Давным –давно, когда мы работали одной из последних точек обороны Севастополя, на 851-й зенитной батарее, столкнулись со странным феноменом. Сигнал глубинного металлодетектора четко указывал на место, где под тонким слоем земли, находилась очень странная горная порода: рыхлая, зернистая, и сигнал шел изнутри этой породы. В конечном итоге, вытащили мы из этой породы сильно ржавые артиллерийские ключи. Парадокс заключался в том, что порода вокруг них была монолитной. Но это был не цемент, но как инструмент попал в эту «скальную» породу? Ответ я нашел несколько позже, и в этой статье, я постараюсь рассказать суть этого «феномена». А, пока, мы вернемся теме статьи.
Мы (в предыдущей статье) остановились на фразе «механизм взрыва бризантных (дробящих) и метательных веществ (порохов) неодинаков». Ну, как бы с нее и начнем…
Привожу одну достаточно важную для понимания фразу:
«Мы и про порох, и про тротил говорим, что они «взрываются». Специалист же скажет, что порох «горит», а тротил «детонирует». Поэтому и действие этих видов взрывчатых веществ различно. В отличие от бризантных веществ порох не детонирует, не взрывается почти мгновенно во всем объеме, а горит только на поверхности, параллельными слоями. Постепенно образующиеся дымовые газы выталкивают мину или пулю из ствола оружия, не дробя его на куски. Правда, «постепенность» эта относительна — время горения порохов измеряется сотыми долями секунды, но все же его нельзя сравнить с продолжительностью взрыва дробящих веществ, составляющей миллионные доли секунды. Кусок дерева дает при сгорании больше тепла, чем равная ему по весу шашка тротила. Поэтому выгоднее топить печь обыкновенными березовыми поленьями, чем первосортными взрывчатыми веществами. И все же самое большое полено сгорит в топке без лишнего шума, а тротиловый заряд способен разрушить и печь и дом вместе с ней».
Но есть нюанс: поисковики знают, что если зажечь тротил спичками, то… он будет тихо гореть коптящим пламенем. Почему? И на этот вопрос мы постараемся дать ответ в этой статье.
Во взрывчатом веществе (как и в порохе) окислитель входит в его состав, и контакт с кислородом воздуха не обязателен. Если понаблюдать за горением артиллерийского пороха (желательно больших «калибров», чтобы было очевиднее), и сравнить время горения пороховой «хворостины» на свежем воздухе и ее же временем горения в канале ствола, то выяснится, что они отличаются «в разы». В чем причина?
В давлении (к внутренней баллистике, форме порохов и пороховым зернам мы вернемся позже). Примерно то же самое происходит при взрыве (но быстрее).
В одном из изданий написано, что при взрыве: «…реакция происходит сразу во всем объеме, многотонный заряд может взорваться в один миг». А, вот и нет, не совсем так. Берем тротиловую шашку и наносим по ней резкий удар (или взрываем на поверхности детонатор, что в сущности одно и то же). Мы создаем локальный очаг высокой температуры и (главное) давления. От удара верхний слой взрывчатого вещества быстро сожмется и разогреется. Высокая температура и давление вызывают мгновенное разложение тротила, но разложение только в тоненьком слое.
Порох (в общей массе) останется флегматичным к этому воздействию, он будет гореть только на поверхности. В тротиле пойдет цепная реакция: удар от «взорвавшегося» слоя передается следующему, от взрыва следующего, волна детонации идет дальше. При разложении образуются в большом количестве газы, имеющие очень высокую температуру и создающие высокое давление. Под этим огромным давлением немедленно сжимается соседний слой взрывчатки, которая, в свою очередь, быстро разогревается с разложением и выделением нагретых газов. Бег взрывной волны продолжается до тех пор, пока не разложится все взрывчатое вещество, и чем быстрее идет эта передача, тем больше дробящих «бризантных» свойств у вещества.
Процесс передачи энергии сжатием называется детонацией, и протекает он значительно быстрее, чем мы его описываем. Человеческому глазу кажется, что любой заряд взрывается мгновенно во всем объеме — каким бы большим он ни был. Но теперь мы знаем, что на самом деле это не так. Для специалистов скорость детонации имеет огромное значение и является одной из важнейших характеристик взрывчатого вещества. Например, для тротила она равна 5800, для нитроглицерина— 7650, для аммиачной селитры «всего» 1800 метров в секунду.
Рассказывая о порохах, мы упомянули про нитроглицерин. Ну, если говорить точно, то тринитроглицерин. В 1846 году — в тот самый год, когда был открыт пироксилин,— произошло и еще одно знаменательное событие в истории взрывчатых веществ: Асканио Собреро получил в Турине тринитроглицерин.
Собреро установил, что при смешении двух объемов концентрированной серной кислоты и одного объема концентрированной азотной кислоты и последующем вливании их в глицерин, начинает происходить бурная реакция, но образование продукта не происходит. Азотная кислота окисляет глицерин, тем самым разрушая его. Но если смесь серной и азотной кислоты хорошо охладить и добавлять при перемешивании небольшие порции глицерина, начинает происходить совершенно другой процесс. Азотная кислота и глицерин вступают в реакцию этерификации. По окончанию реакции ученый вылил смесь в воду, в результате чего кислоты растворились, а на дне в виде тяжелой желтой жидкости, похожей на оливковое масло, собрался нитроглицерин. Нитроглицерин мало растворим в воде, поэтому его можно промывать водой от остатков кислот практически без потерь. Это следует сделать, так как следы кислот сильно нарушают стабильность вещества при хранении, в результате чего нитроглицерин может взорваться.
Нитроглицерин -- сложный эфир трехатомного спирта глицерина и азотной кислоты. Обладает свойствами, присущими этому классу химических соединений.
Дальнейшая история нитроглицерина тесно связана с именем всемирно известного шведского химика, физика, инженера и изобретателя Альфреда Нобеля.
Уже в 1862 году Нобели смогли наладить производство в Хеленборге под Стокгольмом и начали отрабатывать технологию. Там же в 1863 году Альфред изобрел инжектор-смеситель для азотной кислоты и глицерина. Но в 1864 году на фабрике произошел взрыв, который унес жизни нескольких рабочих и младшего брата Альфреда, Эмиля. В связи с этим потрясением отец Нобеля сильно заболел и скончался в 1872 году.
Решение проблемы взрывоопасности было найдено по воле случая. При перевозке для предотвращения толчков и ударов банки с нитроглицерином вокруг засыпался кизельгур (диатомит; инфузорная земля) -- осадочная порода, состоящая преимущественно из диоксида кремния и образованная из останков диатомовых водорослей. Однажды при транспортировке банка с нитроглицерином разгерметизировалась и часть вещества бесследно исчезла. Так была открыта способность инфузорной земли за счет капиллярного эффекта поглощать нитроглицерин. Полученная масса была гораздо безопаснее и удобнее в обращении. Так был изобретен динамит. Незадолго до этого Альфред Нобель изобрел и ввел капсюль-детонатор.
Так вот, сравнив тот самый "кизельгур" с тем, что мы нашли на 851-й батарее, до нас дошло, что инструмент лежал под несколькими паками старого, динамита, из которого дожди вымыли нитроглицерин. Видимо блиндажи при отступлении рвали старой архаичной горной взрывчаткой. Старой, хотя бы потому, что потом технология изготовления динамита изменилась, и кизельгур использовался не так часто.
Альфред Нобель в 1877 году изобрел еще одну разновидность динамита, добавив в состав аммиачную селитру. Интуитивно, он сделал правильное решение, т.к. нитроглицерин имеет отрицательный кислородный баланс, а аммиачная селитра - положительный. Данный класс взрывчатых веществ является родственным современному аммониту (смесь аммиачной селитры и тротила) и аммоналу (смесь аммиачной селитры и порошкообразного алюминия).
Потом он разработал свой порох: баллистит. Состав пороха, запатентованный им, имеет следующий вид: 40% -- нитроглицерина, 60% --коллоксилина и пироксилина (частично и полностью нитрованная целлюлоза соответственно).
Но, начинка снарядов того времени была чуть иной. Какой? А, вот теперь мы подошли к самому интересному...