו קבוצת ההידרוקסיל של אלכוהול מובילה בהכרח למספר השלכות שליליות, שהלא נעימה שבהן היא קפריזיות ביישום.
מדוע כימאים והצבא השקיעו כל כך הרבה זמן בניסויים איתם? כפי שאתה יכול לראות, שיחד הרבה ורבים. צבאי - כוח רב יותר וזמינות חומרי גלם, מה שהגביר את יעילות הלחימה של הצבא והפך אותו לחוסר רגישות למשלוחים בזמן מלחמה. טכנולוגים - תנאי סינתזה קלים (אין צורך להשתמש בטמפרטורות גבוהות ולחץ גבוה) ונוחות טכנולוגית (למרות התהליכים הרב-שלביים, כל התגובות מתרחשות בנפח תגובה אחד וללא צורך בבידוד תוצרי ביניים).
גם התשואות המעשיות של המוצרים היו גבוהות למדי (טבלה 2), מה שלא גרם לצורך דחוף לחפש מקורות לכמות גדולה של חומצה חנקתית זולה (הבעיה עם חומצה גופרתית נפתרה הרבה קודם לכן).
-------------------------------------------------- ---------------------------------
BB ...... צריכת ריאגנטים לכל 1 ק"ג ..... מספר שלבים .... מספר מוצרים ששוחררו
.........חומצה חנקן..חומצה גופרתית
-------------------------------------------------- ---------------------------------
GN......10............23............3...... ........... ........אחד
DNEG....16,5...............16,5...............2......... ... ............אחד
NK........8,5............25............3........... ............אחד
-------------------------------------------------- ---------------------------------
המצב השתנה באופן דרמטי כאשר היפוסטזות חדשות של שטן חומרי הנפץ נכנסו למקום: טריניטרופנול וטריניטרוטולואן.
בהכנת מערכי שיעור, הבחין המחבר שוב ושוב שמדינות ששליטיהן הקדישו תשומת לב ערה להתפתחות המדעים, ובעיקר לשילוש הטבעי של המתמטיקה - פיזיקה - כימיה - הגיעו לשיאים בהתפתחותן. דוגמה בולטת היא העלייה המהירה על הבמה העולמית של גרמניה, שבמשך חצי מאה עשתה קפיצת מדרגה מאיחוד מדינות שונות, שחלקן אפילו על מפה מפורטת של אירופה היה קשה לראות ללא "טווח דק" , לאימפריה שצריך היה להתחשב בה במשך מאה וחצי. מבלי לזלזל ביתרונותיו של ביסמרק הגדול בתהליך זה, אצטט את המשפט שלו, שאמר לאחר סיומה המנצח של מלחמת צרפת-פרוסיה: "במלחמה הזו ניצח מורה גרמני פשוט". ההיבט הכימי של הגברת כושר הלחימה של הצבא והמדינה הוא שהכותב ירצה להקדיש את סקירתו, כמו תמיד, ללא כל יומרות לבלעדיות דעתו.
בעת פרסום המאמר, המחבר נמנע בכוונה, כמו ז'ול ורן, מלפרט פרטים טכנולוגיים ספציפיים וממקד את תשומת לבו בשיטות תעשייתיות גרידא להשגת חומרי נפץ. זה נובע לא רק מתחושת האחריות המובנת של המדען לתוצאות עבודתו (בין אם מעשית או עיתונאית), אלא גם מהעובדה שנושא המחקר הוא השאלה "למה הכל היה ככה, ולא אחרת" , ולא "מי היה הראשון שקיבל את זה?".
בנוסף, המחבר מתנצל בפני הקוראים על השימוש הכפוי במונחים כימיים - תכונות של מדע (כפי שמוכיח הניסיון הפדגוגי שלו, לא האהוב ביותר על תלמידי בית הספר). מתוך הבנה שאי אפשר לכתוב על כימיקלים מבלי להזכיר מונחים כימיים, המחבר ינסה למזער את אוצר המילים הטכני.
והאחרון. אין לראות בשום אופן את הנתונים המספריים שמסר המחבר לאמת האולטימטיבית. נתונים על מאפיינים של חומרי נפץ במקורות שונים שונים ולעיתים די חזק. זה מובן: המאפיינים של תחמושת תלויים באופן משמעותי מאוד במראה ה"סחורה" שלהם, נוכחות / היעדר חומרים זרים, הכנסת מייצבים, מצבי סינתזה וגורמים רבים אחרים. גם שיטות לקביעת מאפיינים של חומרי נפץ אינן שונות במונוטוניות (אם כי רק תהיה כאן יותר סטנדרטיזציה), והן גם אינן סובלות משחזור מיוחד.
סיווג BB
בהתאם לסוג הפיצוץ והרגישות להשפעות חיצוניות, כל חומרי הנפץ מחולקים לשלוש קבוצות עיקריות:
1. ייזום חומרי נפץ.
2. חומר נפץ בריזנט.
3. זריקת חומר נפץ.
ייזום חומרי נפץ. הם רגישים מאוד להשפעות חיצוניות. שאר המאפיינים שלהם בדרך כלל נמוכים. אבל יש להם תכונה יקרת ערך - לפיצוץ (התפוצצות) שלהם יש אפקט פיצוץ על פיצוץ והנעת חומרי נפץ, שבדרך כלל אינם רגישים לסוגים אחרים של השפעה חיצונית כלל או בעלי רגישות נמוכה מאוד. לכן, חומרים יזומים משמשים רק כדי לעורר פיצוץ של פיצוץ או הנעת חומרי נפץ. כדי להבטיח את בטיחות השימוש בחומרי נפץ, הם ארוזים בהתקני הגנה (פריימר, שרוול פריימר, מכסה נפץ, נפץ חשמלי, נתיך). נציגים אופייניים של ייזום חומרי נפץ: כספית פולמינאט, עופרת אזיד, טנרים (TNRS).
Brizantnye VV. זה, למעשה, מה שהם אומרים וכותבים עליו. הם מצוידים בפגזים, מוקשים, פצצות, רקטות, מוקשים; הם מפוצצים גשרים, מכוניות, אנשי עסקים...
חומרי נפץ מחולקים לשלוש קבוצות לפי מאפייני הנפץ שלהם:
- כוח מוגבר (נציגים: הקשוגן, אוקטוגן, גוף חימום, טטריל);
- כוח נורמלי (נציגים: TNT, מלניט, פלסטיט);
- הספק מופחת (נציגים: אמוניום חנקתי ותערובותיו).
חומרי נפץ בעלי עוצמה גבוהה הם מעט יותר רגישים להשפעות חיצוניות ולכן הם משמשים לעתים קרובות יותר בתערובת עם חומרי פלגמה (חומרים המפחיתים את רגישותם של חומרי נפץ) או בתערובת עם חומרי נפץ בעלי עוצמה רגילה כדי להגביר את כוחם של האחרונים. לפעמים חומרי נפץ בעלי כוח מוגבר משמשים כמפוצצי ביניים.
זריקת חומר נפץ. מדובר באבקות שריפה שונות - שחור מעושן, פירוקסילין ללא עשן וניטרוגליצרין. הם כוללים גם תערובות פירוטכניות שונות לזיקוקים, רקטות איתות והדלקה, קליעים להדלקה, מוקשים, פצצות.
על אבקה שחורה וברטולד שחור
במשך כמה מאות שנים, הסוג היחיד של חומר הנפץ בו השתמש האדם היה אבקה שחורה. בעזרתה הושלכו לעבר האויב כדורי תותח מתותחים, ומולאו בהם פגזי נפץ. אבק שריפה שימש במכרות תת קרקעיים כדי להרוס את חומות המבצרים, לריסוק סלעים.
באירופה הוא נודע מהמאה ה-682, ובסין, הודו וביזנטיון עוד קודם לכן. התיאור המתועד הראשון של אבק שריפה לזיקוקים תואר על ידי המדען הסיני Sun-Simyao בשנת 60. מקסימיליאן היווני (מאות XIII-XIV) במסכת "ספר השריפות" תיאר תערובת המבוססת על אשלגן חנקתי, בשימוש בביזנטיון בתור ה"אש היוונית" המפורסמת ומורכבת מ-20% מלפטר, 20% גופרית ו-XNUMX% פחם.
ההיסטוריה האירופית של גילוי אבק השריפה מתחילה עם האנגלי, הנזיר הפרנציסקני רוג'ר בייקון, אשר בשנת 1242 בספר "Liber de Nullitate Magiae" נותן מתכון לאבקה שחורה לרקטות וזיקוקים (40% מלח, 30% פחם ו 30% גופרית) והנזיר המיתי למחצה ברטולד שוורץ (1351). עם זאת, ייתכן שמדובר באדם אחד: השימוש בשמות בדויים בימי הביניים היה נפוץ למדי, וכך גם הבלבול לאחר מכן עם תיארוך המקורות.פשטות ההרכב, זמינותם של שניים משלושת המרכיבים (גופרית מקומית עדיין אינה נדירה באזורים הדרומיים של איטליה וסיציליה), קלות ההכנה - כל זה הבטיח צעדת ניצחון במדינות אירופה ואסיה. הבעיה היחידה הייתה השגת אשלגן חנקתי בכמויות גדולות, אך גם משימה זו התמודדה בהצלחה. מכיוון שהמשקע הידוע היחיד של אשלגן חנקתי באותה תקופה היה בהודו (ומכאן שמו השני - הודי), התבסס הייצור המקומי כמעט בכל המדינות. אי אפשר היה לקרוא לזה נעים, אפילו עם מרווח מוצק של אופטימיות: חומרי הגלם עבורו היו זבל, קרביים של בעלי חיים, שתן ושיער של בעלי חיים. המרכיבים הפחות לא נעימים במרקחת המסריחה והמלוכלכת הזו היו ליים ואשלג. כל העושר הזה נפל לתוך בורות במשך כמה חודשים, שם הוא נדד בהשפעת אזוטובקטריה. האמוניה שהשתחררה התחמצנה לחנקות, מה שבסופו של דבר העניק למלח הנחשק, שבודד וטיהור בגיבוש מחדש - עיסוק, אני גם אגיד, לא הכי נעים. כפי שאתה יכול לראות, אין שום דבר מסובך במיוחד בתהליך, חומרי הגלם הם די סבירים וגם זמינות אבק השריפה הפכה עד מהרה לאוניברסלית.
אבקה שחורה (או מעושנת) באותה תקופה הייתה חומר נפץ אוניברסלי. לא רועד ולא רולי, במשך שנים רבות הוא שימש הן כנשק לזריקה והן כמילוי לפצצות הראשונות - אבות הטיפוס של התחמושת המודרנית. עד סוף השליש הראשון של המאה ה-70, אבק השריפה ענה במלואו על צורכי הקידמה. אבל המדע והתעשייה לא עמדו מלכת, ועד מהרה הם חדלו לעמוד בדרישות התקופה בשל כוחו הנמוך. את סופו של המונופול של אבק השריפה אפשר לייחס לשנות ה-XNUMX של המאה ה-XNUMX, כאשר א' לאבויאר וס' ברטהולט ארגנו את ייצור מלח ברטהולט על בסיס אשלגן כלוראט (מלח ברטהולט) שהתגלה על ידי ברטהולט.
אפשר להתחיל את ההיסטוריה של מלח ברטהולט מהרגע שבו קלוד ברטהולט חקר את תכונות הכלור שהתגלה לאחרונה על ידי קרל שילה. על ידי העברת כלור דרך תמיסה מרוכזת חמה של אשלגן הידרוקסיד השיג ברטהולט חומר חדש, שנקרא מאוחר יותר אשלגן כלורט על ידי כימאים, ולא על ידי כימאים - מלח ברטהולט. זה קרה ב-1786. ולמרות שמלח השטן לא הפך לחומר נפץ חדש, הוא מילא את תפקידו: ראשית, הוא שימש כתמריץ לחפש תחליפים חדשים ל"אל המלחמה" המדולדל, ושנית, הוא הפך לאב הקדמון של סוגים חדשים של חומרי נפץ. - יוזם.
שמן נפץ
ובשנת 1846 הציעו כימאים שני חומרי נפץ חדשים - פירוקסילין וניטרוגליצרין. בטורינו גילה הכימאי האיטלקי Ascanio Sobrero שמספיק לטפל בגליצרין בחומצה חנקתית (לבצע ניטרציה) ליצירת נוזל שקוף שמנוני - ניטרוגליצרין. החשבון המודפס הראשון שלו פורסם ב-L'Institut (XV, 53), 15 בפברואר 1847, וראוי לציטוט כלשהו. החלק הראשון בו אומר:
"אסקניו סוברו, פרופסור לכימיה טכנית מטורינו, במכתב ששידר פרופ'. פלוז, מדווח כי הוא מייצר מזה זמן רב חומרי נפץ על ידי פעולת חומצה חנקתית על חומרים אורגניים שונים, דהיינו סוכר קנים, פתיונות, דקסטריט, סוכר חלב וכו'. סובררו חקר גם את ההשפעה של תערובת של חומצות חנקתיות וגופרית על גליצרין , והניסיון הראה לו שמתקבל חומר הדומה לכותנה מקשקשת ... "
להלן תיאור חווית הניטרציה, המעניינת רק כימאים אורגניים (וגם אז רק מנקודת מבט היסטורית), אך נציין רק תכונה אחת: נגזרות ניטרו של תאית, כמו גם יכולתן להתפוצץ. , היו כבר אז ידועים למדי [11].
ניטרוגליצרין הוא אחד מחומרי הנפץ החזקים והרגישים ביותר, שהטיפול בו דורש טיפול וזהירות מיוחדים.
1. רגישות: כדורים יכולים להתפוצץ כאשר הם נפגעים מכדור. רגישות לפגיעות עם משקל של 10 ק"ג ירד מגובה של 25 ס"מ - 100%. בעירה הופכת לפיצוץ.
2. אנרגיה של טרנספורמציה נפיצה - 5300 J/kg.
3. מהירות פיצוץ: 6500m/s
4. בריזנס: 15-18 מ"מ.
5. חומר נפץ גבוה: 360-400 סמ"ק ראה [6].
האפשרות להשתמש בניטרוגליצרין הוצגה על ידי הכימאי הרוסי המפורסם N.N Zinin, שבשנים 1853-1855 במהלך מלחמת קרים, יחד עם המהנדס הצבאי V.F. Petrushevsky, ייצרו כמות גדולה של ניטרוגליצרין.
פרופסור מאוניברסיטת קאזאן N.N. זינין
המהנדס הצבאי V.F. פטרושבסקי
אבל השטן שחי בניטרוגליצרין התברר כמרושע וסורר. התברר כי הרגישות של חומר זה להשפעות חיצוניות נחותה רק במעט מזו של כספית fulminate. הוא יכול להתפוצץ כבר ברגע הניטרציה, אסור לנער אותו, לחמם ולקרר אותו, לחשוף אותו לשמש. זה עלול להתפוצץ במהלך האחסון. ואם תבעירו אותו עם גפרור, הוא יכול להישרף די רגוע...
ועדיין, הצורך בחומרי נפץ חזקים באמצע המאה ה-XNUMX כבר היה כה גדול, שלמרות תאונות רבות, ניטרוגליצרין החל להיות בשימוש נרחב בפיצוץ.ניסיונות לרסן את השטן המרושע נעשו על ידי רבים, אך תהילתו של המאלף הגיעה לאלפרד נובל. עליות ומורדות של דרך זו, כמו גם גורל ההכנסות ממכירת חומר זה, ידועים ברבים, והמחבר רואה מיותר להיכנס לפרטיהם.
"נסחט" לתוך הנקבוביות של חומר מילוי אינרטי (ונוסו כמה עשרות חומרים ככאלה, שהטובים שבהם התברר כאדמה אינפוזית - סיליקט נקבובי, ש-90% מנפחו נופל על נקבוביות שיכולות לספוג בשקיקה ניטרוגליצרין), ניטרוגליצרין הפך להרבה יותר "תואם", תוך שמירה על כמעט כל כוחו ההרסני. כידוע, נובל העניק לתערובת הזו, הדומה כלפי חוץ לכבול, את השם "דינמיט" (מהמילה היוונית "דינוס" - חוזק). אירונית הגורל: שנה לאחר שנובל קיבל פטנט על ייצור דינמיט, פטרושבסקי מערבב באופן עצמאי לחלוטין ניטרוגליצרין עם מגנזיה ומקבל חומר נפץ, שנקרא לימים "דינמיט רוסי".
ניטרוגליצרין (או ליתר דיוק, גליצרול טריניטראט) הוא אסטר מלא של גליצרול וחומצה חנקתית. זה מתקבל בדרך כלל על ידי טיפול בגליצרול בתערובת חומצה גופרתית (במונחים כימיים, תגובת אסטריפיקציה):
הפיצוץ של ניטרוגליצרין מלווה בשחרור של כמות גדולה של מוצרים גזים:
4 C3H5(לא2)3 = 12 CO2 + 10 ח2O+6N2 + O.2
האסטריפיקציה מתקדמת ברצף בשלושה שלבים: הראשון הוא גליצרול מונוניטרט, השני הוא גליצרול דיניטרט, והשלישי הוא גליצרול טריניטראט. לקבלת תשואה מלאה יותר של ניטרוגליצרין, נלקח עודף של 20% של חומצה חנקתית מעבר לכמות הנדרשת תיאורטית.
הניטרציה בוצעה בסירי חרסינה או כלי עופרת מולחמים באמבט של מי קרח. בריצה אחת התקבלו כ-700 גרם ניטרוגליצרין, ותוך שעה מפעולות כאלה בוצעו 3-4.
אבל הצרכים ההולכים וגדלים עשו התאמות משלהם לטכנולוגיה להשגת ניטרוגליצרין. עם הזמן (בשנת 1882) פותחה טכנולוגיה לייצור חומרי נפץ בניטרטורים. במקביל, התהליך חולק לשני שלבים: בשלב הראשון ערבב גליצרול עם מחצית מכמות החומצה הגופרתית ובכך ניצל את רוב החום שנוצר, ולאחר מכן נוצרה תערובת מוכנה של חומצה חנקתית וגופרית. מוכנס לאותו כלי. לפיכך, הקושי העיקרי נמנע: התחממות יתר של תערובת התגובה. הערבוב מתבצע עם אוויר דחוס בלחץ של 4 אטמוספירות. התפוקה של התהליך היא 100 ק"ג גליצרין ב-20 דקות ב-10-12 מעלות.
בשל המשקל הסגולי השונה של ניטרוגליצרין (1,6) וחומצת פסולת (1,7), הוא נאסף מלמעלה עם ממשק חד. לאחר הניטרציה, ניטרוגליצרין נשטף במים, לאחר מכן נשטף משאריות חומצה עם סודה ונשטף שוב במים. ערבוב בכל שלבי התהליך מתבצע עם אוויר דחוס. הייבוש מתבצע על ידי סינון דרך שכבת מלח מבורך [9].
כפי שניתן לראות, התגובה פשוטה למדי (זכור את גל הטרור בסוף המאה ה-XNUMX, שהועלו על ידי ה"מפציצים" ששלטו במדע הפשוט של כימיה יישומית) ושייכת למספר "התהליכים הכימיים הפשוטים" (א' שטטבכר). כמעט כל כמות של ניטרוגליצרין יכולה להיעשות בתנאים הפשוטים ביותר (אבקה שחורה לא הרבה יותר קלה להכנה).
הצריכה של ריאגנטים היא כדלקמן: כדי להשיג 150 מ"ל של ניטרוגליצרין, אתה צריך לקחת: 116 מ"ל של גליצרין; 1126 מ"ל חומצה גופרתית מרוכזת;
649 מ"ל של חומצה חנקתית (לפחות ריכוז של 62%).
דינמיט במלחמה
דינמיט שימש לראשונה במלחמת צרפת-פרוסיה בשנים 1870-1871, כאשר חבלנים פרוסים פוצצו ביצורים צרפתיים בדינמיט. אבל הבטיחות של הדינמיט הייתה יחסית. הצבא גילה מיד שכאשר יורים בכדור, הוא מתפוצץ לא יותר גרוע מאבותיו, ושריפה במקרים מסוימים הופכת לפיצוץ.אבל הפיתוי להשיג תחמושת חזקה היה בלתי ניתן לעמוד בפניו. באמצעות ניסויים מסוכנים ומורכבים למדי, ניתן היה לגלות שדינמיט לא יתפוצץ אם העומסים לא יוגדלו באופן מיידי, אלא בהדרגה, תוך שמירה על האצה של הקליע בגבולות בטוחים.
הפתרון לבעיה ברמה הטכנית נראה בשימוש באוויר דחוס. ביוני 1886, לוטננט אדמונד לודוויג ג' זלינסקי מגדוד התותחנים החמישי של צבא ארצות הברית בדק ושיפר את התכנון המקורי של ההנדסה האמריקאית. אקדח פנאומטי בקליבר של 5 מ"מ ובאורך של 380 מ', באמצעות אוויר דחוס ל-15 אטמוספירות, עלול לזרוק פגזים באורך 140 מ' עם 3,35 ק"ג דינמיט בגובה 227 מ' אלף מ'.
את הכוח המניע סיפקו שני צילינדרים של אוויר דחוס, שחלקם העליון היה מחובר לאקדח באמצעות צינור גמיש. הגליל השני היה רזרבה להזנת העליון, והלחץ בו נשמר באמצעות משאבת קיטור שקבורה באדמה. הקליע, המלא בדינמיט, היה בצורת חץ - חץ ארטילרי - והיה לו ראש נפץ במשקל 50 פאונד.
הדוכס מקיימברידג' הורה לצבא לבדוק מערכת אחת כזו במילפורד הייבן, אך האקדח ניצל כמעט את כל התחמושת לפני שפגע לבסוף במטרה, שלמרות זאת הושמדה ביעילות רבה. האדמירלים האמריקאים היו מרוצים מהאקדח החדש: ב-1888 שוחרר כסף לייצור 250 רובי דינמיט לתותחי חוף.
בשנת 1885 הקים זלינסקי את פלוגת התותחים הפנאומטיים ליישום בצבא ואילך צי רובים פנאומטיים עם פגזי דינמיט. הניסויים שלו הובילו לדבר על רובי אוויר כמבטיח חדש כלי נשק. הצי האמריקני אף בנה את סיירת הדינמיט וזוב בשנת 1888, עקרה 944 טון, חמוש בשלושה תותחים כאלה בקוטר 381 מ"מ.
תכנית של סיירת "דינמיט" "וזוב"
[מרכז]
וכך נראו הרובים הנייחים שלו שיוצאים החוצה[/ מרכז]
אבל דבר מוזר: אחרי כמה שנים, ההתלהבות התחלפה באכזבה. "במהלך המלחמה הספרדית-אמריקאית", אמרו התותחנים האמריקאים בהזדמנות זו, "התותחים האלה מעולם לא פגעו במקום הנכון". ולמרות שהנקודה כאן לא הייתה כל כך בתותחים, אלא ביכולת של התותחנים לירות מדויק ובהרכבה הנוקשה של התותחים, מערכת זו לא זכתה להמשך פיתוח.
בשנת 1885 התקין הולנד רובה אוויר זלינסקי על צוללת מס' 4 שלו. אולם היא לא הגיעה למבחנים המעשיים שלה, כי. הסירה עברה תאונה קשה במהלך השיגור.
בשנת 1897 חימש הולנד מחדש את צוללת מס' 8 שלו בתותח זלינסקי החדש. החימוש היה צינור טורפדו חרטום בגודל 18 אינץ' (457 מ"מ) עם שלושה טורפדות Whitehead, וכן אקדח אוויר ירכתיים זלינסקי עבור פגזי דינמיט (תחמושת) עומס של 7 כדורים של 222 פאונד (100,7 ק"ג) כל אחד). עם זאת, בשל הקנה הקצר מדי, המוגבל על ידי גודל הסירה, לאקדח זה היה טווח ירי קצר. לאחר ירי מעשי, הממציא פירק אותו ב-1899.
בעתיד, לא הולנד ולא מעצבים אחרים התקינו רובים (מכשירים) לירי זריקת מוקשים ופגזי דינמיט על הצוללות שלהם. אז הרובים של זלינסקי באופן בלתי מורגש, אך עזבו במהירות את הבמה [12].
אח של ניטרוגליצרין
מנקודת מבט כימית, גליצרול הוא הנציג הפשוט ביותר של מחלקת האלכוהול התלת-הידרי. יש את האנלוג הדיאטומי שלו - אתילן גליקול. פלא שאחרי היכרות עם ניטרוגליצרין, כימאים הפנו את תשומת לבם גם לאתילן גליקול, בתקווה שיהיה נוח יותר לשימוש.
אבל גם כאן השטן של חומרי הנפץ הראה את אופיו הגחמני. המאפיינים של דיניטרואתילן גליקול (חומר הנפץ הזה מעולם לא קיבל את שמו שלו) התברר שלא שונה בהרבה מניטרוגליצרין:
1. רגישות: פיצוץ כאשר 2 ק"ג של מטען נופל מגובה של 20 ס"מ; רגיש לחיכוך, אש.
2. אנרגיה של טרנספורמציה נפיצה - 6900 J/kg.
3. מהירות פיצוץ: 7200m/s
4. בריזנס: 16,8 מ"מ.
5. חומר נפץ גבוה: 620-650 מ"ק. ס"מ.
הוא הושג לראשונה על ידי הנרי בשנת 1870. הושג על ידי חנקה קפדנית של אתילן גליקול באופן דומה לזה של ניטרוגליצרין (תערובת חנקה: H2SO4 - חמישים%, אף אוזן גרון3 - חמישים%; יחס - 50 עד 1 ביחס לאתילן גליקול).
תהליך הניטרציה יכול להתבצע בטמפרטורה נמוכה יותר, מה שגורם ליבול גבוה יותר [7, 8].
למרות העובדה שבאופן כללי הרגישות של GNEG התבררה כנמוכה במקצת מזו של NG, השימוש בו לא הבטיח יתרונות משמעותיים. אם נוסיף לכך תנודתיות גבוהה מזו של NG וזמינות נמוכה יותר של חומרי הזנה, יתברר שהדרך הזו לא הובילה לשום מקום.
עם זאת, זה גם לא היה חסר תועלת לחלוטין. בתחילה הוא שימש כתוסף לדינמיט, בשנות מלחמת העולם השנייה, עקב המחסור בגליצרין, הוא שימש כתחליף לניטרוגליצרין באבקות ללא עשן. לאבק שריפה כזה היה חיי מדף קצרים בגלל התנודתיות של DNEG, אבל בתנאי מלחמה זה לא ממש משנה: אף אחד לא התכוון לאחסן אותם במשך זמן רב.
סינר מאת כריסטיאן שנביין
לא ידוע כמה זמן היה הצבא משקיע בחיפוש אחר דרכים להרגעת הניטרוגליצרין אם עד סוף המאה ה-16 לא הייתה מגיעה בזמן טכנולוגיה תעשייתית לייצור ניטרוסטר נוסף. בקצרה, ההיסטוריה של הופעתו היא כדלקמן [XNUMX].
ב-1832 גילה הכימאי הצרפתי אנרי בראקונו שכאשר טופלו בסיבי עמילן ועץ בחומצה חנקתית, נוצר חומר דליק ונפיץ לא יציב, שאותו כינה קסילואידין. נכון, העניין היה מוגבל לדיווח על הגילוי הזה. שש שנים מאוחר יותר, ב-1838, כימאי צרפתי אחר, תאופיל-ז'ול פלוז, טיפל בנייר ובקרטון בצורה דומה והשיג חומר דומה, לו כינה ניטרמידין. מי היה חושב אז, אבל הסיבה לחוסר האפשרות להשתמש בניטרמידין למטרות טכניות הייתה דווקא היציבות הנמוכה שלו.
ב-1845, הכימאי השוויצרי כריסטיאן פרידריך שנביין (שהפך מפורסם באותה תקופה בזכות גילוי האוזון) ערך ניסויים במעבדתו. אשתו אסרה עליו בחומרה להכניס את הצלוחיות שלו למטבח, ולכן מיהר לסיים את הניסוי בהיעדרה - ושפך מעט מהתערובת הקוסטית על השולחן. במאמץ להימנע משערורייה, הוא, כמיטב מסורות הניקיון השוויצרי, ניגב אותה בסינר העבודה שלו, שכן התערובת לא הייתה יותר מדי. אחר כך, גם במסורת החסכנות השוויצרית, הוא שטף את הסינר במים ותלה אותו מעל הכיריים לייבוש. כמה זמן או קצר זה היה תלוי שם, ההיסטוריה שותקת, אבל ידוע בוודאות שלאחר ייבוש הסינר נעלם פתאום. יתרה מכך, הוא לא נעלם בשקט, באנגלית, אלא בקול רם, אפשר אפילו לומר בקסם: בהבזק ובקפיצה חזקה של פיצוץ. אבל הנה מה שמשך את תשומת לבו של שנביין: הפיצוץ התרחש ללא שאיפה קטנה של עשן!
ולמרות ששנביין לא היה הראשון שגילה את ניטרוצלולוזה, הוא זה שנועד להסיק מסקנה לגבי חשיבות התגלית. באותה תקופה השתמשו באבקה שחורה בארטילריה, הפיח שממנו לכלך את התותחים עד כדי כך שהיה צריך לנקות אותם בין ירייה, ואחרי המטחים הראשונים עלה מסך עשן כזה שנאלץ להילחם כמעט בעיוורון. מה אנחנו יכולים לומר על העובדה שנשיפות עשן שחור סימנו בצורה מושלמת את מיקום הסוללות. הדבר היחיד שהאיר את החיים היה ההבנה שהאויב נמצא באותה עמדה. לכן הצבא הגיב בהתלהבות לחומר הנפץ שנותן הרבה פחות עשן, וחוץ מזה הוא גם חזק יותר מאבקה שחורה.
ניטרוצלולוזה, נטולת החסרונות של אבקה שחורה, אפשרה לבסס ייצור של אבק שריפה ללא עשן. ובמסורות של אז, הם החליטו להשתמש בו הן כחומר הנעה והן כחומר נפץ. בשנת 1885, לאחר עבודות ניסיוניות רבות, המהנדס הצרפתי פול וייל קיבל ובדק כמה קילוגרמים של אבקת פירוקסילין למלרית, הנקראת אבקת שריפה "B" - האבקה הראשונה ללא עשן. בדיקות הוכיחו את היתרונות של אבק השריפה החדש.
עם זאת, לא היה קל לבסס ייצור של כמות גדולה של ניטרוצלולוזה לצרכים צבאיים. ניטרוצלולוזה היה חסר סבלנות מכדי לחכות לקרבות, ומפעלים, ככלל, המריאו בקביעות מעוררת קנאה, כאילו מתחרים בזה עם ייצור ניטרוגליצרין. בעת יצירת הטכנולוגיה לייצור תעשייתי של פירוקסילין, היה צורך להתגבר על מכשולים כאלה, כמו לאף חומר נפץ אחר. לקח רבע מאה שלמה לבצע מספר עבודות של חוקרים ממדינות שונות עד שחומר הנפץ הסיבי המקורי הזה הפך מתאים לשימוש ועד שנמצאו אמצעים ושיטות רבים שאיכשהו מובטחים מפני פיצוץ במהלך אחסון ממושך של המוצר. הביטוי "במידת מה" אינו מכשיר ספרותי, אלא שיקוף של המורכבות שבה נתקלו כימאים וטכנולוגים בקביעת הקריטריונים לקיימות. לא היה שיפוט נחרץ לגבי גישות לקביעת קריטריונים ליציבות, ועם הרחבת היקף השימוש בחומר הנפץ הזה, התפוצצויות מתמדות חשפו עוד ועוד מאפיינים מסתוריים בהתנהגות האתר המורכב המוזר הזה. רק ב-1891 הצליחו ג'יימס דיואר ופרדריק אבל למצוא טכנולוגיה בטוחה.
ייצור פירוקסילין מצריך מספר רב של מכשירי עזר ותהליך טכנולוגי ארוך, בו יש לבצע את כל הפעולות בזהירות ויסודית באותה מידה.
המוצר הראשוני לייצור פירוקסילין הוא תאית, שהנציגה הטובה ביותר שלה היא כותנה. תאית טהורה טבעית היא פולימר המורכב משאריות גלוקוז, בהיותו קרוב משפחה של עמילן:(C6H10O5)n. בנוסף, הפסולת של מפעלי נייר יכולה להפוך למקור לחומרי גלם מעולים.
חנקת סיבים השתלטה בקנה מידה תעשייתי כבר בשנות ה-60 של המאה ה-XNUMX ובוצעה בסירי קרמיקה עם לחיצה נוספת בצנטריפוגות. עם זאת, עד סוף המאה, שיטה פרימיטיבית זו הוחלפה על ידי הטכנולוגיה האמריקאית, אם כי במהלך שנות מלחמת העולם הראשונה היא קמה לתחייה בשל עלותה הנמוכה ופשטותה (ליתר דיוק, פרימיטיביות).
כותנה מנוקה מועמסת לתוך ניטריפייר, תערובת חנקה (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, מים - 7%) על בסיס 15 ק"ג סיבים 900 ק"ג מהתערובת, מה שנותן תשואה של 25 ק"ג פירוקסלין.
ניטרטורים מחוברים לסוללות, המורכבות מארבעה כורים וצנטריפוגה אחת. הניטרטורים נטענים במרווח זמן (כ-40 דקות) השווה לזמן הספין, מה שמבטיח את המשכיות התהליך.
פירוקסילין הוא תערובת של מוצרים בדרגות שונות של חנקת תאית. פירוקסילין, המתקבל על ידי שימוש בחומצה זרחתית במקום חומצה גופרתית, הוא יציב ביותר, אך טכנולוגיה זו לא השתרשה עקב עלות גבוהה יותר ותפוקה נמוכה יותר.
פירוקסילין לחוץ נוטה להתלקח באופן ספונטני ויש צורך להרטיב אותו. המים המשמשים לשטיפה וייצוב פירוקסילין אינם צריכים להכיל חומרים אלקליים, שכן תוצרי פירוק אלקליין הם זרזי הצתה עצמית. ייבוש סופי לתכולת הלחות הנדרשת מושג על ידי שטיפה באלכוהול מוחלט.
אבל אפילו ניטרוצלולוזה מורטבת אינה נקייה מצרות: היא רגישה לזיהום על ידי מיקרואורגניזמים הגורמים לעובש. הגן עליו על ידי שעווה על פני השטח. למוצר המוגמר היו המאפיינים הבאים:
1. הרגישות של פירוקסילין תלויה מאוד בלחות. יבש (3 - 5% לחות) מתלקח בקלות מלהבה פתוחה או ממגע של מתכת חמה, קידוח, חיכוך. הוא מתפוצץ כאשר עומס של 2 ק"ג נופל מגובה 10 ס"מ. עם עליית הלחות הרגישות יורדת וב-50% מים נעלמת יכולת הפיצוץ.
2. אנרגיה של טרנספורמציה נפיצה - 4200 MJ/kg.
3. מהירות פיצוץ: 6300m/s
4. בריזנס: 18 מ"מ.
5. חומר נפץ גבוה: 240 מ"ק. ס"מ.
ועדיין, למרות החסרונות, הפירוקסילין היציב יותר מבחינה כימית התאים לצבא יותר מאשר ניטרוגליצרין ודינמיט, ניתן היה להתאים את הרגישות שלו על ידי שינוי הלחות שלו. לכן, פירוקסילין דחוס החל למצוא יישום רחב לצייד ראשי נפץ של מוקשים ופגזים, אבל עם הזמן, המוצר שאין שני לו פינה את מקומו לנגזרות חנקות של פחמימנים ארומטיים. ניטרוצלולוזה נותרה כחומר נפץ מניע, אך כחומר נפץ הוא הפך לעד נחלת העבר [9].
ג'לי נפץ ואבקת שריפה ניטרוגליצרין
"אבקה שחורה ... מייצגת את כל היתרונות לשיפור נוסף - בעזרת מחקר מדעי של התופעות הבלתי נראות המתרחשות במהלך הבעירה שלה. אבקה ללא עשן היא קישור חדש בין כוחן של מדינות והתפתחותן המדעית. מסיבה זו, בהיותי אחד הלוחמים של המדע הרוסי, אני, עם ירידת כוחי ושנותיי, לא מעז לנתח את הבעיות של אבקה ללא עשן..."
הקורא, שלפחות קצת מכיר את ההיסטוריה של הכימיה, כנראה כבר ניחש מי מילותיו - הכימאי הרוסי המבריק D.I. מנדלייב.
כתחום ידע כימי, הקדיש מנדלייב מאמצים ותשומת לב רבה לייצור אבקה בשנים האחרונות לחייו - בשנים 1890-1897. אבל, כמו תמיד, לשלב האקטיבי של ההתפתחות קדמה תקופה של הרהור, צבירת ושיטתיות של ידע.
הכל התחיל בכך שבשנת 1875 גילה אלפרד נובל הבלתי נלאה תגלית נוספת: תמיסה מוצקה פלסטית ואלסטית של ניטרוצלולוזה בניטרוגליצרין. הוא שילב בהצלחה צורה מוצקה, צפיפות גבוהה, קלות דפוס, אנרגיה מרוכזת וחוסר רגישות ללחות אטמוספרית גבוהה. הג'לי, שנשרף לחלוטין לפחמן דו חמצני, חנקן ומים, היה מורכב מ-8% דיניטרוצלולוזה ו-92% ניטרוגליצרין.
בניגוד לטכנאי נובל, D.I. מנדלייב יצא מגישה מדעית גרידא. הוא ביסס את המחקר שלו על רעיון מוגדר היטב ומבוסס כימית: החומר הרצוי במהלך הבעירה צריך לשחרר מקסימום תוצרים גזים ליחידת משקל. מנקודת מבט כימית, זה אומר שהחמצן בתרכובת הזו צריך להספיק כדי להמיר לחלוטין פחמן לתחמוצת גזי, מימן למים, ויכולת החמצון לספק אנרגיה לכל התהליך הזה. חישוב מפורט הוביל לנוסחה של ההרכב הבא: C30Н38(לא2)12O25. בעת שריפה, אתה צריך לקבל את הדברים הבאים:
C30Н38(לא2)12O25 = 30 CO + 19 H2O+6N2
ביצוע תגובה ממוקדת לסינתזה של חומר בהרכב כזה, אפילו כיום, אינה משימה קלה, ולכן, בפועל, נעשה שימוש בתערובת של 7-10% ניטרוצלולוזה ו-90-93% ניטרוגליצרין. אחוז החנקן הוא כ-13,7%, שהוא מעט גבוה יותר מאשר עבור פירוקולודיום (12,4%). הפעולה אינה קשה במיוחד, אינה דורשת שימוש בציוד מורכב (היא מתבצעת בשלב הנוזל) ומתמשכת בתנאים רגילים.
בשנת 1888, קיבל נובל פטנט על אבק שריפה העשוי מניטרוגליצרין וקולוקסילין (סיבים דלי חנקה), הנקראים ללא עשן כמו אבק שריפה פירוקסילין. הרכב זה היה בשימוש כמעט ללא שינוי עד כה תחת שמות טכניים שונים, המפורסמים שבהם הם קורדיט ובליסטיט. ההבדל העיקרי הוא ביחס בין ניטרוגליצרין לפירוקסלין (הוא גבוה יותר בקורדיט) [13].
איך ה-VVs האלה קשורים זה לזה? בואו נסתכל על הטבלה:
טבלה 1.
-------------------------------------------------- -------------------------------
VV ...... רגישות .... אנרגיה ... מהירות ...... Brisance ... חומר נפץ גבוה
.........(ק"ג / ס"מ /% פיצוצים) .... פיצוצים .... פיצוצים
-------------------------------------------------- ------------------------------------
ГН..........2/4/100............5300........6500...........15 - 18...........360 - 400
ДНЭГ......2/10/100...........6900.........7200..........16,8...............620 - 650
НК.........2/25/10............4200.........6300...........18.................240
-------------------------------------------------- ------------------------------------
המאפיינים של כל חומרי הנפץ קרובים למדי, אך ההבדל בתכונות הפיזיקליות הכתיב נישות שונות ליישום שלהם.
כפי שכבר ראינו, לא ניטרוגליצרין ולא פירוקסילין שימחו את הצבא באופי שלהם. הסיבה ליציבות הנמוכה של החומרים הללו, כך נראה לי, נעוצה על פני השטח. שתי התרכובות (או שלוש - ספירה ודיניטרואתילן גליקול) הן נציגות של מחלקת האתרים. וקבוצת האסטרים היא בשום פנים ואופן לא אחת המובילות בעמידות כימית. במקום זאת, ניתן למצוא אותו בקרב זרים. גם קבוצת הניטרו, המכילה חנקן במצב חמצון די מוזר של +5, אינה מודל של יציבות. הסימביוזה של חומר חמצון חזק זה עם חומר מפחית כל כך טוב כמו קבוצת ההידרוקסיל של אלכוהול מובילה בהכרח למספר השלכות שליליות, שהלא נעימה שבהן היא קפריזיות ביישום.
מדוע כימאים והצבא השקיעו כל כך הרבה זמן בניסויים איתם? כפי שאתה יכול לראות, שיחד הרבה ורבים. צבאי - כוח רב יותר וזמינות חומרי גלם, מה שהגביר את יעילות הלחימה של הצבא והפך אותו לחוסר רגישות למשלוחים בזמן מלחמה. טכנולוגים - תנאי סינתזה קלים (אין צורך להשתמש בטמפרטורות גבוהות ולחץ גבוה) ונוחות טכנולוגית (למרות התהליכים הרב-שלביים, כל התגובות מתרחשות בנפח תגובה אחד וללא צורך בבידוד תוצרי ביניים).
גם התשואות המעשיות של המוצרים היו גבוהות למדי (טבלה 2), מה שלא גרם לצורך דחוף לחפש מקורות לכמות גדולה של חומצה חנקתית זולה (הבעיה עם חומצה גופרתית נפתרה הרבה קודם לכן).
טבלה 2.
-------------------------------------------------- ---------------------------------
BB ...... צריכת ריאגנטים לכל 1 ק"ג ..... מספר שלבים .... מספר מוצרים ששוחררו
.........חומצה חנקן..חומצה גופרתית
-------------------------------------------------- ---------------------------------
GN......10............23............3...... ........... ........אחד
DNEG....16,5...............16,5...............2......... ... ............אחד
NK........8,5............25............3........... ............אחד
-------------------------------------------------- ---------------------------------
המצב השתנה באופן דרמטי כאשר היפוסטזות חדשות של שטן חומרי הנפץ נכנסו למקום: טריניטרופנול וטריניטרוטולואן.
(המשך יבוא)
מידע