Химия и Химики № 2 2013. Не только размер имеет значение (от чего зависит результат взрыва)

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Обыватели давно уже привыкли к фразам, вроде "Мощность взрыва составляла 10 килотонн в тротиловом эквиваленте" или "Мощность взрывного устройства соответствовала 50 граммам тротила". При этом мало кто задумывается, что разрушительное действие взрыва зависит не только от количества и энергетического эквивалента ("мощности на единицу массы") взрывчатого вещества (ВВ), но и от целого ряда других факторов.

Такие взрывчатые вещества, как тринитротолуол, нитроглицерин, гексоген и т.п. дают на единицу массы меньше энергии, чем выделяется при горении обычной парафиновой свечи [1]. Однако если горение свечи длится минуты, часы, а то и многие годы, то во время взрыва ВВ фронт детонации распространяется со скоростью несколько километров в секунду. Этим и обусловлено разрушительное действие взрыва.

С другой стороны, разложение взрывчатых веществ также может протекать по-разному. Например, тринитротолуол при поджигании, как правило, просто горит - чтобы он взорвался, нужно закрытое пространство или очень сильный удар. Горят при поджигании нитроглицерин и этиленгликольдинитрат - если взять не слишком большие их количества, горит и порох (черный или бездымный) [2]. Чтобы горение пороха или, например, тринитротолуола перешло во взрыв необходимо либо закрытое пространство, либо "помощь" других взрывчатых веществ, более склонных к детонации от огня или удара. Такие взрывчатые вещества называются инициирующими (ИВВ).

К инициирующим взрывчатым веществам принадлежит азид свинца, фульминаты серебра и ртути. В качестве инициирующих взрывчатых веществ могли бы использоваться и некоторые органические перекиси, например, перекись ацетона и ГМТД (гексаметилентрипероксиддиамин), однако они неустойчивы и достаточно непредсказуемы, поэтому органические перекиси не получили массового применения в качестве ИВВ.

Как было сказано, инициирующие взрывчатые вещества имеют повышенную склонность к детонации при действии огня и (или) удара. По роду своего предназначения, они должны вызывать взрыв основного заряда ВВ, однако даже ИВВ способны к мирному, горению, по крайней мере, - некоторые из них. Тут действует общее правило: большие количества вещества и сгорание в закрытом объеме благоприятствуют взрыву, небольшие количества и сгорание на открытом пространстве благоприятствуют спокойному горению.

На открытом пространстве вещество, насыпанное тонким слоем, менее склонно к взрыву (и более к горению), чем эта же масса вещества, расположенная компактно (например, кучкой).

Разумеется, многое зависит не только от "геометрии", но от химической природы взрывчатого вещества. Например, небольшие количества перекиси ацетона при поджигании на открытом пространстве, как правило, сгорают, а фульмината серебра или азида свинца - взрываются.

Для наших экспериментов мы выбрали ГМТД (гексаметилентрипероксиддиамин). Небольшие количества ГМТД быстро и мирно сгорают на листе бумаги, даже не опалив его. Однако если поджечь ГМТД в трубке, горение сразу же перейдет в детонацию. Кстати, по инициирующей способности ГМТД превосходит гремучую ртуть.

Итак, ГМТД при поджигании на открытом пространстве, как правило, мирно горит. После ряда экспериментов по сжиганию навесок ГМТД на бумаге и на ладони, мы решились на очень неразумный поступок: сожгли на ладони три навески ГМТД массой 0.5, 0.8 и 0.5 г. Во всех случаях, ГМТД мирно сгорел с желтой вспышкой и довольно сильным хлопком. Кожа абсолютно не пострадала, никаких неприятных ощущений не было (за исключением страха: если бы хоть одна из этих навесок взорвалась, можно было бы остаться без пальцев - для подобных опытов берут количество вещества раз в 10 меньше).

__________________________________________
¹ Утверждение несколько спекулятивно, поскольку не учитывается масса воздуха, который необходим для горения свечи, но в нашем случае это не имеет большого значения.

² Разумеется, всему есть свой предел: если поджечь большое количество пороха, он взорвется и на открытом пространстве - особенно, если порох насыпан кучкой, а не тонким слоем: горение перейдет во взрыв.

Смотреть Видео (121 Мб, .avi )

Для второго опыта мы взяли как раз в 10 раз меньше ГМТД - 0.05 г. Навеску поместили в открытую пробирку, положили снизу таблетку сухого спирта, которую подожгли. Мы надеялись, что ГМТД разложится, а газы вспыхнут у отверстия пробирки [3]. Однако, произошел взрыв безо всякой вспышки. Пробирка чудом уцелела (видимо, потому, что она не была жестко закреплена в лапке штатива, а просто привязано проволокой - энергия взрыва ушла на то, чтобы отбросить пробирку назад, а не на то, чтобы разорвать ее на мелкие осколки).

Еще раз обращаем внимание, количество взорвавшегося ГМТД было в 10 раз меньше, чем то, которое мирно сгорало на ладони.

__________________________________________________________________
³ Аналогично эксперименту с нитроцеллюлозой - см. статью Разложение нитроцеллюлозы [ссылка]

В третьем эксперименте мы решили продемонстрировать, что будет, если поджечь ГМТД в закрытом пространстве. Для этого срезали верхушку футлярчика от медицинской иглы и осторожно натрамбовали в нее ГМТД - от 0.05 до 0.1 г. Вещество аккуратно насыпали с помощью полоски бумажки и уплотняли его спичкой. Пальцы старались держать подальше: ГМТД чувствителен к трению.

Далее верхушку футлярчика положили вертикально на дно перевернутой консервной банки из жести - отверстием вниз (чтобы верхушка не упала, ее поддерживали плоскогубцами). Верхняя часть футлярчика была закрыта, но имела по центру небольшое сквозное отверстие - его мы осторожно заполнили ГМТД и насыпали немного вещества сверху.

Подготовка была окончена и ГМТД подожгли, поднеся сверху спичку. ГМТД сразу же взорвался, звук напоминал скорее удар по металлу, чем взрыв. Осколки пластика больно ударили по пальцу, спичку нашли метрах в двух. Но все это детали: главное, что в жестяной банке образовалась дыра размером более сантиметра.

Еще раз обратите внимание: количество ГМТД в верхушке футляра было в 5-10 раз меньше того, что мы поджигали на ладони. Но ГМТД, который находился в футляре, подожгли в закрытом пространстве - произошел взрыв, и в жестяной банке образовалась дырка. Зато навески ГМТД, которые были на ладони, спокойно сгорели на открытом пространстве, не причинив никакого вреда [4].

Как видите, значение имеет не только количество.

___________________________________________________________
⁴ Не вздумайте повторять опыты по сжиганию таких количеств ГМТД на ладони! Всего учесть невозможно: нет никаких гарантий, что не произойдет взрыв и Вы - именно Вы - не останетесь без руки.

В заключение приведем ролик, взятый на сайте youtube.com, который собственно и подсказал идею. Колпачок с маленьким отверстием в дне наполнили ГМТД. В первом случае его поместили дном вниз и подожгли незакрытый верх - ГМТД сгорел бурно, но спокойно. Во втором случае колпачок разместили дном вверх и подожгли через отверстие в дне - произошел взрыв, который проделал дырку в жестяной крышке, лежащей снизу. При этом во втором случае ГМТД было гораздо меньше, чем в первом.

Смотреть Видео (2 Мб, .flv )

Техника безопасности

ГМТД, как и другие органические перекиси, отличается чувствительностью к трению, удару и статическому электричеству: любая неосторожность может привести к взрыву с тяжелыми последствиями. Мы настоятельно не рекомендуем повторять опыты по сжиганию ГМТД на ладони. Мы отлично понимаем, что отговорить некоторых читателей практически невозможно, поэтому если вы все-таки решитесь - не берите вещества более чем 0.05-0.1 г. Если вы хотите провести опыт "Огонь на ладони", существуют другие гораздо более безопасные варианты (например, горение нитрованной ваты или горение пены с водородом, метаном, пропан-бутановой смесью и т.д.).

Во время "набивки" ГМТД трубок, шприцов и других оболочек ни коем случае не берите их в руки (если взрыв и произойдет, он не должен произойти у вас в руках). Не пользуйтесь для набивки металлическими предметами - только дерево, бумага и пластик. Всегда используйте защитную маску для лица (защитные очки). Уши затыкайте берушами, звукоизолирующими наушниками, в крайнем случае - плотными ватными тампонами. Это предохранит барабанные перепонки на случай взрыва.

Приведем пример того, что может произойти, если проигнорировать технику безопасности:

" На столе лежал лист с просушенным ГМТД, примерно 0.4-0.5 грамма. Не знал, что с ним сделать, пришла в голову идея - набить немного ГМТД в стержень от шариковой ручки (и посмотреть, при поджигании он взорвется или сгорит). Нашел стержень от ручки и железный пруток (от бенгальского огня), собирался набить столбик примерно 2-2.5 см. Начал аккуратно проталкивать в стержень ГМТД, а железный пруток с трудом ходит. Успел набить чуть больше 1 см, потом при проталкивании очередной порции я вдруг увидел желтую вспышку, машинально закрыл глаза и отпрыгнул от стола. Вероятно, при проталкивании в стержень перекиси, я повредил кристаллы, что и вызвало взрыв, насколько помню, до основного количества (на бумаге) в тот момент было сантиметра 3-5. Я ни чего такого не ожидал, поэтому на мне не было ни очков, ни перчаток, ни "наушников" (не знаю, как правильно называется), всегда одевал эти вещи, когда делал детонатор, я находился прямо над смесью (в лучшем случае в 70-ти сантиметрах). Простоял несколько секунд с закрытыми глазами (при этом согнул-разогнул пальцы - для проверки), потом зачем-то пошел открывать окна, при этом заметил, что меня сильно оглушило (слышал значительно хуже). Секунд через десять слух резко улучшился, но начался сильный звон в ушах. Когда вернулся, то увидел, что взорвалось не только содержимое стержня, но и вся масса, в листе была большая дырка и много маленьких (от осколков стержня), в столе получилась небольшая вмятина. Заметил, что у меня несильно опалились ресницы (потом окружающие сказали, что и волосы тоже). "