Химия и Химики № 4 2014. Азиды (натрия, свинца, серебра)

Получение азида свинца

Азид свинца представляет собой бесцветные кристаллы или белый порошок, с плотностью 4.71 г/см³ (насыпная ок. 1.2 г/см³), темнеющие на свету вследствие разложения. Практически нерастворим в воде (0.023 г на 100 г воды при 18°С, 0.09 г на 100 г воды при 70°С), плохо растворим в водных растворах ацетата свинца, ацетата аммония и натрия, хорошо - в этаноламинах (146г азида на 100г этаноламина). При кипячении с водой разлагается с постепенным выделением азотистоводородной кислоты. В присутствии влаги и CO₂ разлагается по поверхности с образованием карбоната и основного азида свинца.

Достаточно термостоек: начинает разлагаться при 245-250°С. Чувствительность к удару увлажненного азида свинца ненамного меньше чем сухого; он может быть увлажнен до 30% практически без потери взрывчатых свойств. Менее чувствителен к удару, чем гремучая ртуть (3см для груза 2кг, гремучая ртуть 2см). Недостаточно восприимчив к лучу огня и искре из-за наличия пленки основных солей свинца, возникающей в результате воздействия влажной углекислоты при хранении. Чувствительность к трению выше, чем у гремучей ртути. Крупные кристаллы чрезвычайно взрывоопасны.

У азида свинца способность детонировать бризантные ВВ в несколько раз выше чем у гремучей ртути из-за более узкого преддетонационного участка. Минимальный инициирующий заряд чистого азида свинца в капсюле-детонаторе при запрессовке с чашечкой для тетрила - 0.025г, гексогена - 0.02 г, тротила - 0.09г.

Инициирующая способность по гексогену для различных сортов азида свинца: декстриновый - 0.09г, английский служебный - 0.025г, поливинилспиртовый - 0.03г. Не подвержен перепрессовке.

Энергетические характеристики:
Теплота взрыва 1.54 МДж/кг. Скорость детонации 4630 м/с при 3.0 г/см³, 5300 м/с при 4.1 г/см³. Объем продуктов взрыва 308 л/кг. Фугасность 110 мл.

Бризантность по песочной пробе 13.8-15г песка (тротил 43-48г). Давление на фронте детонационной волны 15.8 ГПа при 3.7 г/см³.

Азид свинца получают сливанием разбавленных растворов азида натрия и нитрата свинца при активном перемешивании. Считается, что азид свинца, полученный из ацетата свинца, более опасен в обращении, чем полученный из нитрата.

При быстром сливании 8% растворов азида натрия и нитрата свинца получается очень мелкая коллоидная форма азида свинца, обладающая как преимуществами в виде легкости получения и максимальной инициирующей способности, так и существенными недостатками, такими как: плохая сыпучесть, высокая чувствительность к трущему удару и низкая гравиметрическая плотность. Более того, эта форма при осаждении удерживает большое количество маточного раствора, который чрезвычайно трудно отмыть. При высушивании плохо промытой коллоидной формы она слипается в твёрдый конгломерат, который представляет большую опасность при растирании в порошок.

Поэтому в промышленности процесс осаждения проводят в особых условиях, используя разбавленные растворы и определенные добавки водорастворимых полимеров (декстрин, КМЦ, ПВС), что позволяет получать технологически удобную, округлую форму кристаллов контролируемого размера с пониженной чувствительностью к трению и хорошей сыпучестью.

Декстриновый азид свинца, который активно использовался в прошлом, имеет такие недостатки, как повышенная гигроскопичность, вследствие чего - плохая восприимчивость к лучу огня и несколько сниженная инициирующая способность.

Для капсюлей военного назначения вместо декстрина используют добавку поливинилового спирта (для осаждения используется 0.3% ПВС в растворе нитрата свинца). Конечный продукт содержит большее количество азида свинца (около 96% для ПВС азида), чем при методе осаждения с декстрином (около 92%) и следовательно обладает большей инициирующей способностью и, что важно, гораздо меньшей гигроскопичностью.

Получение поливинилспиртового азида свинца (PVA-coated) [1]

Реактивы:

- нитрат свинца
- азид натрия
- поливиниловый спирт
- 0.35% раствор гидроксида натрия
- дистиллированная вода

Приборы и посуда:

- нагреватель (электроплитка с регулятором температуры)
- штатив
- капельная воронка 200-500мл
- стакан 200мл
- стакан термостойкий 500мл
- вертикальная мешалка с пластиковой крыльчаткой
- воронка с фильтром и емкостью для слива

Растворяют 5 грамм азида натрия в 150мл дистиллированной воды, раствор помещают в капельную воронку.

В 500мл стакан наливают 200мл дистиллированной воды, добавляют 0.7 грамма поливинилового спирта и растворяют при нагревании и размешивании.

После полного растворения спирта в раствор вносят 14 грамм нитрата свинца, взятого с учётом 10% избытка по азиду.

Раствор азотнокислого свинца имеет кислую реакцию, перед осаждением азида свинца его доводят до рН 6-7 добавлением 1.5-2 мл 0.35% раствора гидроксида натрия. Это делается для того, чтобы исключить осаждение нестабильных δ- и γ-форм азида, которые могут образоваться в кислой среде.

Запускают мешалку и доводят температуру раствора нитрата свинца до 60-65 градусов.

Открывают капельную воронку с азидом, следя за тем, чтобы он вытекал не струйкой, а по каплям.

После добавления всего раствора азида натрия, стакан с осадком азида свинца снимают с нагревателя и помещают в емкость с прохладной водой. Размешивание не прекращают, иначе при охлаждении будут осаждаться крупные иглы азида, что недопустимо.

После охлаждения отключают мешалку, раствор фильтруют, полученный азид свинца промывают теплым дистиллятом до исчезновения следов нитрата свинца.

Сушат вдали от света при температуре не выше 45 градусов.

Выход обычно около 90-92%.

__________________________________________________
¹Методика основана на монографии Л.И. Багал Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ (1975), С. 227 [ссылка]

Примечание: в книге Багала (С.229) есть ошибка насчет концентрации ПВС в растворе - там она 3% вместо 0.3%. При таком количестве ПВС раствор получается очень вязким, в результате при сушке весь осадок склеивается в монолит.

Смотреть Видео (47 Мб, .avi )