Реакции взрывчатого разложения

Изучение реакции взрывчатого превращения необходимо для прог-нозирования состава продуктов взрывчатого разложения, их объема, определения энергии, которая выделяется в результате протекания реакции, температуры продуктов взрывчатого разложения.

Подавляющее большинство взрывчатых веществ представляет собой органические соединения, в состав которых входят углерод, водород, азот, кислород. В результате реакции взрывчатого разложения образуются в основном оксиды углерода, азота, водорода (СО, СО₂, NO₂, NO, Н₂О) и свободные молекулы (N₂, Н₂, О₂, С).

Эти соединения составляют основную долю всех продуктов взрывчатого разложения. В значительно меньшем количестве образуются СН₄, NН₃, С₂Н₂, С₂N₂, НСN и др. Наличие и количество тех или иных продуктов зависит от кислородного баланса соединения.

Под кислородным балансом понимается избыток или недостаток кислорода, необходимого для полного окисления углерода и водорода. Кислородный баланс характеризуется так называемым кислородным коэффициентом:

.

Например, для полного окисления всего углерода и водорода, содержащихся в молекуле нитроглицерина, требуется:

- для 3 атомов углерода – 6 атомов кислорода;

- для 5 атомов водорода – 2,5 атома кислорода.

Всего – 8,5 атома кислорода.

Молекула нитроглицерина содержит 9 атомов кислорода. Следовательно, кислородный коэффициент нитроглицерина равен

9/8,5×100 %=105,9 %.

По кислородному балансу все взрывчатые вещества подразделяются на следующие группы:

- взрывчатые вещества, содержащие количество кислорода, достаточное для полного окисления углерода до СО₂, водорода до Н₂О;

- взрывчатые вещества, содержащие количество кислорода для превращения всех горючих элементов в газы, но недостаточное для полного их окисления, т.е. образования СО₂;

- взрывчатые вещества, содержащие количество кислорода, недостаточное для превращения всех горючих элементов в газы.

Из приведенной классификации взрывчатых веществ вытекает правило ориентировочного определения состава и количества молекул, образующихся при взрывчатом превращении.

При написании реакции взрывчатого разложения следует придерживаться следующего.

Для взрывчатых веществ первой группы характерно следующее: водород окисляется до Н₂О, углерод до СО₂, оставшийся кислород образует свободные молекулы кислорода. Например, реакция взрывчатого разложения нитроглицерина С₃Н₅(ОNО₂)₃ может быть представлена следующим образом.

Нитроглицерин содержит 9 атомов кислорода. До полного окисления 5 атомов водорода необходимо 2,5 атома кислорода, до полного окисления 3 атомов углерода – 6 атомов кислорода. Итого необходимо 8,5 атома кислорода. Имеем 9 атомов кислорода. Половина атома кислорода остается свободной. Таким образом, реакция взрывчатого разложения будет выглядеть следующим образом:

C₃H₅(ONО₂)₃ = 3СО₂ + 2,5Н₂O + 0,25O₂ + 1,5N₂.

Кроме основной реакции протекают реакции диссоциации:

(реакция водяного газа)

Указанные реакции в сильной степени смещены в сторону образования СО₂, Н₂О, N₂, и удельный вес их в энергетическом балансе незначительный. Таким образом, в продуктах взрывчатого превращения, хотя и имеются газы СО, Н₂, NO, но их количество невелико, поэтому при расчете, например, объема продуктов взрывчатого превращения в первом приближении реакции диссоциации могут не учитываться.

Для взрывчатых веществ второй группы характерно следующее: водород окисляется до Н₂О, углерод окисляется до СО. Если при этом остается кислород, то часть СО окисляется до СО₂.

Рассмотрим реакцию взрывчатого разложения тетранитрата пентаэритрита (ТЭН) C(CН₂ОNО₂)₄. Из химической формулы ТЭНа видим, что кислорода до полного окисления водорода и углерода недостаточно. Для водорода нужно 4 атома, для углерода – 10 атомов. Итого 14 атомов кислорода. Имеем 12 атомов кислорода. В этом случае реакция разложения ТЭНа записывается так:

C(CН₂ОNО₂)₄ = 4Н₂О + 5СО + 1,5О₂ + 2N₂ =

= 4Н₂О + 2СО + 3СО₂ + 2N₂.

Вторичные реакции:

- реакция водяного газа:

- реакция диссоциации:

Для взрывчатых веществ третьей группы характерно следующее: водород окисляется до Н₂О, оставшийся кислород окисляет часть углерода до СО. Например, реакция взрывчатого разложения тротила С₆Н₂(NO₂)₃СН₃.

Из химической формулы тротила видим, что кислорода недостаточно для окисления водорода и углерода. Для полного окисления водорода необходимо 2,5 атома кислорода, неполного окисления углерода – 7 атомов, итого 9,5 атома кислорода. Имеем 6 атомов кислорода.
В этом случае реакция взрывчатого превращения записывается так:

С₆Н₂(NO₂)₃СН₃ = 2,5Н₂О + 3,5СО + 3,5С + 1,5N₂.

Вторичные реакции:

Таким образом, для написания уравнения реакции взрывчатого превращения необходимо придерживаться следующих правил:

- определить по химической формуле взрывчатого вещества его кислородный баланс;

- окислить водород до Н₂О;

- окислить углерод до СО;

- окислить СО до СО₂, если остался кислород;

- написать остальные продукты реакции;

- проверить коэффициенты.