Химический вулкан: незапланированное извержение (1000 г смеси)
Предыстория

После того, как я провел взрыв 5 кг аммотропина, стало ясно, что пора закругляться: нужно или прекратить подобные эксперименты вообще, или перейти на небольшие заряды - не более 1-2 кг (причем разного состава). Если продолжить в том же духе, это будут взрывы ради взрывов.

Решил поэкспериментировать с разными составами динамона. Идея была изначально глупой, т.к. данный вопрос изучен вдоль и поперек - причем много десятков лет назад. Во-первых, динамоны использовались как суррогатные взрывчатые вещества (ВВ) во время войны: когда остро не хватало "настоящих" ВВ. Составы с торфом или перемолотыми сосновыми шишками появились не от хорошей жизни.

Во-вторых, ВВ на основе аммиачной селитры (в том числе - динамоны) активно применялись и применяются в мирной области, например, для горных работ. Не трудно догадаться, что множество возможных составов уже давно были перепробованы.

Но что поделаешь: чтобы поумнеть, нужно совершить глупость.

Итак, я решил приготовить динамон из аммиачной селитры и древесного угля. Уголь еще предстояло получить, нагревая сосновую древесину в муфельной печи [1]. Рассчитал, что для нулевого кислородного баланса нужно 7% углерода и 93% аммиачной селитры.

Настораживало, что такой состав я нигде не встречал в литературе. Позже, правда, нашел в книге Пиросправка-2012 [2] упоминание о т.н. "немецком динамоне", который состоял из 90% аммиачной селитры и 10% "древесного угля с низкой степенью обжига". Что такое "древесный уголь с низкой степенью обжига", я не знаю до сих пор, но думаю, что это недогорелая древесина. Так или иначе, решил приготовить 1 кг динамона из 92% аммиачной селитры и 8% древесного угля [3].

__________________________________________
¹ Уголь для барбекю продается в супермаркетах, но не покупать же целый пакет ради нескольких десятков грамм?

² Пиросправка. Справочник по взрывчатым веществам, порохам и пиротехническим составам (2012) [ссылка]

³ Угля взял на 1% больше стехиометрии, т.к. древесный уголь содержит примеси.

Получение древесного угля

У меня было сосновое полено, которое вырвало из ствола во время одного из взрывов сахарного динамона. Я решил разделить его на кусочки, положить их на тарелку и нагреть в муфеле с закрытой дверцей - до тех пор, пока древесина не обуглится.

Из-за отсутствия лучшего инструмента, для измельчения древесины пришлось воспользоваться молотком (только позже я принес ножовку). В результате сделал из полена палочки толщиной в несколько сантиметров, положил их в глубокую фарфоровую тарелку и поставил в муфель. Для начала включил нагрев до 350°С. Что будет дальше, я прекрасно знал, поэтому полностью опустил стекло вытяжки, под которой стоял муфель, и включил тягу - в противном случае лаборатория напоминала бы кочегарку. Вскоре через отверстие в дверце муфеля (и через различные неплотности) полетели продукты термолиза древесины: они выглядели, как густой дым и имели не совсем приятный запах. Чуть позже поднял температуру до 400°С, потом - до 500.

Это был перебор: когда я открывал дверцу при 400°С, из муфеля выходил густой дым и уголь начинал тлеть, зато стоило открыть дверцу при 500°С - и газообразные продукты пиролиза вспыхивали: камера муфеля напоминала деревенскую печь с горящими дровами.

Когда выделение газа ослабло, я дал муфелю частично остыть, открыл дверцу, пересыпал уголь в алюминиевую кастрюлю и сразу растер. Грязная это работа: мелкая угольная пыль летела во все стороны - несмотря на то, что я поместил кастрюлю в кулек. Получился уголь грубого измельчения: некоторые частички были размером в несколько миллиметров. Но я не переживал, т.к. смесь угля и селитры предстояло размолоть в кофемолке.

Первой загрузки не хватило, поэтому чтобы получить необходимое количество угля, процедуру пришлось повторить. В этот раз уголь после извлечения из муфеля тлел. Я погасил очаги тления шпателем, отобрал необходимое количество угля, а остальной оставил на тарелке. Через некоторое время раздался треск: тарелка раскололась. Оказалось, что тление не только возобновилось, но и усилилось - тарелка не выдержала неравномерного нагрева.

Чтобы прекратить тление, достаточно было пересыпать уголь в кастрюльку и плотно накрыть ее крышкой: за несколько минут уголь гаснет. (Вообще, чтобы уголь меньше горел в муфеле, его лучше положить в глубокую тарелку и накрыть другой тарелкой. Продукты термолиза вытесняют воздух из рабочей камеры, но когда их выделение ослабевает, воздух снова проникает в камеру и начинается тление.)

Мои попытки получить "древесный уголь с низкой степенью обжига" не увенчались успехом: если я уменьшал время обжига или температуру, то внутри кусков угля просто оставалась горелая древесина - уже хрупкая, но еще достаточно твердая, чтобы ее можно было просто так измельчить.

Нежданный вулкан

Одновременно с получением древесного угля занялся сушкой аммиачной селитры. Перед приготовлением динамона селитру нужно просушить. В опытах с сахарным динамоном я оставлял селитру на ночь в термостате при температуре 100°С (или чуть выше). В этот раз времени было меньше: испытание я запланировал на тот же день, поэтому пересыпал селитру в эмалированную кастрюлю и поставил сушиться при 180°С - это чуть выше температуры плавления нитрата аммония. Разумеется, 720 г аммиачной селитры сходу бы не расплавились, зато увеличение температуры ускорило бы сушку. Даже если бы селитра расплавилась - ничего страшного: все равно ее потом молоть.

Со временем гранулы селитры начали с поверхности размякать, а местами и сплавляться. Я перемешивал содержимое кастрюли ложкой. Тем временем измельченный уголь просто стоял на воздухе. Не наглотался ли он воды? Я вспомнил, как при нагревании активированного угля в закрытом реакторе на холодных стенках оседали капельки воды - причем довольно много. В нашем случае уголь был не активированным, а обычным древесным (т.е. его поры забиты продуктами термолиза), но все-таки... Поставлю-ка я уголь сушиться рядом с селитрой...

Поставил, но почему "рядом"? Можно ведь смешать уголь и селитру - чтобы сушились вместе. Заодно частички угля слипнуться с частично расплавленной селитрой. А если расплав селитры хоть частично пропитает поры угля - будет прекрасно!

Попытка нагреть смесь сахара и аммиачной селитры до температуры плавления селитры закончилась бы образованием большого количества дыма: скорее всего смесь загорится. И даже если смесь не загорится, при простом нагревании сахара образуется достаточно дыма.

Но с углем ничего не случится: в отличие от сахара он ведь не разлагается при нагревании. Заодно вспомнил, что уголь не так просто загорается, будучи брошенным в расплаве калиевой селитры: для этого его нужно накалить докрасна.

Со спокойной совестью вынул кастрюлю с гранулами селитры (которые уже начали плавиться) из термостата, добавил туда уголь и смешал. При перемешивании снова полетела мелкая угольная пыль, которая пачкала все вокруг, но это не смертельно. Поставил смесь сушиться в термостат при 180°С и занялся другими делами.

Итак, в кастрюле 920 г гранул селитры и 80 г древесного угля грубого измельчения (т.е. 1000 г смеси). Кастрюля стоит в термостате при 180°С. Хорошо, что я в тот момент оказался рядом. Смотрю, а из дверцы повалил дым... Смотрю, а судя по показаниям термопары, в термостате не 180, а 360°С...

Надеваю массивную рукавицу и открываю термостат: из кастрюли бьет фонтан белого дыма и начинает лететь поток желтых искр. Смесь таки загорелась!

Хватаю кастрюлю за ручку и переношу ее под вытяжку. Смесь к этому времени уже активно горит, кастрюля напоминает действующий вулкан: внутри желтая "лава", а из "кратера" устремился мощный поток желтых искр (высотой около метра). Хватаю фотоаппарат и начинаю снимать. Заснял ролик секунд восемь, после чего прекратил съемку: вытяжка деревянная и искры могут вызвать пожар.

Но что сделаешь? Воду лить нельзя: пойдет разбрызгивание горящей смеси. Засыпать бы сухим песком, но его не оказалось под рукой. Накрыть кастрюлю сковородкой? Но ведь и топливо, и окислитель внутри кастрюли: накрывать бесполезно. Все-таки взял сковородку и накрыл - чтобы не разлетались искры. Стало еще хуже: из горящей смеси летели не только искры, но еще и устремлялся сильный поток газов (продукты горения). В результате сковородка ходила ходором, а искры полетели не только вверх, но и в стороны. Пришлось сковородку снять.

Сначала я выключил камеру, потом одумался и снова включил: одной рукой снимал, второй - проводил манипуляции по ликвидации ЧП. Качество видео получилось соответствующее, но лучше плохое видео, чем никакого. Сняв сковородку с кастрюли, понял, что лучший выход - дать смесь полностью выгореть. При этом я снимал видео, краешком глаза следя, чтобы ничего не загорелось от искр. Комната заполнялась дымом: белым, желтым и бурым, но вытяжку включать было нельзя - это грозило пожаром. Смесь горела еще примерно три минуты, после чего я включил вытяжку, залил кастрюлю водой и покинул помещение. Перед добавлением воды в кастрюле оставалось только немного недогоревшей селитры. К моему удивлению кастрюля почти не пострадала от горения килограмма смеси.

Послесловие

После того, как помещение проветрилось, мне хватило глупости в тот же день приготовить еще один килограмм угольного динамона, набить детонатор 5.3 г ГМТД и провести испытание. Подчеркну: это была огромная глупость. Во время химических экспериментов спешить нельзя: такое поведение грозит не только неудачей, но и куда более серьезными неприятностями (особенно, если вы имеете дело с ВВ, а не с хлоридом натрия). Если вы что-то не успеваете - лучше не спешить и отложить дело на потом: тем более, если во время работы произошло ЧП.

Но я таки не удержался и снова приготовил смесь. Намучался основательно, оказалось, что моя новая кофемолка наихудшего качества: она часто "буксовала" и плохо молола смесь. Когда смеси оставалось миллилитров 150, кофемолка "бахнула" и перегорела: почти наверняка внутрь попал угольный порошок, что и вызвало фейерверк (древесный уголь тоже проводит ток, хотя и хуже, чем графит - он вполне способен вызвать короткое замыкание) [4].

Испытание закончилось полным провалом: сработал только детонатор, сам же угольный динамон не детонировал. Для полного счастья, вставлять детонатор в эту смесь оказалось очень тяжело. Порадовал разве что замедлитель из газеты, пропитанной селитрой: в этот раз он горел медленно и более-менее равномерно.

Зато сделав глупый эксперимент, я понял, что экспериментировать с новыми составами ВВ на основе аммиачной селитры очень нерационально: даже если удастся набрести на что-то новое, то потраченные усилия и средства не будут оправданы полученным результатом.

Снова готовить угольный динамон мне не хотелось: даже если все пройдет идеально - это будет просто очередной взрыв [5]. Зато повторить невольный эксперимент по горению угля в расплаве аммиачной селитры хочется и даже очень: по сути, это новый вариант опыта "Химический вулкан", причем вариант очень зрелищный.

Беда в том, что такой химический вулкан желательно делать на улице: в помещении данный эксперимент грозит пожаром, кроме того, образуется много дыма. Разумеется, можно сходить в лес: там "вулкан" не привлечет особого внимания (даже если кто-то увидит). Но в полевых условиях нагреть кастрюлю с килограммом смеси сложно: нужно разжигать основательный костер.

Как поступить пока не знаю, но твердо решил повторить этот эксперимент.

__________________________________________
⁴ Мимо воли вспомнил историю про углеткань и блоки питания компьютеров, а также про "графитовые бомбы", которые выводили из строя линии электропередач - см. статью Уголь и электрический ток ч.1: Углеволокно и электрический ток [ссылка]; ч.2: Углевойлок и электрический ток [ссылка].

⁵ Есть версия, что угольный динамон не детонировал по причине высокой плотности: стоило несколько раз постучать корпусом по столу и объем динамона значительно уменьшился (а масса-то осталась прежней). С увеличением плотности восприимчивость ВВ к детонации уменьшается (хотя одновременно растет мощность). Вполне вероятно, что высокая плотность динамана и послужила причиной отказа. Так ли это, честно говоря, мне не очень интересно.

<Химические вулканы ч.2> <Химические вулканы ч.1>

<Эксперименты с пропан-бутановой смесью 1> <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 2> <Эксперименты с фосфором ч.1> <Эксперименты с фосфором ч.2> <Эксперименты с водородом 1> <Эксперименты с водородом 2> <Эксперименты с водородом 3> <Хлористый азот (трихлорид азота). Иодистый азот (нитрид иода)> <Перекись ацетона, ГМТД, органические перекиси> <Черный порох> <Кумулятивный эффект (№5 2011)> <Нитроглицерин (№6 2011)> <Огонь от капли воды (№1 2012)> <Огонь на ладони (Холодный огонь)> <Записки химика, который временно увлекся смежной специальностью>
<Обсудить на форуме (Химические вулканы)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]