9. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА

Взрывчатые вещества

Взрывчатое вешество - это устойчивый твердый или жидкий материал, который при соответствующем инициировании быстро превращается в раскаленный, расширяющийся газ. Давление, оказываемое на окружающие материалы образующимся газом в результате его расширения и, создает взрывное действие.

Помещение взрывчатого вещества в замкнутый объем значительно увеличивает его способность детонировать из-за возрастания скорости реакции. Например, черный порох, завернутый в оберточную бумагу для изготовления праздничных хлопушек, взрывается при поджигании, но тот же порох, рассыпанный по тарелке, спокойно горит. При протекании этой сравнительно медленной реакции горения давление раскаленных газов возрастает не настолько быстро, чтобы вызвать взрывное действие.

Хотя способностью взрываться обладают многие вещества в разных формах (например, пары бензина, водород, угольная пыль и даже мучная пыль), обычно взрывчатыми называют только такие вещества, которые специально предназначены для взрывного действия. Взрывчатые вещества подразделяют на два тина: метательные, как, например, порох, и детонирующие, как, например, тринитротолуол (ТНТ) и динамит.

Метательные взрывчатые вещества. Порох, изобретенный китайцами в десятом веке и вскоре после этого независимо арабами, был первым взрывчатым веществом, которое стало использоваться в о лестрельном оружии. В 1845 г. была изобретена нитроцеллюлоза, или нитроклетчатка, но она оказалась слишком мощным взрывчатым веществом для использования в качестве метательного средства в огнестрельном оружии.

В 1880-х годах были изобретены вполне удовлетворительные виды бездымного пороха, которые за последующие 20 лет практически полностью вытеснили черный порох как метательное взрывчатое средство. С началом космической эры были разработаны многие специальные метательные взрывчатые вещества для использования в качестве ракетного топлива.

Детонирующие взрывчатые вещества подразделяются на инициирующие и бризантные. Инициирующие взрывчатые вещества, которые требуют предельно осторожного обращения, более чувствительны, чем бризантные взрывчатые вещества. Такие материалы, как, например, фульминат ртути, мгновенно взрываются при зажигании, что позволяет использовать их для изготовления капсюльных детонаторов.

Бризантные взрывчатые вещества менее чувствительны и способны гореть без взрыва. Они детонируют только при резком ударном воздействии, которое может оказывать на них другое взрывчатое вещество (обычно помещаемое в капсюльный детонатор), находящееся внутри бризантного взрывчатого вещества либо вблизи него. Сравнительно высокая устойчивость бризантных взрывчатых веществ позволяет транспортировать их большими порциями и проводить с ними необходимые работы.

В 1846 г. итальянский изобретатель Асканио Соберро синтезировал нитроглицерин - взрывчатое вещество настолько высокой чувствительности, что его невозможно было использовать в практических целях. Однако нитроглицерин приобрел большое значение после того, как в 1867 г. шведский инженер Альфред Нобель смешал его сначала с кремнистой землей, а потом с древесной целлюлозой и тем самым создал динамит.

Тринитротолуол (ТНТ), который был впервые использован в начале 1900-х годов, впоследствии стал эталоном, относительно которого измеряется мощность всех других взрывчатых веществ. ТНТ используется в чистом виде либо в смесях с другими ингредиентами или взрывчатыми веществами; такие смеси обладают различными требуемыми характеристиками.

Современные взрывчатые вещества. Современные детонирующие взрывчатые вещества включают пентаэритритнитрат (PETN), который используется для изготовления капсюльных детонаторов и бикфордова (детонирующего) шнура; циклонит (RDX), который используется в смесях с другими взрывчатыми веществами и восками для получения пластиковых взрывчатых веществ; нитрат аммония - взрывчатое вещество с низкой скоростью детонации, которое используется при необходимости более плавного увеличения давления вместо резкого ударного воздействия; аматол - смесь нитрита аммония и ТНТ, которая используется для изготовления взрывчатых зарядов.

Взрывчатые вещества применяются для самых разнообразных мирных и военных целей. Они в больших количествах используются для пробивки горных туннелей, расчистки территории при строительных работах, для вскрытия карьеров и производства подземных шахтных работ в горнорудной промышленности. Они используются также в качестве метательных средств для огнестрельного оружия и ракетного топлива, в качестве взрывчатых зарядов бомб, мин, артиллерийских снарядов, торпед и ручных гранат, а также для проведения различных инженерных и подрывных работ.

После изучения главы 9 вы сможете:

1) объяснить смысл термина химическая кинетика и привести конкретные примеры, иллюстрирующие ее важную роль в промышленности и в живых системах;

2) объяснить смысл терминов скорость реакции, константа скорости и порядок реакции-,

3) описать методы измерения скоростей реакций и привести конкретные примеры применения каждого из этих методов;

4) перечислить пять важнейших факторов, оказывающих влияние на скорость реакций. Описать причины влияния каждого из этих факторов на скорость реакций и привести соответствующие примеры;

5) кратко описать эксперимент, демонстрирующий влияние концентраций реагентов на скорость реакции;

6) определить порядок реакции и вычислить константы скорости по экспериментальным данным;

7) определить смысл термина период полупревращения и вычислить периоды полупревращения для реакций первого порядка по экспериментальным данным;

8) использовать уравнение Аррениуса для вычисления влияния температуры на константу скорости реакции;

9) объяснить смысл термина скоростъопределяющап (лимитирующая) стадия реакции и привести конкретные примеры для иллюстрации этого понятия;

10) использовать кинетическое уравнение реакции для предположения о возможном механизме реакции;

11) объяснить смысл терминов энергия активации, активированный комплекс и частота столкновений;

12) кратко рассказать об использовании теории столкновений и теории переходного состояния для объяснения изменений скорости реакции;

13) построить энергетическую диаграмму реакции с необходимыми обозначениями и показать, как на нее влияет катализатор;

14) кратко описать какой-либо эксперимент, демонстрирующий влияние катализатора на скорость реакции;

15) объяснить различие между гомогенным катализом и гетерогенным катализом и привести по одному примеру для каждого из них;

16) привести не менее двух конкретных примеров ферментов и указать, какую роль играет каждый из них;

17) привести не менее двух конкретных примеров цепных реакций и указать, какое практическое значение имеет каждая из них.