Химия и Химики № 2 2013. Сахар тоже взрывается (сахарный динамон)

Взрыв сахарного динамона (750 г)

Аммиачная селитра - не только важнейшее удобрение, но и промышленное взрывчатое вещество (ВВ). При поджигании аммиачная селитра "просто так" не горит, при нагревании - мирно разлагается с образованием закиси азота и воды (в меньшей мере - с выделением аммиака, азота, азотной кислоты, оксида и диоксида азота). Как правило, зверь в этом веществе просыпается только при действии детонатора.

Нитрат аммония имеет положительный кислородный баланс, т.к. при его разложении остается "лишний" атом кислорода:

NH₄NO₃ = N₂ + 2H₂O + [O]
(обратите внимание, это не уравнение реакции, а только схема)

Если к аммиачной селитре добавить эквивалентное количество восстановителя (чтобы кислородный баланс смеси стал нулевым), это увеличит силу взрыва и чувствительность к детонации.

Фактически аммиачная селитра - это "взрывчатка по бедности": она далеко не самая эффективная и обладает массой недостатков, например, гигроскопичностью. Поэтому и восстановитель стараются использовать подешевле, часто - "бросовый". Например, древесную муку, угольную пыль, солярку, размолотую бумагу, отходы и неликвиды производства нитросоединений и т.п. В кустарных условиях в ход идет поджаренная пшеничная мука, сахар и т.п.

С другой стороны, аммиачная селитра - дешевое соединение, доступное в больших масштабах. Этим и объясняется популярность смесей на ее основе: как для промышленных взрывных работ, так и среди "любителей что-то взорвать". Составов на основе аммиачной селитры огромное множество: от самых экзотических - до банальных, но широко распространенных. На классификации взрывных составов на основе нитрата аммония мы останавливаться не будем. Отметим только, что добавка алюминиевой пудры значительно улучшает характеристики ВВ на основе аммиачной селитры. Такие составы (аммоналы) имеют более высокую мощность и восприимчивость к детонации. Существенно улучшает характеристики ВВ на основе аммиачной селитры и добавки нитросоединений (тротил, гексоген) или эфиров азотной кислоты (нитроглицерин и этиленгликольдинитрат).

Большой проблемой является гигроскопичность аммиачной селитры и составов на ее основе. Поглощение нитратом аммония влаги из воздуха приводит к существенному снижению чувствительности к детонации. Однако не всегда: есть даже т.н. водонаполненные взрывные составы на основе нитрата аммония.

Теории, думаю, хватит (тем более, что я сам знаю все это только по книжкам). Пришло время перейти к практике.

Решил приготовить сахарный динамон по рецептуре: аммиачная селитра - 85%, сахар - 15%. Для начала - один килограмм. Почему именно этот состав? Доступность компонентов и простота изготовления: достаточно просто смешать компоненты и размолоть. Не нужно ничего сплавлять, а потом еще - дробить плав, размалывать кусочки (которые могут оказаться довольно твердыми) и т.п.

В сети нашел видео взрыва 1500 г сахарного динамона (он же - "сахаруха"). Довольно эффектно: взрывом перебило дерево [ссылка (14 Мб, .avi )].

Начитавшись, что чувствительность данного состава (как и ряда других ВВ на основе аммиачной селитры) уменьшается в результате поглощения атмосферной влаги, решил перестраховаться.

Селитру и сахар оставил сушиться в термостате при 100°С на ночь (по отдельности). Для равномерной просушки вещества несколько раз перемешивал. Сахар с поверхности слегка карамелизовался, местами даже обуглился, но, видимо, это не имело большого значения.

После сушки сахар и селитру смешал (еще горячими) и размолол в кофемолке. Молоть смесь аммиачной селитры и сахара оказалось неожиданно легко [1]. Размолотую смесь сразу же помещал в жестяную кофейную банку и накрывал - чтобы она не поглощала влагу из воздуха. Неразмолотую смесь тоже держал в закрытой кастрюле - время от времени отбирая порции для размола.

Оказалось, что часть смеси в кофейную банку не помещается. Прессовать или слишком сильно трамбовать смесь было нельзя, поскольку есть указания, что это будет мешать детонации. (Я постукивал банкой, слегка утрамбовывал смесь пальцами, но не более). Уже после опыта взвесил остаток смеси, оказалось - 246 г, значит, в банке было около 750 г динамона.

Банку со смесью накрыл сверху кульком и плотно замотал скотчем - чтобы изолировать от атмосферной влаги. Был вынужден оставить на выходные, поскольку инициирующее ВВ еще только сушилось.

__________________________________________________
¹ Например, в статье Записки химика, который временно увлекся смежной специальностью [ссылка] было описано, что состав, полученный сплавлением аммиачной и натриевой селитры с добавкой поджаренной муки имел твердость пластмассы и измельчение его представляло нелегкое дело.

В качестве инициирующего ВВ решил использовать ГМТД (гексаметилентрипероксиддиамин), для его синтеза выбрал методику [2], поделив рекомендуемые количества веществ на 2. Уротропин смешал с лимонной кислотой и хорошо растер в ступке, затем добавил смесь к перекиси водорода, которая предварительно была охлаждена в холодильнике. Добавлял большими порциями, но при хорошем перемешивании. Смесь растворилась, жидкость стала прозрачной и бесцветной. Через некоторое время обнаружил, что жидкость еще не теплая, но уже не холодная: выделение тепла таки наблюдалось. Поставил стакан в кристаллизатор с водой.

Через несколько часов на дне начали формироваться кристаллики, которые намертво прирастали к стеклу. Пока что их было мало, я взял пластмассовый шпатель и отскреб кристаллики от стекла: чтобы в жидкости образовались центры кристаллизации [3]. Этим я планировал достичь двух вещей: чтобы новые порции ГМТД не прилипали к стеклу, а отлагались на уже имеющихся затравках; чтобы образовалось много затравок кристаллизации и будущие кристаллики были как можно мельче. Крупные кристаллы имеют гораздо более высокую чувствительность к трению (больше опасность неожиданного взрыва) и меньшую насыпную плотность (меньше ГМТД влезет в детонатор).

Через несколько минут после описанной операции раствор стал мутным и непрозрачным от выделившегося ГМТД. Оставил его на ночь. Когда пришел утром, обнаружил, что большая часть жидкости превратилась в белую творожистую массу. Начал фильтровать через фильтр "белая лента". Отфильтровав, хорошо промыл осадок водой. Фильтрование и промывка прошли быстро, но вскоре стало ясно, что в полученной массе много крупных кристалликов, которые блестели, как снежинки на солнце. Делать нечего: аккуратно отжал осадок и оставил сушиться.

За выходные ГМТД высох, но схватился комками, отдельные кристаллики блестели. Вид был не из приятных: придется измельчать инициирующее ВВ, чувствительное к трению. Аккуратно отделял от осадка по комочку, переносил его на лист бумаги и измельчал пластиковым шпателем: сначала разделял комочек на несколько частей, части помещал в противоположные концы бумаги, снова осторожно дробил, распределял кусочки по поверхности листа как можно равномернее и только потом маленькие комочки раздавливал (к счастью, они превращались в порошок легко - почти без усилий). Разумеется, это все делал на изрядном расстоянии (1.5 м) от основной массы вещества - чтобы в случае чего она не сдетонировала. Полученный порошок ссыпал в пластиковый стакан, который также находился в стороне. Ходить туда-сюда было неудобно, но рисковать понапрасну не следует. (Разумеется, на лице у экспериментатора была защитная маска, уши были заткнуты плотными ватными тампонами).

Взвесил ГМТД - оказалось 14.77 г [4]. Теперь предстояло наполнить ГМТД шприц - занятие довольно рискованное.

В качестве корпуса детонатора выбрал пластиковый шприц 10 мл. В него должно поместится 8-10 г ГМТД. Есть видео, на которых показано, что сахарный динамон может взрываться и от 1 г перекиси ацетона (ГМТД примерно соответствует ей по инициирующей способности) - см., например, видео, которое было приведено выше: [ссылка]. Однако я очень боялся, что эксперимент не получится, поэтому решил перестраховаться.

Возник вопрос: с какой стороны поджечь шприц с ГМТД (он же детонатор). Проще всего было это сделать с открытого конца (где раньше был поршень). Но, как показано в статях [2] и [5], в этом случае ГМТД может просто загореться, нам же нужна детонация.

Придется поджигать через носик, а это сложнее и менее надежно. Взял короткий отрезок ПВХ трубки, вставил в один его конец пороховой столбик (тонкая полиэтиленовая трубка с набитой пороховой мякотью - досталась мне от знакомого). Саму трубку набил пороховой мякотью (получена измельчением гранул фабричного черного пороха). Свободный конец трубки вставил в носик шприца. При этом часть пороховой мякоти проникла в носик - что и требовалось. Перевернув шприц носиком вниз, насыпал в него немного пороховой мякоти и металлической проволокой натрамбовал ее в носик шприца - чтобы пламя гарантированно проникло внутрь.

Предварительно испытал, как горит пороховая мякоть: на листе бумаги и будучи набитой в аналогичную трубку (порох делал и испытывал не я - на него нельзя было просто так полагаться).

Опасения вызывал "пороховой столбик" - полиэтиленовая трубка, набитая пороховой мякотью. Его мне подарили, поэтому я понятия не имел, как быстро он горит. Принял скорость его горения за "0" и прикрутил к столбику длинную охотничью спичку (прикрутил, прочно обмотав ниткой, спичка была расположена головкой вниз и должна была поджечь порох - по крайней мере, я так надеялся). Спичка горела секунд 15, но, учитывая, что она частично пересекается с пороховым столбиком (который мог моментально вспыхнуть), это время следовало уменьшить до 10 секунд (в принципе, достаточно).

Теперь самая рискованная операция - набивка шприца ГМТД. Закрепил шприц в штативе, чуть выше закрепил пластиковую воронку. Добавил в шприц небольшую порцию ГМТД и аккуратно запрессовал ее в носик (чтобы ГМТД контактировал с порохом). Сделал это с помощью спички, которую держал пинцетом.

Затем с помощью полоски бумажки добавлял в шпиц порцию ГМТД и аккуратно уплотнял ее прутиком от веника. Так делал до тех пор, пока до верха шприца не осталось около 1 см. Прутик держал с помощью длинного хирургического зажима. Основная масса ГМТД была в одноразовом стаканчике на расстоянии 1.5 м. Я отбирал из нее порции по 1-1.5 г в другой стаканчик, а уже из него переносил ГМТД с помощью бумажной полоски в воронку. Это давало надежду, что в случае взрыва основная масса ГМТД не сдетонирует.

Скажу честно, что во время набивки шприца было ОЧЕНЬ страшно. Набивать шприцы инициирующими ВВ (ГМТД и фульминат ртути) приходилось и ранее, приходилось набивать и бОльшие количества. Что будет, если ИВВ взорвется, я знал и тогда. Но почему-то ни разу не было так страшно, как теперь. Почему - не знаю: психика человека - до сих пор во многом загадка.

Когда шприц почти наполнился, я протер его внутреннюю часть ваткой - чтобы освободить поверхность от прилипших кристаллов. Потом закрыл шприц резинкой, снятой с поршня. Для прочности слегка надавил на крышку и зафиксировал ее скотчем.

Все операции делал пинцетом, по возможности пинцет держал не руками, а длинным зажимом. До окончания процедуры старался детонатор руками не брать (после окончания - тоже) - руки держал подальше. На лице была защитная маска, в ушах - плотные тампоны. Разумеется, если бы ГМТД взорвался - все равно бы были тяжелые последствия, но нечего просто так подставлять свои конечности, уши и глаза.

Готовый детонатор поместил в длинную широкую трубу из прочного картона - в надежде, что в случае чего стенки выдержат, а взрывная волна уйдет через открытые концы. В таком виде детонатор и транспортировал. В детонаторе было 8.2 г ГМТД.

__________________________________________________________________
² См. статью Перекиси бывают разные... [ссылка]

³ Подобным приемом часто пользуются в аналитической химии: потирают стеклянной палочкой по стенкам стакана, чтобы ускорить образование осадка. Частички стекла и царапины, которые образовались, играют роль центров кристаллизации. В результате образование осадка ускоряется.

В случае ГМТД я разрушал уже образовавшиеся кристаллы, их осколки служили новыми центрами кристаллизации.

⁴ По методике выход составляет 27/2 = 13.5 г, но в действительности я взял уротропина на 0.9 г больше (лимноки и перекиси - пропорционально больше).

⁵ См. статью Не только размер имеет значение (от чего зависит результат взрыва) [ссылка]