ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА.

Истори­ческий очерк.

Прототип всех Взрывчатых веществ, обыкновенный порох, появившийся в середине XIII ст. и состоящий из смеси селитры, угля и серы, в течении пяти веков оставался един­ственным Взрывчатом веществом, совершенствуясь лишь в способах выделки и по внешней форме. Только в конце XVIII ст. (1738 г.) Бертоле и Лавуазье делают попытку введения в него бертолетовой соли, а несколько ранее (1756 г.) Леблонд приготовлял порох без серы. В том же XVIII ст. были открыты пикриновая кислота (Гауссман, 1788 г.) и гремучая ртуть (Годард, 1799 г.), но в практику Взрывчатых веществ они вошли значительно позже. Новая эпоха в тех­нике Взрывчатых веществ начинается в середине XIX в., в связи с широким развитием физико-химических знаний, рядом крупных открытий в этой области, продолжающихся и по настоящее время.

В 1846 г. Шёнебейн приготовил пироксилин, а в 1847 г. Собреро получил нитроглицерин, которые, од­нако, получили практическое применение только 20 л. спустя в Англии, где Абелем был найден способ фабрикации достаточно стойкого пирокси­лина, а также был изобретен Нобелем дина­мит.

В 70-х гг. открыто явление детонации нитроглицерина (Нобель), а немного спустя пироксилина (Абель) и других Взрывчатых веществ, чем был до­стигнут колоссальный успех применения их для минного и подрывного работа.

В 1886 г. Тюрпен (во Франции) откоторыл способ применения прессованной и плавленой пикоториновой кислоты для снаряжения артиллерийских снарядов, и она быстро повсюду распространилась под названиями: мелинита, лиддита, пикринита, шимозы и т. п., с небольшими примесями другие Взрывчатые вещества. Почти одновременно там же Вьелль нашел способ приготовления бездымным пироксилиновые пороха с такими высокими баллистическими качествами, что он в несколько лет совершенно вытеснил старый порох в военном деле и произвел переворот в вооружении. Вскоре появляются также и пироксилиново-нитроглицериновые пороха (кордит, балистит); разрабатываются технические задачи о химической стойкости бездымных порохов, об уменьшении вредного влияния их на оружие и т. п.

Конец XIX и начало XX вв. ознаменовались рядом новых изобретений: незамерзающие динамиты, Взрывчатые вещества с аммиачной селитрой (Фавье) и бертолетовой солью (шеддит), безопасные Взрывчатые вещества для копей с рудничными газами, сплавы пикриновой кислоты с некоторыми нитросоединениями и др. Выдающееся для артиллерийской техники значение среди этих изобретений приобретает тринитротолуол, которым (с 1904-05 гг.) начали заменять пикриновую кислоту: во Франции под названием толита, в Испании - трилита, в России - тротила и тола.

В позднейшее время достигнуты значительные успехи в области Взрывчатых веществ, применяемых для воспламенения и детонации: усовершенствована фабрикация гремучей ртути, ведутся изыскания над новыми веществами для замены ее (например, азиды); значительно развилась техника детонаторов для бризантных снарядов. Наряду с развитием фабрикации и применения Взрывчатых веществ шло развитие научно-теоретического исследования их, начиная с изучения условий горения дынных порохов и состава продуктов, с чем связаны имена Бунзена, Шишкова, Федорова, Нобеля и др. После франко-прусской кампании появился капитальный труд Бертело: "Sur lа force des mаti?res explosives d'аpr?s lа termochimie», в котором, между прочим, была поставлена правильная точка зрения на необходимость изучения всех основных вопросов действия Взрывчатых веществ на почве общих теоретических оснований физики и химии. С тех пор дело научного исследования Взрывчатых веществ во Франции быстро пошло вперед, благодаря работам Сарро, Вьелля, Малляра, Лешателье и др, которыми разработана вся современная методика изучения Взрывчатых веществ и горения их в закрытом сосуде; Lаborаtoire centrаle des poudres et sаlp?tres в Париже до сих пор является передовым учреждением для научного исследования Взрывчатых веществ; вслед за нею и в Германии появились лаборатории, преследующие также общие научно-теоретические задачи.

В России научное исследование Взрывчатых веществ сначала производилось почти исключительно в химической лаборатории Михайловской артиллерийской академии и связано с именами Шишкова, Федорова, С.В. Панпушко (см.), Г. Забудскаго и др.

С введением в России бездымного пороходелия на всех пороховых заводах были созданы специальные лаборатории, в которых ведется немало научных исследований. Специальная лаборатория для научно-технического исследования бездымных порохов была учреждена, по идее Д. И. Менделеева, при морском министерстве и в настоящее время она расширяется.

Наконец, в проектируемой "Центральной научно-технической лаборатории военного ведомства» намечен отдел "боевого довольствия», в задачи которого входит, возможно, широкое изучение Взрывчатых веществ.

II. Общая характеристика Взрывчатых веществ.

Из всех явлений, сопровождающих взрыв (звук, механический удар, пламя и т. п.), наибольшее значение имеет явление мгновенного давления в месте взрыва. Источником механической работы взрыва служит химическая энергия, которая в момент взрыва превращается сперва в тепловую, а затем в механическую. В этом цикле обращает на себя внимание та кратковременность, с какой при взрыве производится нередко колоссальная работа; например, 1 кг пироксилина, сгорая при взрыве в неизмеримо короткий промежуток времени развивает до 200-250 т. кг/м³. работы. Это отчасти объясняют допущением, что, по крайней мере, некоторые Взрывные системы находятся в состоянии неустойчивого равновесия, подобному состоянию согнутой пружины, готовой с силою выпрямиться от первого же толчка, отчасти же влиянием на скорость химической реакций температуры, достигающей при взрыве 2.500 – 3.000° Ц.

Для осуществления взрыва всякого Взрывчатого вещества необходимо:

1) чтобы система обладала способностью к химическому превращению с выделением тепла и с образованием газов;

2) чтобы она обладала известной чувствительностью к внешнему воздействию, необходимому для начала взрыва, и

3) чтобы это внешнее воздействие было достаточной интенсивности и такого характера, чтобы выведенная им из состояния равновесия система могла бы далее продолжать начатое Взрывчатое превращение.

III. Химический состав и классификация Взрывчатых веществ.

Получить взрывчатую систему можно, или смешивая несколько разнородных веществ подходящей природы, или же взаимодействием соответствующих элементов, получая однородное химическое соединение. Ниже приводится рассмотрение Взрывчатых веществ по классификации, установленной И. М. Чельцовым.

А) Взрывчатые смеси могут быть получены механическим смешением двух или нескольких веществ, причем смешиваемые вещества нужно брать в строго определенной пропорции, соответствующей реакции их взаимодействия, и возможно большей однородности смешения:

а) Газообразных Взрывчатых смесей много, и они легко получаются простым смешением составных частей. Наибольший интерес представляют:

1) смесь из 2 об. водорода и 1 об. кислорода; воспламеняется при t° около 530° Ц. (от электрической искры, взрыва артиллерийского снаряда, накаленной до красна проволоки) и развивает большое количество тепла. В смеси с воздухом наиболее выгодная пропорция соответствует отношению 2 об. водорода и 5 об. воздуха, т.е. содержанию водорода в воздухе около 28-29% по объему. С этими смесями приходится считаться в воздухоплавательном деле, где при неосторожном обращении она может быть причиной больших катастроф;

2) смесь из 2 об. болотного газа и 4 об. кислорода или 20 об. воздуха, т.е. при содержании около 9% этого газа в воздухе; встречается в виде рудничного газа в каменноугольных копях, нередко причиняя взрывом страшные катастрофы. Меры предупреждения: хорошая вентиляция копей, применение для освещения предохранительных ламп и для подрывных работ особо "безопасных» Взрывчатых веществ, т.е. дающих при взрыве возможно более низкую температуру горения и короткое пламя;

3) светильный газ, состоящий в главной массе из водорода (Н₂), болотного газа (СН₄) и окиси углерода (CO), тоже может образовать при смешении с воздухом сильно Взрывчатой смеси, которые находят себе применение в газовых двигателях;

4) Взрывчатые смеси, образуемые с воздухом парами различных летучих жидкостей (спирта, бензина, керосина нефти), находят применение в двигателях внутреннего горения для автомобилей, воздухоплавательных аппаратов, подводных судов и т. п.

б) Жидкие Взрывчатые смеси получаются из составных частей, которые сами по себе не взрывчаты, но при смешении образуют раствор с сильно Взрывчатыми свойствами. По легкости образования и однородности жидкие Взрывчатые смеси приближаются к газовым, и в этом отношении могут иметь большое преимущество перед твердыми. Помимо значительной силы, жидким Взрывчатым смесям вначале приписывалось большое достоинство в смысле возможности отдельной перевозки составных частей и смешения их только перед самым взрывом. На практике это оказалось делом трудным и как в подрывных работах, так и в военном деле применение их весьма ограничено.

с) Твердые В. смеси которые разнообразны по составу и образуются смешением любого горючего вещества с веществами, богатыми кислородом: селитрами (KNO₃, NаNO₃ и др.), бертолетовой солью (КСlO₃) и т. п. При приготовлении таких смесей, которые соответственной пропорции составных частей, нужно принимать специальные меры для тонкого измельчения их и тщательного смешения в однородною массу. Представителем твердых Взрывчатых смесей служить обычный дымный порох. Состав его установлен чисто эмпирически и бывает различным:

1) реакции полного горения соответствует смесь из 84% селитры и по 8% серы и угля; 2) охотничий порох обычно содержит: 81,9 % сел.+ 10,2 % сер. + 7,9% угля;

3) военный порох: 75% сел. + 10% сер. + 15% угля.

При горении их, кроме продуктов полного горения, получаются также продукты неполного сгорания: CO, К₂S₃ и др. Сюда же относятся и ударные (капсюльные) составы из смеси гремучей ртути, селитры или бертолетовой соли, антимония, серы и др. Существует множество твердых Взрывчатых смесей из некоторых нитропроизводных (нафталина, бензола, толуола и т. п.) и селитры.

Б) Сложные эфиры азотной кислоты образуются при взаимодействии ее с веществами спиртовых свойств, при чем один или несколько атомов водорода в них замещаются группами нитро (N02); в отличие от нитросоединений, эфиры азотной кислоты легко разлагаются щелочами и кислотами.

Различаются:

а) эфиры многоатомных спиртов – нитроглицерин С₃Н₅ (ON0₂)₃, нитроманнит C₆H₈(ONO₂)₆ и др.; обладая избытком кислорода, они при взрыве дают полное сгорание углерода и водорода в СO₂ и Н₂O, и

б) эфиры углеводов с количеством кислорода, не достаточным для полного сгорания. Представители этого класса – пироксилин и нитроглицерин – являются важнейшими Взрывчатыми веществами нашего времени, находя обширное применение для фабрикации бездымных порохов, а также в минном и подрывном деле.

В) Нитросоединения образуются из веществ, не имеющих спиртовых свойств, поэтому щелочами и кислотами не разлагаются. К этому классу относятся имеющие большое военное значение:

а) тринитрофенол, или пикриновая кислота C₆H₂(NO₂)₃OH (в сплавленном виде мелинит);

е) тринитротолуол C₆H₂(NO₂)₃CH₃, известный у нас под названием тротила;

с) тетранитрометил  анилин C₆H₂(NO₂)₃.NH.CH₂.NO₂, известный под названием тетрила, и др.

В большей части нитросоединений кислорода недостаточно для полного горения. Главное удобство их  –  большая химическая стойкость, благодаря чему они могут храниться бесконечно долго без разло­жения; кроме того, все они легко плавятся и потому с большим удобством применяются для снаряжения бризантных снарядов посредством заливки в расплавленном состоянии.

Г) Гремучие соли, т.е. соли гремучей кислоты (C=N – ОН)₂, известны главным образом для ртути и серебра. "Большое практическое значение, как детонатор для всех Взрывчатых веществ, имеет гремучая ртуть C₂N₂O₂Hg. В смесях с бертолетовой солью и некоторыми примесями она входит в составы капсюльные, ударные и др.

Д) Взрывчатые диазо-соединения имеют более теоретический интерес и в технике Взрывчатых веществ не применяются.

Е) Взрывчатые вещества, не содержащие углерода. Сюда относятся исключительно некоторые соединения, образующиеся из элементов с значительным поглощением тепла; они легко подвергаются обратному процессу разложения. Из веществ этого рода большого практического применения можно ожидать для азотистоводородной кислоты N₃H в виде еt солей некоторых металлов, называемых азидами.

IV. Чувствительность и стойкость Взрывчатых веществ.

Практически считают Взрывчатые вещества тем более чувствительными, чем меньше энергии необходимо для вызова взрыва. Чувствительность Взрывчатых веществ приходится придавать практическое значение в связи с их стойкостью.

Вещества, чересчур чувствительные к нагреванию, удару и т. п., практически непригодны, т. к. опасны в отношении хранения и обращении; вещества, с трудом поддающиеся внешнему воздействию, делаются неудобными, наоборот, по трудности их взорвать.

Одним из важнейших факторов, оказывающим большое влияние на чувствительность Взрывчатых веществ, является непрочное строение их молекул. Затем, она зависит от величины теплового эффекта их разложения и с увеличением его также повышается (Бертело). Так, азид ртути N₆Hg, обладая значительно большим тепловым эффектом разложения, чем гремучая ртуть, значительно превосходит последнюю и по чувствительности к удару и трению. Большая часть практически применяемых Взрывчатых веществ (нитроглицерин, пироксилин и др.) относятся к числу экзотермических соединений, и поэтому чувствительность их настолько невелика, что они делаются практически доступными Взрывчатыми веществами. Кроме этих признаков химического характера, сильно влияет на чувствительность Взрывчатого вещества целый ряд физических свойств (физическое агрегатное состояние, структура кристаллическая или аморфная, плотность, твердость, теплоемкость и теплопроводность и т. д.), нередко превышая влияние химической природы вещества. Увеличивая плотность Взрывчатого вещества прессованием, можно сильно понижать чувствительность, доводя ее почти до нуля, чем нередко пользуются на практике (Взрывчатые вещества с бертолетовой солью, гремучая ртуть и др.).

Примеси инертных веществ в виде зерен с острыми краями (песок, битое стекло) сильно повышают чувствительность Взрывчатых веществ к трению и удару. Примеси маслянистых веществ и глицерин, вазелиновые масла), наоборот, сильно понижают ее; наконец, сильно влияет на чувствительность Взрывчатого вещества температура, с повышением которой она заметно увеличивается. В тесной связи с чувствительностью Взрывчатые вещества находится очень важный вопрос о способах практического испытания их в отношении стойкости механической, характеризуемой способностью Взрывчатого вещества выдерживать без разложения механическое внешнее воздействие, и химической, – способностью к продолжительному хранению без изменения состава и признаков разложения.

Механическая стойкость Взрывчатого вещества испытывается разнообразными методами, из которых наиболее распространенный и точный – испытание на копре, где, при данном весе падающего груза, мерой чувствительности служит минимальная высота падения, при которой заряд Взрывчатого вещества подвергается воспламенению.  Фиг. 1 и 2 представляют такой копер; на нижнем конце груза имеется стальной ударник. Наковальня в виде стального цилиндра В снабжена небольшим углублением Е в 1 мм глубиной и около 7 мм диаметром, куда и помещается определенная навеска Взрывчатого вещества, которая накрывается листочком станниоля (фольги): поверх навески вставляется боек D, по которому и производятся удары до получения ясно заметного взрыва.

Химическая стойкость имеет важное значение в вопросе о хранении Взрывчатого вещества, особенно в применении к пироксилину, нитроглицерину и всем их содержащим Взрывчатым веществам (бездымные пороха, динамиты и т. п.). Степень химической стойкости Взрывчатого вещества зависит от природы их, и, что очень важно, от посторонних примесей, как остатков фабрикации (нитрационные кислоты – азотная и серная), а также от некоторых малостойких продуктов окисления, образование которых возможно под действием крепкой азотной и серной кислот на клетчатку, глицерин и др. вещества, подвергаемые нитрации. В частности для бездымных порохов еще причиной малой стойкости м. б. постепенное улетучивание растворителя (спирт, эфир, ацетон). Вопрос о химической стойкости бездымных порохов является чрезвычайно важным еще и в отношении сохранения боевой готовности вооруженных сил страны.

Методы испытания химической стойкости основаны на том, что небольшую навеску Взрывчатого вещества нагревают и определяют момент разложения по появлению окислов азота.

а) Проба Дюпрэ: Взрывчатые вещества нагревается при 60 – 650 С; признаком разложения служит появление буроватой окраски на бумажке, пропитанной йодистым калием с крахмальным клейстером. Проба эта с успехом применяется к пироксилину и нитроглицерину.

b) Проба Вьеля: нагрев до 105 – 115°Ц; при разложении изменяется цвет синей лакмусовой бумаги; этот способ принят во Франции н в России.

с) Проба Бергмана и Юнка, принятая на русских казенных заводах: Взрывчатые вещества нагревается при 1320 Ц и образующиеся окислы азота поглощаются водой, которая затем анализируется на количество азотной кислоты в ней. Однако все эти испытания производятся при температурах, лежащих далеко за пределами обычных условий хранения Взрывчатого вещества и порохов; судить же по данным этих форсированных испытаний о химической стойкости Взрывчатого вещества при обычной температуре не всегда возможно, т. к., по опытам Гуттмана. она резко понижается с повышением температуры.

V. Способы воспламенения Взрывчатого вещества.

Необходимый для взрыва толчок или начальный импульс извне может быть следующих четырех видов:

а) пламя, искра, вообще нагревание до определенной температуры;

b) удар, трение, укол;

с) запальный капсюль и

d) взрыв через влияние.

Начальный импульс должен вызвать хотя бы в одной точке массы Взрывчатого вещества начало процесса разложения, который распространяется сам собой за счет развитой при этом теплоты. Опыт показывает, что восприимчивость различных Взрывчатых веществ к различного рода начальным импульсам крайне разнообразна, так что, изменяя характер начального импульса, можно сильно изменять ход дальнейшего разложения Взрывчатого вещества в отношении скорости его, вызывая либо обычное горение, либо детонацию.

Отношение различных Взрывчатых веществ к нагреванию характеризуется температурой воспламенения, которая для некоторых Взрывчатых веществ имеет такие значения: дымный порох  –  300° пироксилин  – 180°, нитроглицерин  –  200°, гремучая ртуть  – 185°, бездымный пироксилиновый порох  – 175 – 195°, пикотораты –  260 – 320°Ц. Пикриновая кислота, тротил и др. Взрывчатые вещества, способные плавиться при нагревании, этим путем трудно поддаются воспламенению и с повышением температуры в большинстве случаев начинают испаряться или разлагаются без взрыва. Влияние удара рассмотрено в п. IV.

Воспламенение Взрывчатые вещества посредством капсюлей (детонаторов) достигается на практике чаще всего зарядом от 0,5 до 2 г гремучей ртути, иногда с примесями, например, бертолетовой соли, вызывая детонацию (см. Детонация).

VI. Объем и состав газообразных продуктов взрыва весьма важно знать для характеристики различных Взрывчатых веществ, в виду значения их при взрыве.

В виду невозможности опытного определения этого объема в момент взрыва, на практике ограничиваются измерением его только после полного охлаждения газов, и для перехода к высоким температурам взрыва поневоле делают только одну поправку: присоединяют объемы паров жидких продуктов взрыва (вода, ртуть) к общему объему газообразных продуктов разложения Взрывчатого вещества. Измерение объема газов, полученных от сжигания определенной навески данного Взрывчатого вещества в калориметрической или манометрической бомбе, производится в особом ртутном газометре (фиг. 3), который состоит из чугунного двустенного сосуда А, наполненного ртутью и закрытого стеклянным колоколом В, под которым и собираются газы, проходящие из бомбы R по трубке I. Этот колокол находится внутри другого стеклянного колокола С, который весь до выходного отверстия D заполняется водой; по мере заполнения В газами он поднимается вверх, вытесняет из С равный им объем воды, который и определяется совершенно точно по ее весу. Затем из В через кран Т можно брать необходимые количества газов для анализа. Объемы газов, развиваемых 1 кг некоторых Взрывчатых вещества, след:

Дымный военный порох ....          280      литров.

Сухой пироксилин          .....         860       >

Пироксилин с 15 % влажн.  .        910       >

Нитроглицерин........                    715       >

Пироксилин, порох ружейный      910       >

Балистит...........                          810       >

Кордит   ............                         860       >

Пикриновая кислота.....               875       >

Гремучая ртуть........                   315       >

Состав продуктов взрыва определяется обычным химическим анализом, при чем является возможность составить химическое уравнение взрыва. Опыт показывает, что состав продуктов взрыва зависит больше всего от относительного содержания во Взрывчатом вещества кислорода, а для одного и того же Взрывчатого вещества –  от плотности заряжания при взрыве, т.е. от давления, под каком происходит горение Взрывчатого вещества.

Горение дымного пороха выразить одним химическом уравнением невозможно, главные же продукты взрыва: три газообразных –  СО₂, CO и N₂ и три твердых – К₂СO₃, K₂SO₄ и К₂S, образующих дым. Нитроглицерин, благодаря избытку в нем кислорода, при сгорании в замкнутом пространстве под высокими давлениями, дает всегда реакцию полного горения с образованием газов СО₂, Н₂О и N₂. Пироксилин, наоборот, по недостатку в нем кислорода, никогда не дает полного горения, развивая, в зависимости от плотности заряжания, различные относительные количества газов: СО₂, CO, Н₂О, Н₂ и N₂. Бездымные пороха, пироксилиновые и пироксилиново-нитроглицериновые, дают те же продукты горения, что и пироксилин, но в иной пропорции. Пикоториновая кислота разлагается подобно пироксилину, но с прибавкой болотного газа СН₄.

Гремучая ртуть разлагается согласно уравнению: С₂ N₂ 0₂ Hg = 2СО + N₂ + Hg, при чем ртуть в момент взрыва получается в парообразном состоянии.

VII. Теплота образования и разложения Взрывчатого вещества является необходимой переходной стадией превращения энергии, скрытой во Взрывчатом веществе, в работу взрыва и служит для измерения ее, а также для характеристики взрывчатой природы данного вещества.

Взрывчатые химические соединения могут быть только те, при разложении которых выделяется теплота, и чем больше, тем сильнее Взрывчатое вещество. Для определения этой теплоты применяется калориметрическая бомба Бертело. Она (фиг. 4) состоит из прочного стального сосуда аа, внутри покрытого толстым слоем платины или эмали во избежание окисления стенок. Бомба плотно закрывается крышкой d. Через винтовой кран f в крышке в бомбу вводят газы и выпускают продукты взрыва или горения. В крышке имеется еще изолированный стержень rr, который можно соединить со стержнем s тонкой железной проволочкой; пропуская через нее электрический ток, ее можно накаливать для воспламенения положенной в чашку р навески q Взрывчатого вещества; бомбу ставят в водяной калориметр и наполняют кислородом под давлением в 20 – 25 атм.; в нем Взрывчатые вещества и сгорают при воспламенении быстро и вполне. По калориметру измеряют выделяющуюся теплоту полного горения, а затем вычисляют и теплоту образования данного Взрывчатого вещества из элементов. При определении же теплоты разложения Взрывчатого вещества из бомбы с навескою данного Взрывчатого вещества выкачивается воздух, и она наполняется азотом, который никакого участия в горении Взрывчатого вещества не принимает; в бомбе, помещенной в водяной калориметр, производится током взрыв и непосредственно по калориметру измеряется теплота взрыва. Ниже приведены теплоты разложения важнейших Взрывчатых веществ в калориях, отнесенные к 1 кг их, считая образующуюся при горении воду в жидком состоянии:

Нитроглицерин.......... 1.580

Динамит с 75% нитроглицерином. . 1.290

Нитроглицериновый порох с 40% нитроглицерином 1.290

Пироксилин............ 1.100

Пироксилиновый бездымный порох . . . 900

Пикриновая кислота....... 810

Дымный порох.......... 685

Гремучая ртуть........... 410

Это – теплота Взрывчатого разложения в неизменяемом объеме; если же продукты взрыва могут расширяться, что имеет место в канале оружия, то теплота взрыва получается немного меньше, т. к. часть ее идет на работу расширения. Теплота Взрывчатого разложения является мерой той наибольшей работы, к какой способно данное Взрывчатое вещества.

VIII. Давление взрыва.

Им пользуются на практике для производства разрушительного действия или для стрельбы. На его величину, кроме природы Взрывчатого вещества, влияет плотность заряжания; одной из основных задач изучения Взрывчатого вещества и является определение соотношения между плотностью заряжания, време­нем горения и давлением. Для непосредственного измерения давления взрыва имеются аппараты, с которыми удается измерять давление до 3,5 – 4 т. атм. При плотностях заряжания до 0,3–0,35; при больших плотностях заряжания пользуются особого рода аппаратами с подводными взрывами. Определение давлений взрыва может производить также и вычислением. Общий характер развития давления при сгорании Взрывчатого вещества в замкнутой оболочке в зависимости от времени выражается кривой (фиг. 5). В точке А начинается горение Взрывчатого вещества и развитие давления, которое растет с все увеличивающейся скоростью; в точке В скорость достигает максимума, затем постепенно уменьшается и в точке С делается равной нулю. Начиная с этой точки, давление постепенно падает и в неизменяемом объеме стремится к некоторой определенной величине, зависящей от объема пространства, объема образовавшихся газообразных продуктов взрыва и конечной температуры. Для характеристики Взрывчатые вещества особенного значения имеет промежуток времени АC, служащий мерою относительной скорости горения Взрывчатого вещества и соответствующий моменту развития максимального давления взрыва СС. Для опытного измерения последнего применяются методы статический и динамический – чаще первый, основанный на подыскании силы, способной уравновесить давление взрыва. Давление газовых взрывов, как не превышающие 16 – 20 атм., определяются проще всего. Эти давления, по своей сравнительной незначительности, не имеют значения ни для подрывных работ, ни для стрельбы, а лишь как источник механической работы в двигателях. Наиболее употребительный и точный из статических методов измерения давлений, достигающих больших величин, является способ крешера (см. Давление пороховых газов), основанный на сжатии действием взрыва небольшого медного цилиндрика и измерении получаемого уменьшения его по высоте. Для этого применяется манометрическая бомба Сарро и Вьеля. При опытах с такими плотностями заряжания, при которых давления получаются выше 3,5 – 4 т. атм., пользуются методом подводных взрывов Аббота (Америка). Основная идея: если заряд Взрывчатого вещества взорвать под водою, то, благодаря ничтожной сжимаемости воды, можно принять, что продукты взрыва останутся в первоначальном объеме заряда, а, следовательно, плотность заряжания получится близкой к плотности самого Взрывчатого вещества; от места же взрыва во все стороны по радиусам будет распространяться волнообразное движение, передавая всем слоям окружающей воды давление взрыва, изменяющееся по мере удаления по некоторому определенному закону; измерив давление на некотором расстоянии от места взрыва, можно найти вычислением и самое давление взрыва. При своих опытах Аббот брал прочное металлическое кольцо А (фиг. е), в центре которого подвешивал заряд B, а по окружности располагал крешеры а с поршнями, обращенными в сторону заряда. Однако его опыты со свинцовыми цилиндриками не отличались точностью. Более совершенный аппарат был выработан И. М. Чельцовым, при чем применялись медные цилиндрики. Определение давления взрыва вычислением основывается на той связи, которая существует между объемом, давлением и температурой для данного количества газа.

Т. к. газообразные продукты Взрыва не подчиняются основным законам идеальных газов, то даже при полном сгорании Взрывчатые вещества приходится применять некоторые сложные уравнения (напр. Вандер-Ваальса, Абеля и др.). Давая основания для теоретической разработки многих важных вопросов в области Взрывчатого вещества, эти уравнения, однако, не могут иметь абсолютного практического значения.

IX. Температура, развивающаяся при сгорании Взрывчатого вещества в замкнутой оболочке, непосредственно не может быть измерена по неимению измерительных приборов для таких высоких температур и по чрезвычайной краткости промежутка времени (стотысячные доли сек.).

В виду этого приходится обращаться к косвенным методам, из которых одни основаны на измерении теплоты взрыва, а другие – на измерении давления в манометрической бомбе. Соотношение между количеством тепла Q, затраченным на нагревание тела и повышением его температуры t, выражается в следующей форме: Q=Ct, где С –  теплоемкость тела. Отсюда: t = Q. 

Определение теплоты взрыва затруднений не представляет. Что же касается теплоемкости продуктов взрыва, то точность определение ее затрудняется не всегда точно известным составом их и значительным влиянием самой t на величину теплоемкости, ибо по мере повышения t теплоемкость почти всех газов увеличивается по закону, который м. б. выражен приблизительно уравнением: C = а+bt, где коэффициенты а и b, характерные для каждого газа, определены из опыта (Малляр и Лешателье). Подставляя это выражение теплоемкости в предыдущее уравнение и решая полученное квадратичное уравнение: Q = (а + bt) t = аt+bt² находим, что:

Зная теплоту и уравнение Взрывчатого разложения различных Взрывчатых веществ, находят а и  b самую t взрыва простыми вычислениями. Так определены, например, следующие температуры взрыва; дымный порох – 3.350°Ц; пироксилиновый ружейный порох  –  2.400°; пироксилиновый пушечный порох  –  2.300°; пироксилин с 18 % влажностью – 1.900°; кремнистый динамит с 75% нитроглицерина – 3.150°; гремучая ртуть – 3.550°.

X. Скорость Взрывчатого разложения.

Характер и сила действия Взрывчатого вещества находится в большой зависимости от скорости его Взрывчатого разложения, причем, чем больше эта скорость, тем больше полезная работа взрыва, т. к. при этом уменьшается потеря тепла во внешнюю среду. Для лучшего выяснения этого сложного явления необходимо разбить его на три отдельных вопроса:

а) скорость воспламенения;

b) скорость разложения и

с) распространения взрыва в массе Взрывчатого вещества:

а) Скорость воспламенения.

Опыт показывает, что даже в применении к небольшим количествам Взрывчатого вещества имеет большое значение скорость нагревания его до температуры воспламенения; так например, пикриновая кислота и др. могут быть медленно нагреты довольно сильно без взрыва, подвергаясь только отчасти испарению, отчасти медленному разложению с образованием углистого остатка; под действием же сильного удара или капсюля гремучей ртути и происходит местное нагревание с такой быстротой, что разложение принимает характер взрыва. Опыт показывает, что, кроме скорости нагревания, на воспламенение Взрывчатого вещества могут влиять и др. физические факторы, например, внешнее давление, теплоемкость Взрывчатого вещества и окружающей среды и др.

Таким образом, видно, что явление воспламенения Взрывчатого вещества имеет очень сложный характер; но средств для измерения скорости воспламенения не имеется. Практически приходится, во всяком случае, резко различать скорость воспламенения в связи со способом его: воспламенение простым нагреванием Взрывчатого вещества резко отличается от воспламенения ударом или капсюлем гремучей ртути.

b) Скорость разложения Взрывчатого вещества, взятых в более или менее значительных массах, нужно различать от скорости собственно химической реакции, о которой м. б. речь только тогда, когда реагирующая система находится в совершенно однообразных условиях в отношении температуры и внешнего давления; при горении же больших масс Взрывчатого вещества этого никогда не бывает и несомненно скорость их сгорания находится в большой зависимости от частичной скорости разложения Взрывчатого вещества и от тех чисто внешних условий, которые вызывают более или менее быстрое распространение реакции разложения на всю массу заряда.

Немногочисленные экспериментальные исследования скорости самих химических реакций разложения сводятся к следующему, А. Сапожниковым найдено, что с повышением температуры скорости реакции разложения всех видов пироксилина увеличиваются, что для каждой нитроклетчатки есть некоторая предельная температура (ок. 140 – 145°), ниже которой возрастание скорости разложения с повышением температуры идет очень медленно, а выше  –  значительнее быстрее, и что, наконец, имеется особая температура, близкая к точке воспламенения их и начиная с которой скорость реакции разложения становится бесконечно большою, так что достаточно самого короткого нагревания небольшого количества нитроклетчатки до этой температуры, чтобы вызвать взрыв. Кроме того, было обнаружено влияние температуры на самый состав продуктов разложения. В отношении влияния давления на скорость реакции разложения исследования Бертело и Вьелля показали, что с повышением давления скорость реакции разложения Взрывчатого вещества увеличивается. Влияние катализаторов т.е. посторонних веществ, не принимающих прямого участия в реакциях, обнаружено на целом ряде примеров. Между прочим, сильное каталитическое влияние на скорость разложения пироксилина оказывает присутствие кислот или окислов азота.

с) Распространение взрыва в массе Взрывчатого вещества, т.е. величина пути, проходимого реакцией Взрывчатого разложения в массе данного вещества в единицу времени, экспериментально определялось в весьма разнообразных условиях, при чем выяснилось, независимо от природы вещества и частичной скорости его разложения, что наибольшее влияние имеет внешнее давление. Т. к. с уменьшением давления газообразные продукты взрыва могут легче и быстрее распространяться в окружающей среде, не успевая передать соседним слоям заряда достаточно большого количества тепла, то скорость распространения Взрывчатого разложения должна уменьшиться по сравнению с горением на воздухе, с повышением же давления, наоборот, продукты взрыва будут удерживаться на поверхности заряда и содействовать энергии передаче тепла дальнейшим слоям вещества, ускоряя процесс Взрывчатого разложения. Это подтверждается опытами Сан-Робера, Абеля и др.

При горении же очень больших масс Взрывчатого вещества на открытом воздухе спокойное вначале горение может перейти в сильный взрыв, т. к. быстрым накоплением вокруг заряда газов значительно повышается давление и температура; такие взрывы нередко наблюдаются при пожарах на пороховых заводах и в складах Взрывчатых веществ. Т. к. все важнейшие случаи применения Взрывчатых веществ сводятся к горению их в замкнутой оболочке (буровая скважина, канал оружия и т. п.), хотя и изменяющегося объема, то вопрос о скорости горения Взрывчатого вещества в этим условиях заслуживает особого интереса.

Производя в манометрической бомбе определение максимального давления взрыва, можно по записи пером крешера измерить также промежуток времени от воспламенения Взрывчатого вещества до развития максимального давления и по этим временам сравнивать различные Взрывчатые вещества в отношении скорости горения их в замкнутой оболочке. Результаты подобных измерений приведены ниже, а самые записи в ряде кривых на фиг. 7.

По скорости горения Взрывчатые вещества делятся на:

1) крайне быстро горящие (бризантные),

2) быстро горящие (раскалывающие) и

3) медленно горящие (метательные).

К первому классу относятся Взрывчатые вещества (гремучая ртуть, порошкообразный, непрессованный пироксилин и т. п.), применяемые в подрывных работах, капсюлях и для снаряжения артиллерийских снарядов, ко второму  –  динамиты и др. смеси, применяемые в подрывном деле.

К медленно горящим Взрывчатым веществам относятся все пороха, применяемые, гл. обр., для стрельбы.

Для достижения при взрыве наибольшего значительного эффекта необходимо соблюдение двух условий: присутствие подходящей оболочки и соответствующий способ воспламенения. Чем медленнее горит Взрывчатое вещество, тем прочнее требуется оболочка: обычный дымный порох для подрывных работ необходимо закладывать в глубокие буровые скважины, делая плотную забивку заряда песком или землей; вещества быстро горящие, и в особенности бризантные, достаточно поместить в легкой оболочке из листового цинка или латуни в буровой скважине без всякой забивки или даже открыто, т. к. и при этом они оказывают при взрыве сильное дробящее действие. Что касается способа воспламенения, то практически важно, чтобы нагревание Взрывчатого вещества в данном месте произошло возможно быстрее и захватило бы сравнительно больший район. Лучшим способом является применение особых запалов или запальных патронов из таких Взрывчатых веществ, которые уже от соприкосновения с накаленным телом или от действия искры, а также удара способны быстро и энергично взрывать, развивая достаточную высокую температуру.

Такими запалами являются капсюли в патронах, воспламенители из дымного пороха для зарядов из пороха бездымного и т. п. Еще большее значение имеют запалы в подрывных работах и в артиллерийских снарядах в виде капсюлей с гремучей ртутью.

XI. Работа Взрывчатого вещества составляет конечную цель их применения; поэтому необходимо иметь способы для оценки их в этом отношении, чтобы уметь подбирать величину заряда, соответствующую производимой работе, а также сравнивать между собою Взрывчатые вещества. Теоретически наибольшая работа Взрывчатого вещества соответствует полной теплоте взрыва; для ее оценки определяют т. наз. потенциальную энергию Взрывчатого вещества.

Если количество тепла, которое продукты взрыва может отдать, расширяясь и производя работу при охлаждении до абсолютного нуля, обозначать буквой Q (теплота взрыва) и механический эквивалент теплоты – Е, то произведение их и даст потенциальную энергию: T=EQ клг.м.

В таблице значения приведены для некоторых Взрывчатых веществ.

Действительная работа значительно меньше потенциальной энергии, потому что всегда существует потеря части теплоты через стенки оболочки, и расширение продуктов взрыва идет не до абсолютного нуля, а прекращается значительно раньше, когда давление их сделается равным внешнему. Учесть потерю теплоты очень трудно; только в случае детонации Взрывчатого вещества, при чрезвычайной кратковременности взрыва, этой потерей можно пренебречь и тогда можно сделать теоретический расчет действительной работы по известному в термодинамике уравнению адиабатическаго процесса. И. М. Чельцов применил этот способ для определения действительной работы пироксилина в зависимости от плотности заряжания. Для этой цели он пользовался свинцовыми цилиндрами В (фиг. 8), в которых была высверлена небольшая камера, куда и помещались заряды; камера эта закрывалась герметически свинцовой пробкой С, через которую проходили электрические провода воспламенителя, помещенного внутри заряда. При взрыве происходило расширение камеры (фиг. 9). Для наибольшего из применявшихся плотностей заряжания 1,03 б. получена работа, составляющая не более 55% от потенциальной энергии пироксилина. Относительную же силу Взрывчатые вещества, для сравнительной оценки различных Взрывчатых веществ в отношении их работоспособности, можно было бы определять и по их потенциальной энергии. Но на практике пользуются сравнительно простыми испытаниями:

А) Проба Трауцля; в канал  свинцового цилиндра (фиг. 10) помещается заряд в 10 г Взрывчатого вещества, завернутый в оловянную фольгу и снабженный капсюлем с 2 г гремучей ртути, а поверх него засыпается сухой кварцевой песок определенный крупности зерна. Произведя взрыв, измеряют объем внутренней раздувшейся пустоты по весу наливаемой в нее воды.

В) Проба на свинцовых цилиндрах. На прочной стальной плите (фиг. 11) устанавливаются один на другой два свинцовых цилиндра; поверх их накладывается стальная пластинка, а на нее помещается заряд Взрывчатого вещества в патроне с капсюлем гремучей ртути и воспламенителем. При взрыве по деформации цилиндров судят об относительной силе Взрывчатого вещества

XII. Анализ  Взрывчатого вещества.

В общем ход испытаний состоит в следующем. При фабрикации Взрывчатого вещества производится ряд контрольных испытаний над исходными материалами, от доброкачественности которых зависит и качество продукта фабрикации; так например, при фабрикации пироксилина обращают внимание на чистоту хлопка и качество кислот. А после нитрации в полученном продукте определяют количество азота, чтобы убедиться в достижении желаемой степени нитрации. Наконец, окончательно готовый продукт подвергается ряду испытаний по установленной инструкции, при чем определяются:

а) физические свойства  –  плотность обыкновенная и гравиметрическая (для порохов), размеры и форма зерен и лент пороха и др.;

b) химические свойства  –  содержание отдельных составных частей, количество азота, влажности и т. п.;

с) химическая стойкость;

d) механическая стойкость;

е) баллистические качества;

f ) правильность развески п укупорки Взрывчатого вещества в зарядах и патронах.

Ни одно Взрывчатое вещество не м. б. выпущено ни с казенного, ни с частного завода на службу или в продажу без убеждения соответствующими испытаниями, что оно удовлетворяет установленными для него техническими требованиям.

При продолжительном хранении некоторых Взрывчатых веществ в складах непрерывно наблюдают за их состоянием; к числу таких веществ относятся пироксилин, нитроглицерин и приготовляемые из них динамиты и бездымные пороха. Как бы тщательно они ни были приготовлены, с течением времени в них появляются некоторые слабые признаки разложения и если вовремя за этим не уследить и не принять соответствующих мер, то это может привести к катастрофе. С этой целью в России (в начале XIX века) организован специальный кадр офицеров, фактически инспектирующих состояние всех пороховых складов, находящихся в районе их наблюдения.

XIII. Законоположения (начала XIX века) о хранении, перевозке и торговле Взрывчатых веществ имеют задачей:

1) Предотвратить возможность несчастных случаев и злоумышлений и

2) усилить наказуемость преступлений, совершаемых с применением Взрывчатых веществ.

Сюда относится:

1) утвержденный 6 мая 1874 г. "Правила о торговле охотничьим порохом, хранении и перевозке пороха» (Собр. узак. и распоряж. правства, изд. при Правит. Сенате, 1875 г., № 51);

2) мнение Государственного Совета 22 мая 1871 г. по "Проекту правил о частн. порох. Заводах»; дополнением к этому служит утвержденный 15 ноября 1883 г. мнение Гос. Сов. "О частных заведениях для приготовления капсюлей к охотн. оружию»; ответственность за нарушение этих правил установлена соответствующими ст. Уложения о наказаниях;

3) в "Собр. Узаконений» 1882 г., № 82, помещено "Об изменении и дополнении действующих правил о торговле порохом»;

4) Св. зак., изд. 1893 г., т. XI ч. II, приложение к ст. 273, дает позднейшие изменения в этих "Правилах»;

5) в "Собрании узак.» 1887 г., №92, опубликованы "Врем. правила об употреблении В. материалов при горн. работах и краткое наставление для устройства громоотводов у помещений, в коих хранятся Взрывчатые вещества»;

6) Св. зак., изд. 1885 г., по продолж.1906г.,т. XI,ст.986 – 9892, содержит постановления "О противозаконном выделывании и хранении оружия или пороха и нарушении других, для ограждения личной безопасности постановленных, правил осторожности», а в ст. 117 – 118 того же тома имеется постановления "О проступках против лич. безопасности», в пределах наказания, налагаемого мировыми судьями.