Нитраты на войне. Часть I. От Сунь-Сымяо и Бертольда Шварца до Д.И. Менделеева
Воистину во взрывчатке сидит дьявол, готовый в любую секунду начать крушить и ломать все вокруг. Держать это порождение ада в узде и выпускать его на свободу лишь тогда, когда это требуется, — основная проблема, которую приходится решать химикам и пиротехникам при создании и использовании взрывчатых веществ. В истории создания и развития взрывчатых веществ (ВВ), как в капле воды, отображается история появления, развития и гибели государств и империй.
Готовя план-конспекты уроков, автор неоднократно замечал, что страны, правители которых уделяли неусыпное внимание развитию наук, и прежде всего — естественной троице математика — физика — химия — достигали высот в своем развитии. Ярким примером может стать стремительное восхождение на мировой арене Германии, за полвека совершившей скачок от союза разрозненных государств, некоторые из которых даже на подробной карте Европы трудно было рассмотреть без «мелкоскопа», до империи, с которой пришлось считаться на протяжении полутора веков. Ничуть не умаляя в этом процессе заслуги великого Бисмарка, приведу его фразу, сказанную им после победоносного завершения франко-прусской войны: «Эту войну выиграл простой немецкий учитель». Именно химическому аспекту повышения боеспособности армии и государства автор хотел бы посвятить свой обзор, как всегда, нисколько не претендуя на исключительность своего мнения.
Публикуя статью, автор сознательно, подобно Жюлю Верну, избегает указания конкретных технологических подробностей и акцентирует свое внимание на чисто промышленных методах получения ВВ. Связано это не только с вполне понятным чувством ответственности ученого за результаты своих трудов (будь то практических или публицистических), но и с тем, что предметом исследования является вопрос «Почему все было так, а не иначе», а не «Кто первый получил это вещество».
Кроме того, автор просит прощения у читателей за вынужденное использование химических терминов — атрибутов науки (как показал собственный педагогический опыт, не самой любимой школьниками). Осознавая, что писать о химических веществах, не упоминая химических терминов, невозможно, автор попытается свести к минимуму специальную лексику.
И последнее. Приводимые автором цифровые данные отнюдь не следует считать истиной в последней инстанции. Данные по характеристикам ВВ в разных источниках отличаются и иногда довольно сильно. Это и понятно: характеристики боеприпасов весьма значительно зависят от их «товарного» вида, наличия/отсутствия посторонних веществ, введения стабилизаторов, режимов синтеза и многих других факторов. Методики определения характеристик ВВ тоже не отличаются однообразием (хотя тут как раз стандартизации будет побольше) да особой воспроизводимостью они тоже не страдают.
Классификация ВВ
В зависимости от типа взрыва и чувствительности к внешним воздействиям все ВВ делят на три основные группы:
1. Инициирующие ВВ.
2. Бризантные ВВ.
3. Метательные ВВ.
Инициирующие ВВ. Они обладают высокой чувствительностью к внешним воздействиям. Остальные характеристики у них обычно невысоки. Но они обладают ценным свойством — их взрыв (детонация) оказывает детонационное воздействие на бризантные и метательные ВВ, которые обычно к остальным типам внешнего воздействия не чувствительны вовсе или же обладают очень низкой чувствительностью. Поэтому, инициирующие вещества и применяют только для возбуждения взрыва бризантных или метательных ВВ. Для обеспечения безопасности применения инициирующих ВВ, их упаковывают в защитные приспособления (капсюль, капсюльная втулка, капсюль-детонатор, электродетонатор, взрыватель). Типичные представители инициирующих ВВ: гремучая ртуть, азид свинца, тенерес (ТНРС).
Бризантные ВВ. Это, собственно и есть то, о чем говорят и пишут. Ими снаряжают снаряды, мины, бомбы, ракеты, фугасы; ими взрывают мосты, автомобили, бизнесменов…
Бризантные ВВ по их взрывным характеристикам делят на три группы:
— повышенной мощности (представители: гексоген, октоген, тэн, тетрил);
— нормальной мощности (представители: тротил, мелинит, пластит);
— пониженной мощности (представители: аммиачная селитра и ее смеси).
ВВ повышенной мощности несколько более чувствительны к внешним воздействиям и поэтому их чаще применяют в смеси с флегматизаторами (веществами, понижающими чувствительность ВВ) или в смеси с ВВ нормальной мощности для повышения мощности последних. Иногда ВВ повышенной мощности применяют в качестве промежуточных детонаторов.
Метательные ВВ. Это различные пороха — черный дымный, бездымные пироксилиновые и нитроглицериновые. К ним также относят различные пиротехнические смеси для фейерверков, сигнальных и осветительных ракет, осветительных снарядов, мин, авиабомб.
О черном порохе и Черном Бертольде
Несколько веков единственным видом взрывчатки, которую использовал человек, был черный порох. С его помощью во врага из пушек метали ядра, им же начиняли разрывные снаряды. Порох использовали в подземных минах-подкопах для разрушения стен крепостей, для дробления скальных пород.
В Европе он стал известен с XIII века, а в Китае, Индии и Византии еще раньше. Первое зафиксированное описание пороха для фейерверков было описано китайским ученым Сунь-Сымяо в 682 г. Максимилиан Грек (XIII — XIV века) в трактате «Книга огней» описывал смесь на основе калийной селитры, применявшихся в Византии в качестве знаменитого «греческого огня» и состоящего из 60% селитры, 20% серы и 20% угля.
И вот в 1846 году химики предложили два новых взрывчатых вещества — пироксилин и нитроглицерин. В Турине итальянский химик Асканьо Собреро обнаружил, что достаточно обработать глицерин азотной кислотой (выполнить нитрование), чтобы образовалась маслянистая прозрачная жидкость — нитроглицерин. Первое печатное сообщение о нем было опубликовано в журнале «L’Institut» (XV, 53) от 15 февраля 1847 года и оно заслуживает некоторого цитирования. В первой ее части говорится:
Далее идет описание опыта нитрования, интересные только химикам-органикам (да и то только с исторической точки зрения), мы же только отметим одну особенность: нитропроизводные целлюлозы, как и их возможность взрываться, тогда тоже уже были достаточно хорошо известны [11].
Нитроглицерин является одним из самых мощных и чувствительных бризантных ВВ, обращение с которым требует особой внимательности и осторожности.
1. Чувствительность: от прострела пулей может взрываться. Чувствительность к удару 10 кг гирей, сбрасываемой с высоты 25 см — 100%. Горение переходит в детонацию.
2. Энергия взрывчатого превращения — 5300 Дж/кг.
3. Скорость детонации: 6500 м/сек.
4. Бризантность: 15-18 мм.
5. Фугасность: 360-400 куб. см [6].
Возможность использования нитроглицерина показал знаменитый русский химик Н.Н.Зинин, который в 1853—1855 годах во время Крымской войны вместе с военным инженером В.Ф.Петрушевским изготовил большое количество нитроглицерина.
Профессор Казанского университета Н.Н. Зинин
Военный инженер В.Ф. Петрушевский
Но дьявол, живущий в нитроглицерине, оказался злобным и непокорным. Оказалось, что чувствительность этого вещества к внешним воздействиям лишь немногим уступает гремучей ртути. Он может взорваться уже в момент нитрования, его нельзя встряхивать, нагревать и охлаждать, выставлять на солнце. Он может взорваться в процессе хранения. А если его поджечь спичкой, может совершенно спокойно гореть...
И все же потребность в мощной взрывчатке к середине XIX века уже была столь велика, что, несмотря на многочисленные несчастные случаи, нитроглицерин стали широко использовать при взрывных работах.
Попытки обуздать злобного дьявола предпринимались многими, но слава укротителя досталась Альфреду Нобелю. Перипетии этого пути, равно как и судьба доходов от продажи этого вещества, достаточно широко известны, и вдаваться в их подробности автор считает излишним.
Будучи «втиснутым» в поры инертного наполнителя (а таковыми были перепробованы несколько десятков веществ, лучшим из которых оказалась инфузорная земля — пористый силикат, 90% объема которого приходится на поры, способные жадно впитывать нитроглицерин), нитроглицерин становился намного более «сговорчивым», сохраняя при себе почти всю свою разрушительную силу. Как известно, Нобель дал этой смеси, внешне похожей на торф, название «динамит» (от греческого слова «динос» — сила). Ирония судьбы: спустя год после получения Нобелем патента на производство динамита Петрушевский совершенно самостоятельно смешивает нитроглицерин с магнезией и получает взрывчатку, названную позднее «русским динамитом».
Нитроглицерин (а точнее, глицеринтринитрат) представляет собой полный сложный эфир глицерина и азотной кислоты. Получают его обычно получают путем обработки глицерина серно-азотной кислотной смесью (на химическом языке — реакция этерификации):
Готовя план-конспекты уроков, автор неоднократно замечал, что страны, правители которых уделяли неусыпное внимание развитию наук, и прежде всего — естественной троице математика — физика — химия — достигали высот в своем развитии. Ярким примером может стать стремительное восхождение на мировой арене Германии, за полвека совершившей скачок от союза разрозненных государств, некоторые из которых даже на подробной карте Европы трудно было рассмотреть без «мелкоскопа», до империи, с которой пришлось считаться на протяжении полутора веков. Ничуть не умаляя в этом процессе заслуги великого Бисмарка, приведу его фразу, сказанную им после победоносного завершения франко-прусской войны: «Эту войну выиграл простой немецкий учитель». Именно химическому аспекту повышения боеспособности армии и государства автор хотел бы посвятить свой обзор, как всегда, нисколько не претендуя на исключительность своего мнения.
Публикуя статью, автор сознательно, подобно Жюлю Верну, избегает указания конкретных технологических подробностей и акцентирует свое внимание на чисто промышленных методах получения ВВ. Связано это не только с вполне понятным чувством ответственности ученого за результаты своих трудов (будь то практических или публицистических), но и с тем, что предметом исследования является вопрос «Почему все было так, а не иначе», а не «Кто первый получил это вещество».
Кроме того, автор просит прощения у читателей за вынужденное использование химических терминов — атрибутов науки (как показал собственный педагогический опыт, не самой любимой школьниками). Осознавая, что писать о химических веществах, не упоминая химических терминов, невозможно, автор попытается свести к минимуму специальную лексику.
И последнее. Приводимые автором цифровые данные отнюдь не следует считать истиной в последней инстанции. Данные по характеристикам ВВ в разных источниках отличаются и иногда довольно сильно. Это и понятно: характеристики боеприпасов весьма значительно зависят от их «товарного» вида, наличия/отсутствия посторонних веществ, введения стабилизаторов, режимов синтеза и многих других факторов. Методики определения характеристик ВВ тоже не отличаются однообразием (хотя тут как раз стандартизации будет побольше) да особой воспроизводимостью они тоже не страдают.
Классификация ВВ
В зависимости от типа взрыва и чувствительности к внешним воздействиям все ВВ делят на три основные группы:
1. Инициирующие ВВ.
2. Бризантные ВВ.
3. Метательные ВВ.
Инициирующие ВВ. Они обладают высокой чувствительностью к внешним воздействиям. Остальные характеристики у них обычно невысоки. Но они обладают ценным свойством — их взрыв (детонация) оказывает детонационное воздействие на бризантные и метательные ВВ, которые обычно к остальным типам внешнего воздействия не чувствительны вовсе или же обладают очень низкой чувствительностью. Поэтому, инициирующие вещества и применяют только для возбуждения взрыва бризантных или метательных ВВ. Для обеспечения безопасности применения инициирующих ВВ, их упаковывают в защитные приспособления (капсюль, капсюльная втулка, капсюль-детонатор, электродетонатор, взрыватель). Типичные представители инициирующих ВВ: гремучая ртуть, азид свинца, тенерес (ТНРС).
Бризантные ВВ. Это, собственно и есть то, о чем говорят и пишут. Ими снаряжают снаряды, мины, бомбы, ракеты, фугасы; ими взрывают мосты, автомобили, бизнесменов…
Бризантные ВВ по их взрывным характеристикам делят на три группы:
— повышенной мощности (представители: гексоген, октоген, тэн, тетрил);
— нормальной мощности (представители: тротил, мелинит, пластит);
— пониженной мощности (представители: аммиачная селитра и ее смеси).
ВВ повышенной мощности несколько более чувствительны к внешним воздействиям и поэтому их чаще применяют в смеси с флегматизаторами (веществами, понижающими чувствительность ВВ) или в смеси с ВВ нормальной мощности для повышения мощности последних. Иногда ВВ повышенной мощности применяют в качестве промежуточных детонаторов.
Метательные ВВ. Это различные пороха — черный дымный, бездымные пироксилиновые и нитроглицериновые. К ним также относят различные пиротехнические смеси для фейерверков, сигнальных и осветительных ракет, осветительных снарядов, мин, авиабомб.
О черном порохе и Черном Бертольде
Несколько веков единственным видом взрывчатки, которую использовал человек, был черный порох. С его помощью во врага из пушек метали ядра, им же начиняли разрывные снаряды. Порох использовали в подземных минах-подкопах для разрушения стен крепостей, для дробления скальных пород.
В Европе он стал известен с XIII века, а в Китае, Индии и Византии еще раньше. Первое зафиксированное описание пороха для фейерверков было описано китайским ученым Сунь-Сымяо в 682 г. Максимилиан Грек (XIII — XIV века) в трактате «Книга огней» описывал смесь на основе калийной селитры, применявшихся в Византии в качестве знаменитого «греческого огня» и состоящего из 60% селитры, 20% серы и 20% угля.
И вот в 1846 году химики предложили два новых взрывчатых вещества — пироксилин и нитроглицерин. В Турине итальянский химик Асканьо Собреро обнаружил, что достаточно обработать глицерин азотной кислотой (выполнить нитрование), чтобы образовалась маслянистая прозрачная жидкость — нитроглицерин. Первое печатное сообщение о нем было опубликовано в журнале «L’Institut» (XV, 53) от 15 февраля 1847 года и оно заслуживает некоторого цитирования. В первой ее части говорится:
«Асканьо Собреро, профессор технической химии с Турине, в письме, переданном проф. Пелузом, сообщает, что он давно уже получает взрывчатые вещества действием азотной кислоты на различные органические вещества, именно на тростниковый сахар, манит, декстрит, молочный сахар и др. Собреро также изучал действие смеси азотной и серной кислот на глицерин, и опыт показал ему, что получается вещество, подобное гремучему хлопку…»
Далее идет описание опыта нитрования, интересные только химикам-органикам (да и то только с исторической точки зрения), мы же только отметим одну особенность: нитропроизводные целлюлозы, как и их возможность взрываться, тогда тоже уже были достаточно хорошо известны [11].
Нитроглицерин является одним из самых мощных и чувствительных бризантных ВВ, обращение с которым требует особой внимательности и осторожности.
1. Чувствительность: от прострела пулей может взрываться. Чувствительность к удару 10 кг гирей, сбрасываемой с высоты 25 см — 100%. Горение переходит в детонацию.
2. Энергия взрывчатого превращения — 5300 Дж/кг.
3. Скорость детонации: 6500 м/сек.
4. Бризантность: 15-18 мм.
5. Фугасность: 360-400 куб. см [6].
Возможность использования нитроглицерина показал знаменитый русский химик Н.Н.Зинин, который в 1853—1855 годах во время Крымской войны вместе с военным инженером В.Ф.Петрушевским изготовил большое количество нитроглицерина.
Профессор Казанского университета Н.Н. Зинин
Военный инженер В.Ф. Петрушевский
Но дьявол, живущий в нитроглицерине, оказался злобным и непокорным. Оказалось, что чувствительность этого вещества к внешним воздействиям лишь немногим уступает гремучей ртути. Он может взорваться уже в момент нитрования, его нельзя встряхивать, нагревать и охлаждать, выставлять на солнце. Он может взорваться в процессе хранения. А если его поджечь спичкой, может совершенно спокойно гореть...
И все же потребность в мощной взрывчатке к середине XIX века уже была столь велика, что, несмотря на многочисленные несчастные случаи, нитроглицерин стали широко использовать при взрывных работах.
Попытки обуздать злобного дьявола предпринимались многими, но слава укротителя досталась Альфреду Нобелю. Перипетии этого пути, равно как и судьба доходов от продажи этого вещества, достаточно широко известны, и вдаваться в их подробности автор считает излишним.
Будучи «втиснутым» в поры инертного наполнителя (а таковыми были перепробованы несколько десятков веществ, лучшим из которых оказалась инфузорная земля — пористый силикат, 90% объема которого приходится на поры, способные жадно впитывать нитроглицерин), нитроглицерин становился намного более «сговорчивым», сохраняя при себе почти всю свою разрушительную силу. Как известно, Нобель дал этой смеси, внешне похожей на торф, название «динамит» (от греческого слова «динос» — сила). Ирония судьбы: спустя год после получения Нобелем патента на производство динамита Петрушевский совершенно самостоятельно смешивает нитроглицерин с магнезией и получает взрывчатку, названную позднее «русским динамитом».
Нитроглицерин (а точнее, глицеринтринитрат) представляет собой полный сложный эфир глицерина и азотной кислоты. Получают его обычно получают путем обработки глицерина серно-азотной кислотной смесью (на химическом языке — реакция этерификации):
Автор: Алекс