Тема 4. Уравнения реакции разложения взрывчатых веществ. Кислородный баланс.
1. Характеристика соотношения между горючим и кислородом в вв.
Состав и соотношение продуктов взрыва зависят от относительного содержания во взрывчатом веществе кислорода и элементов, способных образовывать с ним соответствующие химические соединения. Для оценки этого содержания служит кислородный баланс (КБ), под которым подразумевают избыток или недостаток кислорода во взрывчатом веществе против количества, необходимого для полного окисления содержащихся в нем углерода и водорода в углекислоту и воду, выраженный в процентах от веса вещества.
Отсюда вытекает понятие о взрывчатых веществах с положительным, нулевым и отрицательным кислородным балансом.
Взрывчатые вещества с количеством кислорода, достаточным для соединения с водородом и для полного окисления углерода, например нитроглицерин C3H5O3(NO2)3.
ВВ с количеством кислорода, недостаточным для полного окисления горючих элементов, но достаточным для полного превращения их в газы, например ТЭН C(CH2ONО2)4 и гексоген (CH₂)₃N₃(NO₂)₃.
ВВ с количеством кислорода, недостаточным для полного превращения горючих элементов в газы, например тротил C6H2(NО2)3СН
Вместо кислородного баланса можно пользоваться также кислородным коэффициентом.
Кислородным коэффициентом (КК) называют содержание кислорода во взрывчатом веществе, выраженное в процентах от количества кислорода, необходимого для окисления содержащихся во взрывчатом веществе углерода и водорода в углекислоту и воду.
Кислородный баланс может быть определен по формуле
где а, b, с и d - соответственно обозначают число атомов С, Н, О и N в ВВ состава CaHbOcNd.
Кислородный коэффициент может быть определен по формуле
Очевидно, что КБ может быть положительным и отрицательным, тогда как КК имеет только положительное значение.
для тротила КБ=-74%, КК=36,4%
для нитроглицерина КБ=3,51%, КК=105,9%
для нитрогликоля КБ=0, КК=100%
Кислородный баланс не является характеристикой степени насыщенности молекулы ВВ кислородом. Он только указывает, сколько граммов кислорода приходится на 100 г взрывчатого вещества.
Кислородный коэффициент характеризует истинное соотношение горючих и кислорода, составляющих молекулу, и является характеристикой степени насыщенности молекулы ВВ кислородом
Деление на группы достаточно условно, т.к. при взрыве ВВ, относящихся к первой группе, образуются в небольших количествах и продукты неполного окисления, например оксид углерода (II) и свободные кислород и водород, а в продуктах взрыва ВВ второй группы содержится некоторое количество свободного углерода.
Имеются также ВВ, совсем не содержащие кислорода, например азид свинца Pb(N3)2.
Исходя из приведенного деления ВВ на указанные группы, можно написать уравнение химического превращения при взрыве лишь с определенным приближением. Более точное уравнение может быть получено на основе экспериментального определения общего объема продуктов реакции и количественного анализа состава образующейся газовой смеси.
Возможны различные реакции взаимодействия между углеродом, кислородом, водородом и азотом, содержащимися во взрывчатом веществе. Главные из них приведены в табл.4.1.
Таблица 4.1 - Тепловые эффекты важнейших реакций между углеродом, водородом, азотом и кислородом
-
Реакция
Тепловой эффект
ккал
кДж
2С+О2→2СО
+52,8
+221,67
С + О2→СО2
+94,5
+396,90
2Н2+О2→2Н2О(пар)
+115,4
+484,68
СО + Н2О→Н2+СО2
+9,8
+41,16
2Н2+СО2→2Н2О + С
+21,6
+90,72
2СО + 2Н2→СН4+СО2
+59,1
+248,22
СО + ЗН2→СН4 + Н2О(пар)
+57,8
+242,76
2СО→СО2+С
+41,2
+173,04
2Н2 + О2+2С→СН4 + СО2
-3,5
-14,7
С + 2Н2→СН4
+18,4
+77,28
Н2 + 2С→С2Н2
-57,1
-239,82
2C + N2 + H2→2HCN
-65,8
-276,36
N2+3H2→2NH3
+21,0
+88,20
N2+O2→2NO
-43,2
-181,44
2N2+O2→2N2O
-35,4
-148,68
N2+2O2→2NO2
-8,2
-34,44
При написании ориентировочных реакций взрыва считают, что образуются только достаточно простые соединения СО, СО2, Н2О, Н2, О2 и С.