Срок годности использования взрывчатки и кинетика её разложения являются одними из важнейших параметров для оценки пригодности взрывчатых веществ для длительного хранения, использования в военном деле и в горной промышленности
От чего зависит срок годности
Может зависеть от сотен причин. Но если их разбивать на группы. то основными будут:
- Химическое строение
- Агрегатное состояние
- Температура хранения
- Наличие примесей
Разберемся кратко с каждым из этих пунктов
Химическое строение
Многие взрывчатые вещества по своей природе намного стабильнее,чем другие. Чем это можно объяснить? Если не углубляться в основы органической химии, то влияние строения молекул на срок годности объясняется следующими факторами:
Одной из первопричин распада может служить внутримолекулярное напряжение. Это состояние, при котором радикалы молекулы находятся друг к другу слишком близко, и в состоянии тесноты они стремятся к более свободному положению. Для понятия причины рассмотрим строение одного, ныне уже не используемого в военном деле Взрывчатого Вещества (далее ВВ) - гексанитробензола (ГНБ)
В красные круги обведены атомы кислорода, которые из-за своего тесного расположения относительно друг друга создают напряжение в молекуле. Чем больше напряжение - тем выше скорость распада молекулы. Молекула ГНБ, стремясь снять напряжение (ведь всё во вселенной стремится к минимуму энергии) приобретает вредное, для ВВ, свойство - высокую химическую активность. Одной из причин, почему ГНБ перестали применять в военном деле - во время хранения реагирует с влагой воздуха, создавая плохо инициируемое вещество, обладающее малой бризантностью. Так же, во влажном состоянии, возможна реакция с металлом оболочки заряда, особенно активно вступает в реакцию с железом. А ещё, несмотря на свою большую мощность, он дорог в производстве, в сравнении с аналогами.
Так же распад зависит от химического класса ВВ, наличия в структуре атомов-галогенов, начальной концентрации оксидов азота в составе и т.д. О последнем подробнее в следующем пункте
Агрегатное состояние
Если кратко, то скорость распада увеличивается в следующей последовательности:
- Твёрдые ВВ - Газообразные ВВ - Жидкие ВВ
Если подробнее, то давайте разбираться:
В процессе распада любого ВВ образуются радикалы NO2, которые ускоряют разложение. То есть, чем больше храниться вещество, тем больше выделяется NO2, и соответственно, тем больше ускоряется реакция распада
Для твердых веществ существует эффект кристаллической решетки. Кристаллическая решетка не позволяет быстро протекать реакции распада, так как удерживает микроструктуру молекулы в относительно стабильном состоянии. В жидком состоянии такой решётки нет, NO2 появляется быстро, поэтому устойчивость, в сравнении с твердыми, может уменьшаться в десятки тысяч раз. Именно поэтому большинство штатных ВВ - твердые вещества, они банально дольше хранятся. В газообразных веществах нет возможности ускорять реакцию за счёт NO2, поэтому, они занимают промежуточное положение
Температура хранения
Любое вещество разлагается быстрее, если оно находится при повышенной температуре. Собственно. поэтому и придуманы холодильники и морозильные камеры - при низких температурах протекание химических реакций (а следовательно, и распада) замедляется. Это качество очень важно знать,если речь идёт о продаже снарядов в условную Африку, или на ближний восток. Необходимо рассчитать гарантийные сроки при средней температуре хранения припасов на складе "жаркой" страны. В советском союзе с 60-х годов и в наше время для определения константы скорости распада используют разработанный в Венгрии прибор - дериватограф. До его изобретения использовался метод определения константы скорости с помощью манометра Бурдона.
Наличие примесей
Многие современные ВВ выпускаются со специальными примесями для усиления взрывчатых свойств или упрощения инициирования. Эти примеси называют сенсибилизаторами. Наиболее часто они применяются в ракетных топливах, ведь необходимо извлечь максимум пользы из горючего. Сенсибилизаторы увеличивают скорость распада косвенными методами - зачастую, уменьшением необходимой температуры для запуска процесса. Такие вещества дают максимальную работу взрыва, однако долго они храниться не могут, из за увеличенной скорости распада при хранении даже в стандартных условиях
Сроки годности
Гарантийные сроки штатных ВВ: 40-60 лет
Твёрдые ракетные топлива: 15-25 лет
Штатные ВВ (тротил, тетрил, гексоген, тэн): 400-2000 лет
Дымный порох: тысячи лет
Бездымный порох: несколько десятилетий
Инициирующие ВВ (гремячая ртуть, азид свинца, ТНРС): несколько сотен лет