Tatsächlich sitzt der Teufel im Sprengstoff, bereit, jede Sekunde zu beginnen, alles zu zerstören und zu zerstören. Dieses Höllenwesen in Schach zu halten und nur bei Bedarf freizusetzen, ist das Hauptproblem, das Chemiker und Pyrotechniker bei der Herstellung und Verwendung von Sprengstoffen lösen müssen. In der Geschichte der Entstehung und Entwicklung von Sprengstoffen (Sprengstoffen) wird wie in einem Wassertropfen die Geschichte der Entstehung, Entwicklung und Zerstörung von Staaten und Reichen dargestellt.
Bei der Vorbereitung des Unterrichtsentwurfs stellte der Autor immer wieder fest, dass die Länder, deren Herrscher der Entwicklung der Wissenschaften und vor allem der natürlichen Dreifaltigkeit der Mathematiker - Physik - Chemie - wachsam waren, in ihrer Entwicklung Höhen erreichten. Ein markantes Beispiel kann der rasante Aufstieg Deutschlands auf die Weltbühne sein, das in einem halben Jahrhundert den Sprung aus einer Vereinigung unterschiedlicher Staaten geschafft hat, von denen einige selbst auf einer detaillierten Europakarte ohne "kleinen Umfang" schwer zu erkennen waren., zu einem Reich, mit dem man eineinhalb Jahrhunderte rechnen musste. Ohne die Verdienste des großen Bismarck in diesem Prozess zu schmälern, zitiere ich seinen Satz, den er nach dem siegreichen Ende des deutsch-französischen Krieges sagte: "Diesen Krieg hat ein einfacher deutscher Lehrer gewonnen." Der Autor möchte sich wie immer dem chemischen Aspekt der Erhöhung der Kampffähigkeit von Heer und Staat widmen, ohne seine Meinung auszuschließen.
Bei der Veröffentlichung des Artikels verzichtet der Autor ebenso wie Jules Verne bewusst auf die Angabe konkreter technologischer Details und richtet sein Augenmerk auf rein industrielle Verfahren der Explosivstoffgewinnung. Das liegt nicht nur an dem durchaus nachvollziehbaren Verantwortungsbewusstsein des Wissenschaftlers für die Ergebnisse seiner (praktischen oder journalistischen) Arbeiten, sondern auch daran, dass Gegenstand der Studie die Frage „Warum war das alles so und“nicht anders?“Und nicht „Wer hat es zuerst bekommen?
Darüber hinaus bittet der Autor die Leser um Verzeihung für die erzwungene Verwendung chemischer Begriffe - Attribute der Wissenschaft (wie seine eigene pädagogische Erfahrung zeigt, nicht die beliebteste von Schulkindern). Da es unmöglich ist, über Chemikalien zu schreiben, ohne chemische Begriffe zu erwähnen, versucht der Autor, spezielles Vokabular zu minimieren.
Und das Letzte. Die vom Autor angegebenen Zahlen sollten keinesfalls als die letzte Wahrheit angesehen werden. Die Angaben zu den Eigenschaften von Explosivstoffen in verschiedenen Quellen unterscheiden sich und teilweise recht stark. Dies ist verständlich: Die Eigenschaften von Munition hängen sehr stark von ihrer "marktfähigen" Art, dem Vorhandensein / Fehlen von Fremdstoffen, der Einführung von Stabilisatoren, Synthesemodi und vielen anderen Faktoren ab. Auch die Methoden zur Bestimmung der Eigenschaften von Explosivstoffen zeichnen sich nicht durch Einheitlichkeit aus (hier wird es allerdings mehr Standardisierung geben) und leiden auch nicht unter besonderer Reproduzierbarkeit.
BB-Klassifizierung
Je nach Explosionsart und Empfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen werden alle Sprengstoffe in drei Hauptgruppen eingeteilt:
1. BB einleiten.
2. Sprengstoffexplosion.
3. Sprengstoff werfen.
BB einleiten. Sie reagieren sehr empfindlich auf äußere Einflüsse. Der Rest ihrer Eigenschaften ist normalerweise gering. Aber sie haben eine wertvolle Eigenschaft - ihre Explosion (Detonation) hat eine Detonationswirkung auf Spreng- und Treibsprengstoffe, die normalerweise gegenüber anderen Arten von äußeren Einflüssen überhaupt nicht empfindlich sind oder eine sehr geringe Empfindlichkeit aufweisen. Daher werden Zündstoffe nur verwendet, um die Explosion von Spreng- oder Treibsprengstoffen anzuregen. Um die Sicherheit bei der Verwendung von Sprengstoffen zu gewährleisten, sind diese in Schutzvorrichtungen (Kapsel, Kapselhülle, Zündkapsel, elektrischer Zünder, Sicherung) verpackt. Typische Vertreter zündender Sprengstoffe: Quecksilberfulminat, Bleiazid, Tenres (TNPC).
Sprengen von Sprengstoff. Das ist in der Tat das, was sie sagen und schreiben. Sie rüsten Granaten, Minen, Bomben, Raketen, Landminen aus; sie sprengen Brücken, Autos, Geschäftsleute …
Sprengstoffe werden nach ihren Sprengeigenschaften in drei Gruppen eingeteilt:
- erhöhte Leistung (Vertreter: RDX, HMX, PETN, Tetril);
- normale Leistung (Vertreter: TNT, Melinit, Kunststoff);
- reduzierte Leistung (Vertreter: Ammoniumnitrat und seine Mischungen).
Explosivstoffe mit erhöhter Leistung sind etwas empfindlicher gegenüber äußeren Einflüssen und werden daher häufiger in Mischung mit Phlegmatisierungsmitteln (Substanzen, die die Empfindlichkeit von Sprengstoffen verringern) oder in einer Mischung mit Sprengstoffen normaler Leistung verwendet, um deren Leistung zu erhöhen. Manchmal werden Hochleistungssprengstoffe als Zwischenzünder verwendet.
Sprengstoff werfen. Dies sind verschiedene Schießpulver - schwarz rauchiges, rauchloses Pyroxylin und Nitroglycerin. Dazu gehören auch verschiedene pyrotechnische Mischungen für Feuerwerkskörper, Signal- und Leuchtfackeln, Zündgranaten, Minen und Fliegerbomben.
Über Schwarzpulver und Black Berthold
Mehrere Jahrhunderte lang war die einzige Art von Sprengstoff, die von Menschen verwendet wurde, Schwarzpulver. Mit seiner Hilfe wurden Kanonenkugeln auf den Feind geworfen und Sprenggranaten damit gefüllt. Schießpulver wurde in unterirdischen Minen verwendet, um die Mauern von Festungen zu zerstören, um Gestein zu zerkleinern.
In Europa wurde es ab dem 13. Jahrhundert bekannt, in China, Indien und Byzanz noch früher. Die erste überlieferte Beschreibung von Schießpulver für Feuerwerkskörper wurde 682 von dem chinesischen Wissenschaftler Sun-Simyao beschrieben berühmtes "griechisches Feuer" und besteht aus 60% Nitrat, 20% Schwefel und 20% Kohle.
Die europäische Geschichte der Entdeckung des Schießpulvers beginnt mit einem Engländer, dem Franziskanermönch Roger Bacon, der 1242 in seinem Buch "Liber de Nullitate Magiae" ein Rezept für Schwarzpulver für Raketen und Feuerwerkskörper (40% Salpeter, 30% Kohle und 30 % Schwefel) und der halbmythische Mönch Berthold Schwartz (1351). Es ist jedoch möglich, dass es sich dabei um eine Person handelte: Die Verwendung von Pseudonymen war im Mittelalter durchaus üblich, ebenso die spätere Verwechslung mit der Datierung von Quellen.
Die Einfachheit der Zusammensetzung, die Verfügbarkeit von zwei der drei Komponenten (heimischer Schwefel ist in den südlichen Regionen Italiens und Siziliens noch keine Seltenheit), die einfache Zubereitung - all dies garantierte dem Schießpulver einen Siegeszug durch die Länder Europas und Asien. Das einzige Problem bestand darin, große Mengen an Kaliumnitrat zu gewinnen, aber diese Aufgabe wurde erfolgreich bewältigt. Da sich zu dieser Zeit die einzige bekannte Kalinitrat-Lagerstätte in Indien befand (daher der zweite Name - Indisch), wurde in fast allen Ländern eine lokale Produktion etabliert. Als angenehm konnte man ihn auch mit einem gehörigen Optimismus nicht bezeichnen: Die Rohstoffe für ihn waren Dung, Tierdärme, Urin und Tierhaare. Die am wenigsten unangenehmen Zutaten in dieser übelriechenden und stark verschmutzten Mischung waren Kalk und Kali. All dieser Reichtum wurde für mehrere Monate in Gruben gekippt, wo er unter dem Einfluss von Azotobakterien fermentiert wurde. Das freigesetzte Ammoniak wurde zu Nitraten oxidiert, woraus schließlich das begehrte Nitrat resultierte, das isoliert und durch Umkristallisation gereinigt wurde - auch eine Beschäftigung, wie ich sagen möchte, nicht die angenehmste. Wie Sie sehen, ist der Prozess nicht besonders kompliziert, die Rohstoffe sind recht günstig und auch die Verfügbarkeit von Schießpulver wurde bald universell.
Schwarzes (oder rauchiges) Schießpulver war damals ein universeller Sprengstoff. Weder wackelig noch rollend, wurde es viele Jahre lang sowohl als Geschoss als auch als Füllung für die ersten Bomben - die Prototypen moderner Munition - verwendet. Bis zum Ende des ersten Drittels des 19. Jahrhunderts entsprach Schießpulver voll und ganz den Bedürfnissen des Fortschritts. Doch Wissenschaft und Industrie blieben nicht stehen, und schon bald genügte sie aufgrund ihrer geringen Kapazität nicht mehr den Anforderungen der Zeit. Das Ende des Schießpulvermonopols kann auf die 70er Jahre des 17. Jahrhunderts zurückgeführt werden, als A. Lavoisier und C. Berthollet die Herstellung von Berthollet-Salz auf Basis des von Berthollet entdeckten Kaliumchlorats (Berthollet-Salz) organisierten.
Die Geschichte des Berthollets Salzes lässt sich bis in den Moment zurückverfolgen, als Claude Berthollet die kürzlich von Carl Scheele entdeckten Eigenschaften des Chlors untersuchte. Indem man Chlor durch eine heiße konzentrierte Kaliumhydroxidlösung leitete, erhielt Berthollet eine neue Substanz, die später von Chemikern Kaliumchlorat und nicht von Chemikern genannt wurde - Berthollet-Salz. Es geschah 1786. Und obwohl das Teufelssalz nie zu einem neuen Sprengstoff wurde, erfüllte es seine Aufgabe: erstens diente es als Anreiz, nach neuen Ersatzstoffen für den altersschwachen „Kriegsgott“zu suchen, und wurde zweitens zum Begründer neuartiger Sprengstoffe - Initiatoren.
Explosives Öl
Und 1846 schlugen Chemiker zwei neue Sprengstoffe vor - Pyroxylin und Nitroglycerin. In Turin entdeckte der italienische Chemiker Ascagno Sobrero, dass es ausreicht, Glycerin mit Salpetersäure (Nitrierung) zu behandeln, um eine ölige transparente Flüssigkeit zu bilden - Nitroglycerin. Der erste gedruckte Bericht über ihn wurde am 15. Februar 1847 in der Zeitschrift L'Institut (XV, 53) veröffentlicht und verdient ein Zitat. Der erste Teil sagt:
„Ascagno Sobrero, Professor für Technische Chemie aus Turin, in einem Brief von Prof. Peluzom berichtet, dass er seit langem durch die Einwirkung von Salpetersäure auf verschiedene organische Substanzen, nämlich Rohrzucker, Wink, Dextrit, Milchzucker usw. und die Erfahrung hat ihm gezeigt, dass eine Substanz erhalten wird, ähnlich der rasselnden Baumwolle …"
Außerdem gibt es eine Beschreibung des Nitrierungsexperiments, die nur für organische Chemiker interessant ist (und selbst dann nur aus historischer Sicht), aber wir werden nur ein Merkmal bemerken: Nitroderivate der Cellulose sowie deren Explosionsfähigkeit, waren damals schon recht bekannt [11].
Nitroglycerin ist einer der stärksten und empfindlichsten Sprengstoffe und erfordert besondere Sorgfalt und Aufmerksamkeit bei der Handhabung.
1. Empfindlichkeit: kann durch einen Schuss explodieren. Schlagempfindlichkeit mit einer 10 kg Kettlebell, die aus einer Höhe von 25 cm fällt - 100%. Verbrennung wird zur Detonation.
2. Energie der explosiven Umwandlung - 5300 J / kg.
3. Detonationsgeschwindigkeit: 6500 m / s.
4. Brisanz: 15-18 mm.
5. Explosivität: 360-400 Kubikmeter. siehe [6].
Die Möglichkeit der Verwendung von Nitroglycerin wurde von dem berühmten russischen Chemiker N. N. Zinin gezeigt, der 1853-1855 während des Krimkrieges zusammen mit dem Militäringenieur V. F. Petrushevsky eine große Menge Nitroglycerin herstellte.
Professor der Kasaner Universität N. N. Zinin
Militäringenieur V. F. Petruschewski
Aber der Teufel, der in Nitroglycerin lebte, erwies sich als bösartig und rebellisch. Es stellte sich heraus, dass die Empfindlichkeit dieser Substanz gegenüber äußeren Einflüssen der von explosivem Quecksilber nur geringfügig unterlegen ist. Es kann bereits im Moment der Nitrierung explodieren, es kann nicht geschüttelt, erhitzt und gekühlt oder der Sonne ausgesetzt werden. Es kann während der Lagerung explodieren. Und wenn Sie es mit einem Streichholz anzünden, kann es ganz ruhig brennen …
Und doch war der Bedarf an leistungsstarken Sprengstoffen bereits Mitte des 19.
Versuche, den bösen Teufel einzudämmen, wurden von vielen unternommen, aber der Ruhm des Zähmers ging an Alfred Nobel. Die Höhen und Tiefen dieses Weges sowie das Schicksal des Erlöses aus dem Verkauf dieser Substanz sind allgemein bekannt und der Autor hält es für unnötig, auf ihre Details einzugehen.
In die Poren eines inerten Füllstoffs "gequetscht" werden (und mehrere Dutzend Substanzen wurden als solche ausprobiert, von denen die beste Infusoric-Erde war - poröses Silikat, von dem 90% des Volumens auf die Poren fallen, die Nitroglycerin gierig aufnehmen können), Nitroglycerin wurde viel "gefälliger" und behielt fast seine ganze Zerstörungskraft bei. Wie Sie wissen, hat Nobel dieser Mischung, die wie Torf aussieht, den Namen "Dynamit" (vom griechischen Wort "Dinos" - Stärke) gegeben. Die Ironie des Schicksals: Ein Jahr nachdem Nobel ein Patent für die Herstellung von Dynamit erhalten hat, mischt Petrushevsky völlig eigenständig Nitroglycerin mit Magnesia und erhält Sprengstoff, später "russisches Dynamit" genannt.
Nitroglycerin (genauer gesagt Glycerintrinitrat) ist ein vollständiger Ester von Glycerin und Salpetersäure. Es wird normalerweise durch Behandlung von Glycerin mit einem Schwefel-Salpetersäure-Gemisch (in der chemischen Sprache - die Veresterungsreaktion) erhalten:
Die Explosion von Nitroglycerin wird von der Freisetzung einer großen Menge gasförmiger Produkte begleitet:
4 C3H5 (NO2) 3 = 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Die Veresterung verläuft nacheinander in drei Stufen: im ersten wird Glycerinmononitrat erhalten, im zweiten - Glycerindinitrat und im dritten - Glycerintrinitrat. Für eine vollständigere Ausbeute an Nitroglycerin wird ein 20%iger Überschuss an Salpetersäure über die theoretisch erforderliche Menge hinaus verwendet.
Die Nitrierung erfolgte in Porzellantöpfen oder gelöteten Bleigefäßen in einem Eiswasserbad. Etwa 700 g Nitroglycerin wurden in einem Lauf erhalten, und während einer Stunde wurden solche Operationen in 3-4 durchgeführt.
Aber der wachsende Bedarf hat die Technologie zur Herstellung von Nitroglycerin angepasst. Im Laufe der Zeit (1882) wurde eine Technologie zur Herstellung von Sprengstoffen in Nitratoren entwickelt. In diesem Fall gliederte sich der Prozess in zwei Stufen: In der ersten Stufe wurde Glycerin mit der halben Menge Schwefelsäure vermischt und so der größte Teil der freiwerdenden Wärme genutzt, danach eine fertige Mischung aus Salpeter- und Schwefelsäure wurde in das gleiche Gefäß eingefüllt. Damit konnte die Hauptschwierigkeit vermieden werden: eine übermäßige Überhitzung des Reaktionsgemisches. Das Rühren erfolgt mit Druckluft bei einem Druck von 4 atm. Die Produktivität des Prozesses beträgt 100 kg Glycerin in 20 Minuten bei 10 - 12 Grad.
Aufgrund des unterschiedlichen spezifischen Gewichts von Nitroglycerin (1, 6) und Abfallsäure (1, 7) sammelt es sich von oben mit einer scharfen Grenzfläche. Nach der Nitrierung wird Nitroglycerin mit Wasser gewaschen, dann mit Soda von Säureresten gewaschen und erneut mit Wasser gewaschen. Das Mischen in allen Prozessstufen erfolgt mit Druckluft. Die Trocknung erfolgt durch Filtration durch eine Schicht aus kalziniertem Speisesalz [9].
Wie Sie sehen, ist die Reaktion recht einfach (erinnern Sie sich an die Terrorwelle Ende des 19. A. Stetbacher). Fast jede Menge Nitroglycerin kann unter einfachsten Bedingungen hergestellt werden (die Herstellung von Schwarzpulver ist nicht viel einfacher).
Der Verbrauch an Reagenzien ist wie folgt: Um 150 ml Nitroglycerin zu erhalten, müssen Sie Folgendes einnehmen: 116 ml Glycerin; 1126 ml konzentrierte Schwefelsäure;
649 ml Salpetersäure (mindestens 62 % Konzentration).
Dynamit im Krieg
Dynamit wurde erstmals im Deutsch-Französischen Krieg 1870-1871 eingesetzt: Preußische Pioniere sprengten französische Befestigungsanlagen mit Dynamit. Aber die Sicherheit des Dynamits erwies sich als relativ. Das Militär stellte sofort fest, dass es, wenn es von einer Kugel getroffen wird, nicht schlimmer explodiert als sein Vorgänger, und die Verbrennung in bestimmten Fällen zu einer Explosion führt.
Aber die Versuchung, sich mächtige Munition zu besorgen, war unwiderstehlich. Durch ziemlich gefährliche und komplexe Experimente konnte festgestellt werden, dass Dynamit nicht explodiert, wenn die Lasten nicht sofort, sondern allmählich ansteigen, wodurch die Beschleunigung des Projektils in sicheren Grenzen gehalten wird.
Die Lösung des Problems auf technischer Ebene wurde in der Verwendung von Druckluft gesehen. Im Juni 1886 testete und verfeinerte Leutnant Edmund Ludwig G. Zelinsky vom 5. Artillerie-Regiment der US-Armee das ursprüngliche amerikanische Ingenieursdesign. Eine pneumatische Kanone mit einem Kaliber von 380 mm und einer Länge von 15 m könnte mit Hilfe von auf 140 atm komprimierter Luft Geschosse mit einer Länge von 3,35 m aus 227 kg Dynamit bei 1800 mA werfen Geschosslänge von 1,83 m mit 51 kg Dynamit und alle 5 Tausend m
Die Antriebskraft wurde von zwei Druckluftzylindern bereitgestellt, der obere war über einen flexiblen Schlauch mit dem Werkzeug verbunden. Der zweite Zylinder war eine Reserve für die Versorgung des oberen, und der Druck selbst wurde mit Hilfe einer im Boden vergrabenen Dampfpumpe aufrechterhalten. Das mit Dynamit geladene Projektil hatte die Form eines Pfeils – eines Artilleriepfeils – und hatte einen 50-Pfund-Sprengkopf.
Der Herzog von Cambridge befahl der Armee, ein solches System in Milford Haven zu testen, aber die Waffe verbrauchte fast ihre gesamte Munition, bevor sie schließlich das Ziel traf, das jedoch sehr effektiv zerstört wurde. Amerikanische Admirale waren von der neuen Kanone begeistert: 1888 wurde Geld freigegeben, um 250 Dynamitkanonen für die Küstenartillerie herzustellen.
1885 gründete Zelinsky die Pneumatic Gun Company, um pneumatische Geschütze mit Dynamitgranaten in Heer und Marine einzuführen. Seine Experimente führten dazu, über Luftgewehre als vielversprechende neue Waffe zu sprechen. Die US Navy baute 1888 sogar den 944 Tonnen schweren Dynamitkreuzer Vesuv, der mit drei dieser 381-mm-Geschütze bewaffnet war.
Schema des "Dynamit"-Kreuzers "Vesuv"
[Center]
Und so sahen seine stationären Waffen aus[/Center]
Aber eine seltsame Sache: Nach einigen Jahren wich die Begeisterung der Enttäuschung. "Während des Spanisch-Amerikanischen Krieges", sagten die amerikanischen Artilleristen dazu, "trafen diese Geschütze nie den richtigen Ort." Und obwohl es nicht so sehr um die Geschütze ging, sondern um die Fähigkeit der Artilleristen, präzise zu schießen und die starre Befestigung der Geschütze, wurde dieses System nicht weiterentwickelt.
1885 installierte Holland Zelinskys Luftkanone auf seinem U-Boot Nr. 4. Zu den praktischen Tests kam die Sache jedoch nicht, tk. das Boot erlitt beim Zusetzen einen schweren Unfall.
1897 rüstete Holland sein U-Boot Nr. 8 mit einer neuen Zelinsky-Kanone auf, die Bewaffnung bestand aus einem 18-Zoll-Bugtorpedorohr (457 mm) mit drei Whitehead-Torpedos sowie einem Zelinsky-Achterluftgeschütz für Dynamitgranaten (7 Runden à 222 lbs. 100,7 kg). Aufgrund des zu kurzen Laufs, begrenzt durch die Größe des Bootes, hatte diese Waffe jedoch eine kurze Schussreichweite. Nach praktischem Schießen zerlegte es der Erfinder 1899.
In Zukunft installierten weder Holland noch andere Konstrukteure Waffen (Apparate) zum Abfeuern von Minen und Dynamitgranaten auf ihren U-Booten. So verließen die Geschütze von Zelinsky unmerklich, aber schnell die Bühne [12].
Geschwister von Nitroglycerin
Aus chemischer Sicht ist Glycerin der einfachste Vertreter der Klasse der dreiwertigen Alkohole. Es gibt sein zweiatomiges Analogon - Ethylenglykol. Kein Wunder, dass sich Chemiker nach der Bekanntschaft mit Nitroglycerin auf Ethylenglykol konzentrierten, in der Hoffnung, dass es bequemer zu verwenden wäre.
Aber auch hier zeigte der Sprengstoffteufel seinen launischen Charakter. Die Eigenschaften von Dinitroethylenglykol (dieser Sprengstoff erhielt nie seinen eigenen Namen) unterschieden sich nicht wesentlich von Nitroglycerin:
1. Empfindlichkeit: Detonation beim Fallen einer 2 kg schweren Last aus 20 cm Höhe; empfindlich gegen Reibung, Feuer.
2. Energie der explosiven Umwandlung - 6900 J / kg.
3. Detonationsgeschwindigkeit: 7200 m / s.
4. Brisanz: 16,8 mm.
5. Hohe Explosivität: 620-650 Kubikmeter. cm.
Es wurde erstmals 1870 von Henry hergestellt. Es wird durch sorgfältige Nitrierung von Ethylenglykol nach einem Verfahren ähnlich der Herstellung von Nitroglycerin gewonnen (Nitriermischung: H2SO4 - 50%, HNO3 - 50%; Verhältnis - 1 zu 5 in Bezug auf Ethylenglykol).
Der Nitrierungsprozess kann bei niedrigerer Temperatur durchgeführt werden, was eine Prädisposition für eine höhere Ausbeute ist [7, 8].
Obwohl sich die Sensitivität von DNEG im Allgemeinen als etwas niedriger als die von NG herausstellte, versprach sein Einsatz keine signifikanten Vorteile. Rechnet man dazu eine höhere Volatilität als die von NG und eine geringere Verfügbarkeit von Rohstoffen hinzu, dann wird klar, dass auch dieser Weg ins Leere führte.
Er erwies sich jedoch auch nicht als völlig nutzlos. Zunächst wurde es als Zusatz zu Dynamit verwendet, während des Zweiten Weltkriegs wurde es aufgrund des Mangels an Glycerin als Ersatz für Nitroglycerin in rauchfreien Pulvern verwendet. Solche Pulver hatten aufgrund der Flüchtigkeit von DNEG eine kurze Haltbarkeit, aber unter Kriegsbedingungen spielte dies keine große Rolle: Niemand würde sie lange lagern.
Christian Schönbein Schürze
Es ist nicht bekannt, wie viel Zeit das Militär damit verbracht hätte, nach Wegen zu suchen, Nitroglycerin zu beruhigen, wenn nicht Ende des 19. Jahrhunderts die industrielle Technologie zur Herstellung eines anderen Nitroesters aufgekommen wäre. Kurz gesagt, die Geschichte seines Auftretens ist wie folgt [16].
1832 entdeckte der französische Chemiker Henri Braconneau, dass bei der Behandlung von Stärke und Holzfasern mit Salpetersäure ein instabiles, brennbares und explosives Material gebildet wurde, das er Xyloidin nannte. Die Sache beschränkte sich zwar auf die Nachricht über diese Entdeckung. Sechs Jahre später, 1838, verarbeitete ein anderer französischer Chemiker, Théophile-Jules Pelouse, Papier und Pappe auf ähnliche Weise und stellte ein ähnliches Material her, das er Nitramidin nannte. Wer hätte das gedacht, aber der Grund für die Unmöglichkeit, Nitramidin für technische Zwecke einzusetzen, war gerade seine geringe Stabilität.
1845 führte der Schweizer Chemiker Christian Friedrich Schönbein (der zu dieser Zeit durch die Entdeckung des Ozons berühmt geworden war) Experimente in seinem Labor durch. Seine Frau verbot ihm strikt, seine Flaschen in die Küche zu bringen, also hatte er es eilig, das Experiment in ihrer Abwesenheit zu beenden - und verschüttete etwas ätzendes Gemisch auf dem Tisch. Um einen Skandal zu vermeiden, wischte er ihn in bester Schweizer Tradition mit seiner Arbeitsschürze ab, da es nicht zu viel Mischung gab. Dann wusch er, ebenfalls in der Tradition der Schweizer Sparsamkeit, die Schürze mit Wasser und hängte sie zum Trocknen über den Ofen. Wie lange oder kurz es dort hing, schweigt die Geschichte, aber dass nach dem Trocknen die Schürze plötzlich verschwand, ist sicher bekannt. Außerdem verschwand er nicht leise, auf Englisch, sondern laut, man könnte sogar bezaubernd sagen: blitzschnell und mit einem lauten Knall einer Explosion. Aber was Schönbeins Aufmerksamkeit erregte: Die Explosion erfolgte ohne die geringste Rauchwolke!
Und obwohl Schönbein nicht der Erste war, der die Nitrozellulose entdeckte, war es ihm bestimmt, ein Fazit über die Bedeutung der Entdeckung zu ziehen. Damals wurde in der Artillerie Schwarzpulver verwendet, dessen Ruß die Geschütze so beschmutzte, dass sie in den Intervallen zwischen den Schüssen gereinigt werden mussten und nach den ersten Salven ein solcher Rauchvorhang entstand, dass sie fast blind kämpfen mussten. Unnötig zu erwähnen, dass die schwarzen Rauchwolken die Position der Batterien perfekt anzeigten. Das einzige, was das Leben erhellte, war die Erkenntnis, dass der Feind in derselben Lage war. Daher reagierte das Militär mit Begeisterung auf den Sprengstoff, der viel weniger Rauch abgibt und außerdem stärker als Schwarzpulver ist.
Nitrozellulose ohne die Nachteile von Schwarzpulver ermöglichte die Herstellung von rauchfreiem Pulver. Und in der damaligen Tradition beschlossen sie, es sowohl als Treibmittel als auch als Sprengstoff zu verwenden. Im Jahr 1885 erhielt und testete der französische Ingenieur Paul Viel nach zahlreichen experimentellen Arbeiten mehrere Kilogramm Pyroxylin-Flockenpulver, genannt Schießpulver "B" - das erste rauchfreie Pulver. Tests haben die Vorteile des neuen Treibmittels bewiesen.
Es war jedoch nicht einfach, die Produktion von Nitrozellulose in großen Mengen für den militärischen Bedarf zu etablieren. Nitrozellulose war zu ungeduldig, um auf Schlachten zu warten, und Fabriken flogen in der Regel mit beneidenswerter Regelmäßigkeit in die Luft, als ob sie mit der Nitroglyzerinproduktion konkurrieren würden. Die Entwicklung der Technologie zur industriellen Herstellung von Pyroxylin musste wie kein anderer Sprengstoff Hindernisse überwinden. Es dauerte ein ganzes Vierteljahrhundert, um eine Reihe von Arbeiten von Forschern aus verschiedenen Ländern durchzuführen, bis dieser ursprüngliche Fasersprengstoff gebrauchstauglich wurde und bis zahlreiche Mittel und Methoden gefunden wurden, die irgendwie gegen eine Explosion bei längerer Lagerung des Produkts garantierten. Der Ausdruck "in irgendeiner Weise" ist kein literarisches Mittel, sondern spiegelt die Schwierigkeit wider, auf die Chemiker und Technologen bei der Definition von Stabilitätskriterien gestoßen sind. Es gab kein sicheres Urteil über die Ansätze zur Bestimmung der Stabilitätskriterien, und mit der weiteren Erweiterung des Anwendungsbereichs dieses Sprengstoffs offenbarten ständige Explosionen immer mysteriösere Merkmale im Verhalten dieses eigentümlichen komplexen Äthers. Erst 1891 gelang es James Dewar und Frederick Abel, eine sichere Technologie zu finden.
Die Herstellung von Pyroxylin erfordert eine Vielzahl von Hilfsmitteln und einen langwierigen technologischen Prozess, bei dem alle Arbeitsgänge gleichermaßen sorgfältig und gründlich durchgeführt werden müssen.
Das Ausgangsprodukt für die Herstellung von Pyroxylin ist Zellulose, deren bester Vertreter Baumwolle ist. Natürliche reine Cellulose ist ein Polymer, das aus Glucoseresten besteht und ein enger Verwandter von Stärke ist: (C6H10O5) n. Darüber hinaus können Abfälle aus Papierfabriken hervorragende Rohstoffe liefern.
Die Fasernitrierung wurde bereits in den 60er Jahren des 19. Jahrhunderts im industriellen Maßstab beherrscht und in Keramiktöpfen mit Weiterschleudern in Zentrifugen durchgeführt. Am Ende des Jahrhunderts wurde diese primitive Methode jedoch von der amerikanischen Technologie verdrängt, obwohl sie während des Ersten Weltkriegs aufgrund ihrer geringen Kosten und Einfachheit (genauer gesagt des Primitivismus) wiederbelebt wurde.
Raffinierte Baumwolle wird in einen Nitrier gefüllt, eine Nitriermischung (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, Wasser - 7%) wird basierend auf 15 kg Faser 900 kg der Mischung zugegeben, was eine Ausbeute von 25 kg Pyroxylin ergibt.
Die Nitratoren sind in Batterien verbunden, bestehend aus vier Reaktoren und einer Zentrifuge. Die Nitratoren werden mit einem Zeitintervall (ca. 40 Minuten) belastet, das der Extraktionszeit entspricht, was die Kontinuität des Prozesses gewährleistet.
Pyroxylin ist eine Mischung von Produkten mit unterschiedlichem Cellulosenitrierungsgrad. Pyroxylin, das durch Verwendung von Phosphorsäure anstelle von Schwefelsäure gewonnen wird, ist sehr stabil, aber diese Technologie hat sich aufgrund der höheren Kosten und der geringeren Produktivität nicht durchgesetzt.
Das gepresste Pyroxylin hat die Eigenschaft sich selbst zu entzünden und muss angefeuchtet werden. Das zum Waschen und Stabilisieren von Pyroxylin verwendete Wasser sollte keine alkalischen Mittel enthalten, da die Produkte der alkalischen Zerstörung Selbstentzündungskatalysatoren sind. Die Endtrocknung auf den erforderlichen Feuchtigkeitsgehalt wird durch Spülen mit absolutem Alkohol erreicht.
Aber auch benetzte Nitrocellulose ist nicht unproblematisch: Sie ist anfällig für Verunreinigungen durch schimmelbildende Mikroorganismen. Schützen Sie es durch Wachsen der Oberfläche. Das fertige Produkt hatte folgende Eigenschaften:
1. Die Empfindlichkeit von Pyroxylin hängt stark von der Luftfeuchtigkeit ab. Trocken (3 - 5% Feuchtigkeit) entzündet sich leicht durch offene Flamme oder Berührung mit heißem Metall, Bohren, Reibung. Es explodiert bei einem Fall von 2 kg aus 10 cm Höhe, bei steigender Luftfeuchtigkeit nimmt die Empfindlichkeit ab und bei 50% Wasser verschwindet die Detonationsfähigkeit.
2. Energie der explosiven Umwandlung - 4200 MJ / kg.
3. Detonationsgeschwindigkeit: 6300 m / s.
4. Brisanz: 18 mm.
5. Hohe Explosivität: 240 Kubikmeter. cm.
Trotz der Mängel war das chemisch stabilere Pyroxylin für das Militär besser geeignet als Nitroglycerin und Dynamit, seine Empfindlichkeit konnte durch Änderung des Feuchtigkeitsgehalts angepasst werden. Daher fand gepresstes Pyroxylin breite Anwendung zur Ausrüstung von Sprengköpfen von Minen und Granaten, aber im Laufe der Zeit wich dieses beispiellose Produkt nitrierten Derivaten aromatischer Kohlenwasserstoffe. Nitrozellulose blieb als Treibladungssprengstoff erhalten, aber als Sprengsprengstoff ist er für immer in die Vergangenheit zurückgetreten [9].
Flüchtiges Gelee und Nitroglycerin-Schießpulver
„Schwarzpulver … repräsentiert alle Voraussetzungen für eine weitere Verbesserung – durch die wissenschaftliche Untersuchung der unsichtbaren Phänomene, die bei seiner Verbrennung auftreten. Rauchfreies Schießpulver ist eine neue Verbindung zwischen der Macht der Länder und ihrer wissenschaftlichen Entwicklung. Aus diesem Grund wage ich es als einer der Krieger der russischen Wissenschaft in meiner nachlassenden Kraft und meinen Jahren nicht, die Aufgaben des rauchlosen Schießpulvers zu analysieren …"
Der Leser, selbst ein wenig mit der Geschichte der Chemie vertraut, hat wahrscheinlich schon erraten, wessen Worte das sind - der brillante russische Chemiker D. I. Mendeleev.
Mendelejew widmete in seinen letzten Lebensjahren - in den Jahren 1890-1897 - der Porrochelie als einem Gebiet des chemischen Wissens viel Mühe und Aufmerksamkeit. Aber wie immer ging der aktiven Entwicklungsphase eine Zeit der Reflexion, Akkumulation und Systematisierung von Wissen voraus.
Alles begann damit, dass der unermüdliche Alfred Nobel 1875 eine weitere Entdeckung machte: eine plastisch-elastische feste Lösung von Nitrocellulose in Nitroglycerin. Es kombiniert sehr erfolgreich feste Form, hohe Dichte, leichte Formbarkeit, konzentrierte Energie und Unempfindlichkeit gegenüber hoher Luftfeuchtigkeit. Das vollständig in Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser verbrannte Gelee bestand aus 8 % Dinitrocellulose und 92 % Nitroglycerin.
Anders als der Technikfreak Nobel, D. I. Mendelejew ging von einem rein wissenschaftlichen Ansatz aus. Als Grundlage seiner Forschungen legte er eine ganz bestimmte und chemisch streng begründete Idee: Der benötigte Stoff soll bei der Verbrennung maximal gasförmige Produkte pro Gewichtseinheit abgeben. Aus chemischer Sicht bedeutet dies, dass in dieser Verbindung genügend Sauerstoff vorhanden sein sollte, um Kohlenstoff vollständig in gasförmiges Oxid, Wasserstoff in Wasser umzuwandeln und die Oxidationskapazität zur Energiebereitstellung für diesen gesamten Prozess bereitzustellen. Eine detaillierte Berechnung führte zu der Formel folgender Zusammensetzung: C30H38 (NO2) 12O25. Beim Brennen sollten Sie Folgendes erhalten:
C30H38 (NO2) 12O25 = 30 CO + 19 H2O + 6 N2
Es ist keine leichte Aufgabe, eine gezielte Synthesereaktion einer Substanz einer solchen Zusammensetzung durchzuführen, deshalb wurde in der Praxis in der Praxis eine Mischung aus 7-10% Nitrocellulose und 90-93% Nitroglycerin verwendet. Der Stickstoffgehalt beträgt etwa 13,7%, was diesen Wert für Pyrokollodien (12,4%) leicht überschreitet. Der Vorgang ist nicht besonders schwierig, erfordert keine komplizierten Geräte (er wird in flüssiger Phase durchgeführt) und läuft unter normalen Bedingungen ab.
Im Jahr 1888 erhielt Nobel ein Patent für Schießpulver aus Nitroglycerin und Coloxylin (Fasern mit niedrigem Nitridgehalt), das nach dem rauchlosen Pyroxylin-Schießpulver benannt ist. Diese Zusammensetzung ist bisher unter verschiedenen technischen Bezeichnungen praktisch unverändert geblieben, von denen die bekanntesten Kordit und Ballistit sind. Der Hauptunterschied liegt im Verhältnis zwischen Nitroglycerin und Pyroxylin (in Cordite ist es höher) [13].
Wie hängen diese Sprengstoffe miteinander zusammen? Schauen wir uns die Tabelle an:
Tabelle 1.
BB …… Empfindlichkeit…. Energie… Geschwindigkeit …… Brisanz… Hochexplosiv
……… (kg / cm /% der Explosionen)…. Explosion…. Detonation
GN ……….2 / 4/100 ………… 5300 ……..6500 ………..15 - 18 ……… 360 - 400
DNEG …… 2/10/100 ………..6900 ……… 7200 ……….16, 8 …………… 620 - 650
NK ……… 25.02.10 ………… 4200 ……… 6300 ………..18 …………… 240
Die Eigenschaften aller Sprengstoffe sind ziemlich ähnlich, aber der Unterschied in den physikalischen Eigenschaften diktierte verschiedene Nischen ihrer Anwendung.
Wie wir bereits gesehen haben, gefielen weder Nitroglycerin noch Pyroxylin dem Militär mit ihrem Charakter. Der Grund für die geringe Stabilität dieser Stoffe scheint mir an der Oberfläche zu liegen. Beide Verbindungen (oder dreizählend und Dinitroethylenglykol) sind Vertreter der Etherklasse. Und die Estergruppe gehört keineswegs zu den Spitzenreitern in Sachen Chemikalienbeständigkeit. Vielmehr ist sie unter den Außenseitern zu finden. Auch die Nitrogruppe, die Stickstoff in einer dafür eher seltsamen Oxidationsstufe von +5 enthält, ist kein Stabilitätsmodell. Die Symbiose dieses starken Oxidationsmittels mit einem so guten Reduktionsmittel wie der Hydroxylgruppe von Alkoholen führt unweigerlich zu einer Reihe von negativen Folgen, von denen die unangenehmste Willkür in der Anwendung ist.
Warum haben Chemiker und das Militär so viel Zeit damit verbracht, mit ihnen zu experimentieren? Wie es scheint, haben viele und viele gewonnen. Das Militär - die hohe Leistung und Verfügbarkeit von Rohstoffen, die die Kampfkraft der Armee erhöhten und sie in Kriegszeiten unempfindlich gegen Lieferungen machten. Technologen - milde Synthesebedingungen (keine hohen Temperaturen und erhöhten Druck erforderlich) und technologischer Komfort (trotz mehrstufiger Prozesse laufen alle Reaktionen in einem Reaktionsvolumen ab und ohne Zwischenprodukte zu isolieren).
Die praktischen Produktausbeuten waren ebenfalls recht hoch (Tabelle 2), was keine dringende Notwendigkeit ergab, nach Quellen für große Mengen billiger Salpetersäure zu suchen (das Problem mit Schwefelsäure wurde viel früher gelöst).
Tabelle 2.
BB …… Reagenzienverbrauch pro 1 kg….. Anzahl der Stufen…. Anzahl der emittierten Produkte
……… Salpetersäure.. Schwefelsäure
GN …….10 ……………..23 ……………..3 …………………… 1
DNEG….16, 5 …………..16, 5 …………… 2 ……………………… 1
NK ……..8, 5 …………… 25 ……………..3 …………………… 1
Die Situation änderte sich dramatisch, als neue Inkarnationen des Sprengstoffteufels auftauchten: Trinitrophenol und Trinitrotoluol.
(Fortsetzung folgt)
