Химия и Химики № 4 2011. Черный порох

Свойства пороха

Дымный порох является старейшим взрывчатым веществом. Долгое время (почти 500 лет) он оставался единственным многофункциональным взрывчатым веществом - использовался в военных целях для огнестрельного оружия, снаряжения гранат, подрыва горных пород.

Коротко рассмотрим классификацию взрывчатых веществ (согласно А.Г. Горст Пороха и взрывчатые вещества, М., 1972 ссылка.).

С практической точки зрения взрывчатые вещества можно разделить на следующие группы:

Группа I - Инициирующие (первичные) взрывчатые вещества.
Группа II - Бризантные или дробящие (вторичные) взрывчатые вещества.
Группа III - Метательные взрывчатые вещества или пороха.

Основными признаками для разделения взрывчатых веществ на группы являются: характерный для каждой из них режим взрывного превращения (горение или детонация) и условия его возбуждения.

Характерным видом взрывного превращения для веществ первой группы является детонация, горение их крайне неустойчиво часто переходит в детонацию. При этом химическая реакция распространяется по веществу вместе с фронтом ударной волны.

(Детонация (франц. detoner - взрываться, от лат. detono - гремлю), процесс химического превращения взрывчатого вещества, сопровождающийся освобождением энергии и распространяющийся по веществу в виде волны от одного слоя к другому со сверхзвуковой скоростью. [Большая Советская Энциклопедия])

Типичными представителями инициирующих взрывчатых веществ являются перекись ацетона, гремучая ртуть, азид свинца.

Бризантные взрывчатые вещества способны гореть при некоторых условиях, но их горение может переходить в детонацию. Примеры - нитроглицерин, тротил, пикриновая кислота и т.д.

Для метательных взрывчатых веществ или порохов (куда относится и черный порох) характерным видом взрывного превращения является горение, не переходящее в детонацию. Эти вещества пригодны для сообщения движения пуле или снаряду в канале ствола оружия, а также ракетам. В настоящее время широко используются бездымные пороха на основе нитроцеллюлозы.

Исчерпывающее описание свойств дымного пороха приводится в книге А. Штетбахер Пороха и взрывчатые вещества, ОНТИ, 1936 ссылка. Приведем фрагмент этой монографии.

"Хороший порох оказывает сопротивление раздавливанию между пальцами, не пачкает рук и, насыпанный на бумагу, совершенно не оставляет пыли. При падении пробы с высоты 1 м на твердую поверхность порох не должен давать пыли. Маленькая кучка пороха, зажженная на бумаге, должна быстро вспыхнуть, давая вертикально поднимающийся дым, причем бумага не должна загореться. Если порох оставляет пятна или частицы твердых продуктов горения, то перемешивание состава было недостаточным.

Содержание влаги в порохе колеблется от 0,8 до 1,5%. Хорошие марки пороха содержат не более 1% влаги, так как уже десятые доли процента лишней влажности изменяют баллистические свойства и понижают начальную скорость. Отсыревший порох все еще сохраняет способность воспламеняться и свойства взрывчатого вещества; лишь при содержании 15% воды способность воспламеняться теряется.

Дымный порох легко воспламеняется от пламени и от искры; удар молнии всегда вызывает сильный взрыв. Небольшие количества пороха только вспыхивают; большие же напротив, сильно взрывают. Температура вспышки лежит около 300°С, следовательно выше, чем у бризантных взрывчатых веществ. Если нагревание вести медленно, то можно перегнать всю серу, не воспламенив пороха. В безвоздушном пространстве порох сгорает медленно. Необходимо отметить отношение его к газам. В атмосфере водорода порох накаливается, но воспламенения не происходит; порох с трудом горит в азоте и довольно легко в атмосфере углекислоты.

В отношении своей чувствительности к удару и трению порох принадлежит к числу наиболее безопасных в обращении взрывчатых веществ; однако это свойство пороха нельзя переоценивать. При падении груза в 10 кг с высоты более 45 см происходит взрыв пороха; при высоте падения ниже 35 см получается отказ. Чем тверже ударяющиеся детали, тем легче происходит взрыв легче всего - при ударе стали (железо) о сталь (железо), затем - латуни о железо, труднее при ударе меди о бронзу и бронзы о дерево.

Дымный порох образует при взрыве полезное количество газа, равное всего 43%, в то время как твердый остаток (дым) составляет почти 3/5 всего веса пороха. Вообще можно сказать, что образующиеся при взрыве газы занимают около 280 объемов взятого пороха, и давление на стенки сосуда достигает 6400 ат.

Горение пороха протекает настолько сложно, что реакцию разложения невозможно представить одним уравнением, правильно отображающим процесс.

Стехиометрически разложение пороха можно было бы представить следующим простым уравнением

2KNO₃ (74,9%) + 3C (13,3%) + S (11,8%) = K₂S + 3CO₂ + N₂

Однако запах и цвет, наблюдаемые при взрыве, показывают, что продуктов разложения образуется гораздо больше. "

Опыты с поджиганием образцов черного пороха показали, что наш порох получился не самого лучшего качества, так как он слегка обугливал бумагу и оставлял после сжигания незначительное количество углеродных частиц. Тем не менее, он пригоден для экспериментов, демонстрирующих свойства метательных взрывчатых веществ.