Memang, iblis duduk di bahan peledak, siap setiap saat untuk mulai menghancurkan dan menghancurkan segala sesuatu di sekitarnya. Menjaga makhluk neraka ini tetap terkendali dan melepaskannya hanya jika diperlukan adalah masalah utama yang harus dipecahkan oleh ahli kimia dan kembang api saat membuat dan menggunakan bahan peledak. Dalam sejarah penciptaan dan perkembangan bahan peledak (explosives), seperti pada setetes air, ditampilkan sejarah kemunculan, perkembangan dan kehancuran negara dan imperium.
Mempersiapkan garis besar pelajaran, penulis berulang kali memperhatikan bahwa negara-negara yang penguasanya memperhatikan perkembangan ilmu pengetahuan, dan terutama trinitas alami matematikawan - fisika - kimia - mencapai ketinggian dalam perkembangan mereka. Contoh mencolok dapat menjadi pendakian cepat di panggung dunia Jerman, yang dalam setengah abad membuat lompatan dari serikat negara yang berbeda, beberapa di antaranya bahkan pada peta rinci Eropa sulit untuk melihat tanpa "lingkup kecil", ke sebuah kerajaan yang harus diperhitungkan selama satu setengah abad. Tanpa mengurangi manfaat dari Bismarck yang agung dalam proses ini, saya akan mengutip ungkapannya, yang dia katakan setelah akhir kemenangan perang Prancis-Prusia: "Perang ini dimenangkan oleh seorang guru Jerman yang sederhana." Penulis ingin mencurahkan tinjauannya pada aspek kimia peningkatan kemampuan tempur tentara dan negara, seperti biasa, tanpa sama sekali mengklaim eksklusif dari pendapatnya.
Saat menerbitkan artikel, penulis, seperti Jules Verne, dengan sengaja menghindari perincian teknologi tertentu dan memusatkan perhatiannya pada metode industri murni untuk memperoleh bahan peledak. Hal ini tidak hanya disebabkan oleh rasa tanggung jawab ilmuwan yang cukup dapat dipahami atas hasil karyanya (baik itu praktis atau jurnalistik), tetapi juga karena fakta bahwa subjek penelitiannya adalah pertanyaan “Mengapa semuanya seperti ini dan bukan sebaliknya?" Dan bukan "Siapa yang pertama kali mendapatkannya? substansi".
Selain itu, penulis meminta maaf kepada pembaca atas penggunaan istilah kimia secara paksa - atribut sains (seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman pedagogisnya sendiri, bukan yang paling disukai oleh anak sekolah). Menyadari bahwa tidak mungkin menulis tentang bahan kimia tanpa menyebutkan istilah kimia, penulis akan berusaha meminimalkan kosakata khusus.
Dan hal terakhir. Angka-angka yang diberikan oleh penulis tidak boleh dianggap sebagai kebenaran tertinggi. Data tentang karakteristik bahan peledak di berbagai sumber berbeda dan terkadang cukup kuat. Ini dapat dimengerti: karakteristik amunisi sangat tergantung pada jenisnya yang "dapat dipasarkan", ada / tidaknya zat asing, pengenalan stabilisator, mode sintesis, dan banyak faktor lainnya. Metode untuk menentukan karakteristik bahan peledak juga tidak dibedakan oleh keseragaman (walaupun akan ada lebih banyak standarisasi di sini) dan mereka juga tidak mengalami reproduktifitas khusus.
klasifikasi BB
Tergantung pada jenis ledakan dan kepekaan terhadap pengaruh eksternal, semua bahan peledak dibagi menjadi tiga kelompok utama:
1. Memulai BB.
2. Peledakan bahan peledak.
3. Melempar bahan peledak.
Memulai BB. Mereka sangat sensitif terhadap pengaruh eksternal. Sisa karakteristik mereka biasanya rendah. Tetapi mereka memiliki properti yang berharga - ledakannya (ledakan) memiliki efek ledakan pada peledakan dan pendorong bahan peledak, yang biasanya sama sekali tidak sensitif terhadap jenis pengaruh eksternal lainnya atau memiliki sensitivitas yang sangat rendah. Oleh karena itu, zat pemicu hanya digunakan untuk merangsang ledakan peledakan atau pendorong bahan peledak. Untuk memastikan keamanan penggunaan bahan peledak awal, mereka dikemas dalam perangkat pelindung (kapsul, selongsong kapsul, tutup detonator, detonator listrik, sekering). Perwakilan khas dari bahan peledak awal: merkuri fulminat, timbal azida, tenres (TNPC).
Peledakan bahan peledak. Ini, pada kenyataannya, adalah apa yang mereka katakan dan tulis. Mereka melengkapi peluru, ranjau, bom, roket, ranjau darat; mereka meledakkan jembatan, mobil, pengusaha …
Bahan peledak peledakan dibagi menjadi tiga kelompok sesuai dengan karakteristik bahan peledaknya:
- peningkatan daya (perwakilan: RDX, HMX, PETN, Tetril);
- daya normal (perwakilan: TNT, melinite, plastik);
- daya berkurang (perwakilan: amonium nitrat dan campurannya).
Bahan peledak dengan kekuatan yang meningkat agak lebih sensitif terhadap pengaruh eksternal dan oleh karena itu mereka lebih sering digunakan dalam campuran dengan phlegmatizers (zat yang mengurangi sensitivitas bahan peledak) atau dalam campuran dengan bahan peledak dengan kekuatan normal untuk meningkatkan kekuatan yang terakhir. Terkadang bahan peledak berdaya tinggi digunakan sebagai detonator perantara.
Melempar bahan peledak. Ini adalah berbagai bubuk mesiu - berasap hitam, piroksilin tanpa asap dan nitrogliserin. Mereka juga mencakup berbagai campuran kembang api untuk kembang api, suar sinyal dan penerangan, selongsong peluru, ranjau, dan bom udara.
Tentang bubuk hitam dan Black Berthold
Selama beberapa abad, satu-satunya jenis bahan peledak yang digunakan manusia adalah bubuk hitam. Dengan bantuannya, bola meriam dilemparkan ke musuh, dan peluru peledak diisi dengannya. Bubuk mesiu digunakan di tambang bawah tanah untuk menghancurkan dinding benteng, untuk menghancurkan batu.
Di Eropa, itu dikenal sejak abad ke-13, dan bahkan lebih awal di Cina, India, dan Bizantium. Deskripsi bubuk mesiu untuk kembang api pertama yang tercatat dideskripsikan oleh ilmuwan Cina Sun-Simyao pada tahun 682. Maximilian orang Yunani (abad XIII-XIV) dalam risalah "Book of Lights" menggambarkan campuran berdasarkan kalium nitrat, yang digunakan di Bizantium sebagai terkenal "api Yunani" dan terdiri dari 60% nitrat, 20% belerang dan 20% batubara.
Sejarah penemuan mesiu di Eropa dimulai dengan seorang Inggris, biarawan Fransiskan Roger Bacon, yang pada tahun 1242 dalam bukunya "Liber de Nullitate Magiae" memberikan resep bubuk hitam untuk roket dan kembang api (40% sendawa, 30% batubara dan 30 % belerang) dan biksu semi-mitos Berthold Schwartz (1351). Namun, ada kemungkinan bahwa ini adalah satu orang: penggunaan nama samaran pada Abad Pertengahan cukup umum, seperti kebingungan berikutnya dengan penanggalan sumber.
Kesederhanaan komposisi, ketersediaan dua dari tiga komponen (belerang asli masih tidak jarang di wilayah selatan Italia dan Sisilia), kemudahan persiapan - semua ini menjamin bubuk mesiu pawai kemenangan melalui negara-negara Eropa dan Asia. Satu-satunya masalah adalah mendapatkan kalium nitrat dalam jumlah besar, tetapi tugas ini berhasil diatasi. Karena satu-satunya deposit kalium nitrat yang diketahui pada waktu itu adalah di India (maka nama keduanya - India), produksi lokal didirikan di hampir semua negara. Mustahil untuk menyebutnya menyenangkan, bahkan dengan optimisme yang kuat: bahan mentah untuknya adalah pupuk kandang, isi perut, air seni, dan bulu hewan. Bahan-bahan yang paling tidak menyenangkan dalam campuran yang berbau busuk dan sangat kotor ini adalah kapur dan kalium. Semua kekayaan ini selama beberapa bulan dibuang ke dalam lubang, di mana ia difermentasi di bawah pengaruh azotobacteria. Amonia yang dilepaskan dioksidasi menjadi nitrat, yang pada akhirnya menghasilkan nitrat yang didambakan, yang diisolasi dan dimurnikan dengan rekristalisasi - pekerjaan juga, saya akan katakan, bukan pekerjaan yang paling menyenangkan. Seperti yang Anda lihat, tidak ada yang terlalu rumit dalam prosesnya, bahan bakunya cukup terjangkau dan ketersediaan mesiu juga segera menjadi universal.
Bubuk mesiu hitam (atau berasap) adalah bahan peledak universal pada waktu itu. Tidak goyah atau berguling, selama bertahun-tahun digunakan baik sebagai proyektil maupun sebagai pengisi bom pertama - prototipe amunisi modern. Sampai akhir sepertiga pertama abad ke-19, bubuk mesiu sepenuhnya memenuhi kebutuhan kemajuan. Tetapi sains dan industri tidak berhenti, dan segera berhenti memenuhi persyaratan waktu karena kapasitasnya yang kecil. Akhir dari monopoli mesiu dapat dikaitkan dengan tahun 70-an abad ke-17, ketika A. Lavoisier dan C. Berthollet mengatur produksi garam berthollet berdasarkan kalium klorat yang ditemukan oleh Berthollet (garam berthollet).
Sejarah garam Berthollet dapat ditelusuri kembali ke saat ketika Claude Berthollet mempelajari sifat-sifat klorin yang baru-baru ini ditemukan oleh Carl Scheele. Dengan melewatkan klorin melalui larutan kalium hidroksida pekat yang panas, Berthollet memperoleh zat baru, yang kemudian disebut oleh ahli kimia kalium klorat, dan bukan oleh ahli kimia - garam Berthollet. Itu terjadi pada tahun 1786. Dan meskipun garam iblis tidak pernah menjadi bahan peledak baru, ia memenuhi perannya: pertama, ia berfungsi sebagai insentif untuk mencari pengganti baru untuk "dewa perang" yang jompo, dan kedua, ia menjadi pendiri jenis bahan peledak baru - inisiator.
Minyak peledak
Dan pada tahun 1846, ahli kimia mengusulkan dua bahan peledak baru - piroksilin dan nitrogliserin. Di Turin, ahli kimia Italia Ascagno Sobrero menemukan bahwa itu cukup untuk memperlakukan gliserin dengan asam nitrat (nitrasi) untuk membentuk cairan transparan berminyak - nitrogliserin. Laporan tercetak pertama tentang dia diterbitkan dalam jurnal L'Institut (XV, 53) pada tanggal 15 Februari 1847, dan layak untuk dikutip. Bagian pertama mengatakan:
“Ascagno Sobrero, profesor kimia teknis dari Turin, dalam surat yang dikirimkan oleh prof. Peluzom, melaporkan bahwa ia telah lama menerima bahan peledak oleh aksi asam nitrat pada berbagai zat organik, yaitu gula tebu, isyarat, dekstrit, gula susu, dll. Sobrero juga mempelajari pengaruh campuran asam nitrat dan asam sulfat pada gliserin, dan pengalaman menunjukkan kepadanya bahwa suatu zat diperoleh, mirip dengan kapas berderak …"
Selanjutnya, ada deskripsi percobaan nitrasi, yang hanya menarik bagi ahli kimia organik (dan itupun hanya dari sudut pandang historis), tetapi kami hanya akan mencatat satu fitur: turunan nitro dari selulosa, serta kemampuannya untuk meledak., yang sudah cukup terkenal saat itu [11].
Nitrogliserin adalah salah satu bahan peledak peledak yang paling kuat dan sensitif serta membutuhkan perhatian dan perhatian khusus saat menanganinya.
1. Sensitivitas: bisa meledak karena ditembak peluru. Sensitivitas terhadap benturan dengan kettlebell 10 kg turun dari ketinggian 25 cm - 100%. Pembakaran berubah menjadi ledakan.
2. Energi transformasi eksplosif - 5300 J / kg.
3. Kecepatan ledakan: 6500 m / s.
4. Brisance: 15-18 mm.
5. Daya ledak: 360-400 meter kubik. lihat [6].
Kemungkinan menggunakan nitrogliserin ditunjukkan oleh ahli kimia terkenal Rusia N. N. Zinin, yang pada tahun 1853-1855 selama Perang Krimea, bersama dengan insinyur militer V. F. Petrushevsky, menghasilkan sejumlah besar nitrogliserin.
Profesor Universitas Kazan N. N. Zinin
Insinyur militer V. F. Petrushevsky
Tetapi iblis yang hidup dalam nitrogliserin ternyata ganas dan memberontak. Ternyata sensitivitas zat ini terhadap pengaruh eksternal hanya sedikit lebih rendah daripada merkuri yang mudah meledak. Itu sudah bisa meledak pada saat nitrasi, tidak bisa diguncang, dipanaskan dan didinginkan, atau terkena sinar matahari. Ini dapat meledak selama penyimpanan. Dan jika Anda membakarnya dengan korek api, itu bisa menyala dengan tenang …
Namun kebutuhan akan bahan peledak yang kuat pada pertengahan abad ke-19 sudah begitu besar sehingga, meskipun banyak kecelakaan, nitrogliserin mulai digunakan secara luas dalam operasi peledakan.
Upaya untuk mengekang iblis jahat dilakukan oleh banyak orang, tetapi kemuliaan penjinak jatuh ke tangan Alfred Nobel. Pasang surut jalan ini, serta nasib hasil penjualan zat ini, sudah diketahui luas, dan penulis menganggap tidak perlu merincinya.
Menjadi "diperas" ke dalam pori-pori pengisi lembam (dan beberapa lusin zat dicoba seperti itu, yang terbaik adalah tanah infusorik - silikat berpori, 90% dari volume yang jatuh pada pori-pori yang dapat dengan rakus menyerap nitrogliserin), nitrogliserin menjadi jauh lebih "menampung", mempertahankan hampir semua kekuatan penghancurnya. Seperti yang Anda ketahui, Nobel memberi campuran ini, yang terlihat seperti gambut, nama "dinamit" (dari kata Yunani "dinos" - kekuatan). Ironi nasib: setahun setelah Nobel menerima paten untuk produksi dinamit, Petrushevsky sepenuhnya secara independen mencampur nitrogliserin dengan magnesium dan menerima bahan peledak, yang kemudian disebut "dinamit Rusia".
Nitrogliserin (lebih spesifik, gliserin trinitrat) adalah ester lengkap gliserin dan asam nitrat. Biasanya diperoleh dengan mengolah gliserin dengan campuran asam sulfat-nitrat (dalam bahasa kimia - reaksi esterifikasi):
Ledakan nitrogliserin disertai dengan pelepasan sejumlah besar produk gas:
4 C3H5 (NO2) 3 = 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Esterifikasi berlangsung secara berurutan dalam tiga tahap: pada tahap pertama, gliserol mononitrat diperoleh, pada tahap kedua - gliserol dinitrat, dan pada tahap ketiga - gliserol trinitrat. Untuk hasil nitrogliserin yang lebih lengkap, kelebihan asam nitrat 20% diambil melebihi jumlah yang dibutuhkan secara teoritis.
Nitrasi dilakukan dalam pot porselen atau bejana timah yang dibrazing dalam bak air es. Sekitar 700 g nitrogliserin diperoleh dalam sekali jalan, dan selama satu jam operasi semacam itu dilakukan dalam 3-4.
Namun kebutuhan yang berkembang membuat penyesuaian sendiri terhadap teknologi untuk memproduksi nitrogliserin. Seiring waktu (tahun 1882), teknologi untuk memproduksi bahan peledak dalam nitrator dikembangkan. Dalam hal ini, prosesnya dibagi menjadi dua tahap: pada tahap pertama, gliserin dicampur dengan setengah jumlah asam sulfat, dan dengan demikian sebagian besar panas yang dilepaskan digunakan, setelah itu campuran siap pakai dari asam nitrat dan asam sulfat. dimasukkan ke dalam wadah yang sama. Dengan demikian, adalah mungkin untuk menghindari kesulitan utama: panas berlebih dari campuran reaksi. Pengadukan dilakukan dengan udara bertekanan pada tekanan 4 atm. Produktivitas proses adalah 100 kg gliserin dalam 20 menit pada 10 - 12 derajat.
Karena perbedaan berat jenis nitrogliserin (1, 6) dan asam limbah (1, 7), ia terkumpul dari atas dengan antarmuka yang tajam. Setelah nitrasi, nitrogliserin dicuci dengan air, kemudian dicuci dari residu asam dengan soda dan dicuci lagi dengan air. Pencampuran pada semua tahap proses dilakukan dengan udara terkompresi. Pengeringan dilakukan dengan penyaringan melalui lapisan garam meja yang telah dikalsinasi [9].
Seperti yang Anda lihat, reaksinya cukup sederhana (ingat gelombang terorisme pada akhir abad ke-19, yang diangkat oleh "pembom" yang menguasai ilmu kimia terapan sederhana) dan termasuk dalam jumlah "proses kimia sederhana" (A. Stetbacher). Hampir semua jumlah nitrogliserin dapat dibuat dalam kondisi yang paling sederhana (membuat bubuk hitam tidak jauh lebih mudah).
Konsumsi reagen adalah sebagai berikut: untuk mendapatkan 150 ml nitrogliserin, Anda perlu mengambil: 116 ml gliserin; 1126 ml asam sulfat pekat;
649 ml asam nitrat (konsentrasi minimal 62%).
Dinamit dalam perang
Dinamit pertama kali digunakan dalam Perang Prancis-Prusia tahun 1870-1871: Penyadap Prusia meledakkan benteng Prancis dengan dinamit. Tetapi keamanan dinamit itu ternyata relatif. Militer segera mengetahui bahwa ketika ditembakkan oleh peluru, ledakan itu tidak lebih buruk dari nenek moyangnya, dan pembakaran dalam kasus-kasus tertentu berubah menjadi ledakan.
Tapi godaan untuk mendapatkan amunisi yang kuat tak tertahankan. Melalui eksperimen yang agak berbahaya dan rumit, dimungkinkan untuk mengetahui bahwa dinamit tidak akan meledak jika beban meningkat tidak secara instan, tetapi secara bertahap, menjaga percepatan proyektil dalam batas aman.
Solusi untuk masalah di tingkat teknis terlihat dalam penggunaan udara terkompresi. Pada bulan Juni 1886, Letnan Edmund Ludwig G. Zelinsky dari Resimen Artileri ke-5 Angkatan Darat Amerika Serikat menguji dan menyempurnakan desain Teknik Amerika yang asli. Sebuah meriam pneumatik kaliber 380 mm dan panjang 15 m dengan bantuan udara bertekanan 140 atm dapat melontarkan proyektil dengan panjang 3,35 m dari 227 kg dinamit pada 1800 mA panjang proyektil 1,83 m dengan 51 kg peluru. dinamit dan semuanya 5 ribu m
Tenaga penggerak disediakan oleh dua silinder udara terkompresi, dan yang atas dihubungkan ke alat dengan selang fleksibel. Silinder kedua adalah cadangan untuk memberi makan yang atas, dan tekanan di dalamnya sendiri dipertahankan dengan bantuan pompa uap yang terkubur di tanah. Proyektil bermuatan dinamit itu berbentuk seperti anak panah - panah artileri - dan memiliki hulu ledak seberat 50 pon.
Duke of Cambridge memerintahkan tentara untuk menguji satu sistem seperti itu di Milford Haven, tetapi senjata itu menghabiskan hampir semua amunisinya sebelum akhirnya mengenai sasaran, yang, bagaimanapun, dihancurkan dengan sangat efektif. Laksamana Amerika senang dengan meriam baru: pada tahun 1888, uang dikeluarkan untuk membuat 250 senjata dinamit untuk artileri pantai.
Pada tahun 1885 Zelinsky mendirikan Pneumatic Gun Company untuk memperkenalkan senjata pneumatik dengan peluru dinamit di angkatan darat dan angkatan laut. Eksperimennya menyebabkan pembicaraan tentang senapan angin sebagai senjata baru yang menjanjikan. Angkatan Laut AS bahkan membangun kapal penjelajah dinamit Vesuvius seberat 944 ton pada tahun 1888, dipersenjatai dengan tiga senjata 381mm ini.
Diagram kapal penjelajah "dinamit" "Vesuvius"
[Tengah]
Dan seperti inilah senjata stasionernya[/Tengah]
Tetapi hal yang aneh: setelah beberapa tahun, antusiasme berubah menjadi kekecewaan. "Selama Perang Spanyol-Amerika," kata artileri Amerika tentang ini, "senjata-senjata ini tidak pernah mengenai tempat yang tepat." Dan meskipun itu bukan tentang senjata tetapi tentang kemampuan artileri untuk menembak secara akurat dan pengikatan senjata yang kaku, sistem ini tidak menerima pengembangan lebih lanjut.
Pada tahun 1885, Holland memasang meriam udara Zelinsky di kapal selamnya No. 4. Namun, hal itu tidak sampai pada uji praktiknya, tk. kapal mengalami kecelakaan serius saat diluncurkan.
Pada tahun 1897, Holland mempersenjatai kembali kapal selamnya No.8 dengan meriam Zelinsky baru. Persenjataannya terdiri dari tabung torpedo busur 18-inci (457 mm) dengan tiga torpedo Whitehead, serta senapan angin belakang Zelinsky untuk peluru dinamit (7 putaran masing-masing 222 lbs. 100,7 kg). Namun, karena laras yang terlalu pendek, dibatasi oleh ukuran kapal, senjata ini memiliki jarak tembak yang pendek. Setelah pemotretan praktis, penemu membongkarnya pada tahun 1899.
Di masa depan, baik Belanda maupun perancang lain tidak memasang senjata (peralatan) untuk menembakkan ranjau dan peluru dinamit ke kapal selam mereka. Jadi senjata Zelinsky tidak terlihat, tetapi dengan cepat meninggalkan panggung [12].
Saudara dari nitrogliserin
Dari sudut pandang kimia, gliserin adalah perwakilan paling sederhana dari kelas alkohol trihidrat. Ada analog diatomiknya - etilen glikol. Apakah mengherankan bahwa setelah berkenalan dengan nitrogliserin, ahli kimia mengalihkan perhatian mereka ke etilen glikol, berharap akan lebih nyaman untuk digunakan.
Tapi di sini juga, iblis bahan peledak menunjukkan karakternya yang berubah-ubah. Ciri-ciri dinitroetilen glikol (bahan peledak ini tidak pernah mendapat namanya sendiri) ternyata tidak jauh berbeda dengan nitrogliserin:
1. Sensitivitas: ledakan ketika beban 2 kg jatuh dari ketinggian 20 cm; sensitif terhadap gesekan, api.
2. Energi transformasi ledakan - 6900 J / kg.
3. Kecepatan ledakan: 7200 m / s.
4. Brisance: 16,8 mm.
5. Daya ledak tinggi: 620-650 meter kubik. cm.
Ini pertama kali diperoleh oleh Henry pada tahun 1870. Ini diperoleh dengan nitrasi hati-hati etilen glikol sesuai dengan prosedur yang mirip dengan persiapan nitrogliserin (campuran nitrat: H2SO4 - 50%, HNO3 - 50%; rasio - 1 hingga 5 sehubungan dengan etilen glikol).
Proses nitrasi dapat dilakukan pada suhu yang lebih rendah, yang merupakan predisposisi untuk hasil yang lebih tinggi [7, 8].
Terlepas dari kenyataan bahwa, secara umum, sensitivitas DNEG ternyata agak lebih rendah daripada NG, penggunaannya tidak menjanjikan manfaat yang signifikan. Jika kita menambahkan volatilitas yang lebih tinggi daripada NG, dan ketersediaan bahan baku yang lebih rendah, maka menjadi jelas bahwa jalur ini juga tidak mengarah ke mana pun.
Namun, dia juga tidak sepenuhnya tidak berguna. Pada awalnya, itu digunakan sebagai aditif untuk dinamit, selama Perang Dunia Kedua, karena kurangnya gliserin, digunakan sebagai pengganti nitrogliserin dalam bubuk tanpa asap. Bubuk semacam itu memiliki umur simpan yang pendek karena volatilitas DNEG, tetapi dalam kondisi masa perang ini tidak terlalu menjadi masalah: tidak ada yang akan menyimpannya untuk waktu yang lama.
Christian Schönbein Apron
Tidak diketahui berapa banyak waktu yang akan dihabiskan militer untuk mencari cara untuk menenangkan nitrogliserin, jika pada akhir abad ke-19 teknologi industri untuk memproduksi nitroester lain belum tiba. Secara singkat sejarah kemunculannya adalah sebagai berikut [16].
Pada tahun 1832, ahli kimia Prancis Henri Braconneau menemukan bahwa ketika pati dan serat kayu diperlakukan dengan asam nitrat, bahan yang tidak stabil, mudah terbakar, dan mudah meledak terbentuk, yang disebutnya xyloidin. Benar, masalahnya terbatas pada pesan tentang penemuan ini. Enam tahun kemudian, pada tahun 1838, ahli kimia Prancis lainnya, Théophile-Jules Pelouse, memproses kertas dan kertas karton dengan cara yang sama dan menghasilkan bahan yang serupa, yang ia beri nama nitramidin. Siapa sangka saat itu, tetapi alasan ketidakmungkinan menggunakan nitramidin untuk tujuan teknis justru stabilitasnya yang rendah.
Pada tahun 1845, ahli kimia Swiss Christian Friedrich Schönbein (yang pada saat itu menjadi terkenal karena penemuan ozon) sedang melakukan eksperimen di laboratoriumnya. Istrinya dengan tegas melarangnya membawa termos ke dapur, jadi dia terburu-buru menyelesaikan eksperimen tanpa kehadirannya - dan menumpahkan beberapa campuran kaustik di atas meja. Dalam upaya untuk menghindari skandal, dia, dalam tradisi akurasi terbaik Swiss, menghapusnya dengan celemek kerjanya, karena tidak terlalu banyak campuran. Kemudian, juga dalam tradisi berhemat Swiss, ia mencuci celemek dengan air dan menggantungnya di atas kompor hingga kering. Berapa lama atau pendek digantung di sana, sejarah diam, tetapi setelah mengeringkan celemek tiba-tiba menghilang, diketahui dengan pasti. Selain itu, dia menghilang tidak diam-diam, dalam bahasa Inggris, tetapi dengan keras, orang bahkan bisa mengatakan mempesona: dalam sekejap dan tepukan keras ledakan. Tapi inilah yang menarik perhatian Schönbein: ledakan terjadi tanpa gumpalan asap sedikit pun!
Dan meskipun Schönbein bukanlah orang pertama yang menemukan nitroselulosa, dialah yang ditakdirkan untuk menarik kesimpulan tentang pentingnya penemuan tersebut. Pada saat itu, bubuk hitam digunakan dalam artileri, jelaga yang mengotori senjata yang harus dibersihkan di antara tembakan, dan setelah tembakan pertama, tirai asap muncul sehingga mereka harus bertarung hampir membabi buta. Tak perlu dikatakan, kepulan asap hitam dengan sempurna menunjukkan lokasi baterai. Satu-satunya hal yang mencerahkan kehidupan adalah kesadaran bahwa musuh berada di posisi yang sama. Oleh karena itu, militer bereaksi dengan antusias terhadap bahan peledak, yang mengeluarkan asap jauh lebih sedikit, dan selain itu, juga lebih kuat daripada bubuk hitam.
Nitroselulosa, tanpa kekurangan bubuk hitam, memungkinkan untuk membangun produksi bubuk tanpa asap. Dan, dalam tradisi waktu itu, mereka memutuskan untuk menggunakannya baik sebagai propelan maupun sebagai bahan peledak. Pada tahun 1885, setelah banyak pekerjaan eksperimental, insinyur Prancis Paul Viel menerima dan menguji beberapa kilogram bubuk serpihan piroksilin, yang disebut bubuk mesiu "B" - bubuk tanpa asap pertama. Pengujian telah membuktikan manfaat dari propelan baru.
Namun, tidak mudah untuk membangun produksi nitroselulosa dalam jumlah besar untuk kebutuhan militer. Nitroselulosa terlalu tidak sabar untuk menunggu pertempuran dan pabrik, sebagai suatu peraturan, terbang ke udara dengan keteraturan yang patut ditiru, seolah-olah bersaing dengan produksi nitrogliserin. Perkembangan teknologi untuk produksi industri piroksilin harus mengatasi kendala seperti tidak ada bahan peledak lainnya. Butuh seperempat abad untuk melakukan sejumlah pekerjaan oleh para peneliti dari berbagai negara sampai bahan peledak berserat asli ini menjadi cocok untuk digunakan dan sampai banyak cara dan metode ditemukan yang entah bagaimana dijamin terhadap ledakan selama penyimpanan produk yang lama. Ungkapan "dengan cara apa pun" bukanlah perangkat sastra, tetapi cerminan dari kesulitan yang dihadapi ahli kimia dan teknologi dalam mendefinisikan kriteria stabilitas. Tidak ada penilaian tegas tentang pendekatan untuk menentukan kriteria stabilitas, dan dengan perluasan lebih lanjut dari ruang lingkup penggunaan bahan peledak ini, ledakan konstan mengungkapkan lebih banyak fitur misterius dalam perilaku eter kompleks yang aneh ini. Baru pada tahun 1891 James Dewar dan Frederick Abel berhasil menemukan teknologi yang aman.
Produksi piroksilin membutuhkan sejumlah besar perangkat tambahan dan proses teknologi yang panjang, di mana semua operasi harus dilakukan dengan hati-hati dan menyeluruh.
Produk awal untuk produksi piroksilin adalah selulosa, perwakilan terbaiknya adalah kapas. Selulosa murni alami adalah polimer yang terdiri dari residu glukosa, yang merupakan kerabat dekat pati: (C6H10O5) n. Selain itu, limbah dari pabrik kertas dapat menyediakan bahan baku yang sangat baik.
Nitrasi serat dikuasai pada skala industri pada tahun 60-an abad ke-19 dan dilakukan dalam pot keramik dengan pemintalan lebih lanjut dalam sentrifugal. Namun, pada akhir abad, metode primitif ini digantikan oleh teknologi Amerika, meskipun selama Perang Dunia I dihidupkan kembali karena biaya rendah dan kesederhanaannya (lebih tepatnya, primitivisme).
Kapas halus dimasukkan ke dalam nitrator, campuran nitrasi (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, air - 7%) ditambahkan berdasarkan 15 kg serat 900 kg campuran, yang memberikan hasil 25 kg piroksilin.
Nitrator dihubungkan dalam baterai, terdiri dari empat reaktor dan satu sentrifugal. Nitrat diisi dengan interval waktu (sekitar 40 menit) sama dengan waktu ekstraksi, yang menjamin kelangsungan proses.
Pyroxylin adalah campuran produk dengan berbagai tingkat nitrasi selulosa. Pyroxylin, yang diperoleh dengan menggunakan asam fosfat sebagai pengganti asam sulfat, sangat stabil, tetapi teknologi ini tidak berakar karena biayanya yang lebih tinggi dan produktivitas yang lebih rendah.
Pyroxylin yang ditekan memiliki sifat penyalaan sendiri dan perlu dibasahi. Air yang digunakan untuk mencuci dan menstabilkan piroksilin tidak boleh mengandung bahan alkali, karena produk penghancuran basa adalah katalis penyalaan otomatis. Pengeringan akhir sampai kadar air yang dibutuhkan dicapai dengan pembilasan dengan alkohol absolut.
Namun nitroselulosa yang dibasahi juga tidak lepas dari masalah: rentan terhadap kontaminasi mikroorganisme penyebab jamur. Lindungi dengan melapisi permukaannya. Produk jadi memiliki karakteristik sebagai berikut:
1. Sensitivitas piroksilin sangat tergantung pada kelembaban. Kering (3 - 5% kelembaban) mudah menyala dari nyala api terbuka atau sentuhan logam panas, pengeboran, gesekan. Meledak ketika beban 2 kg jatuh dari ketinggian 10 cm, ketika kelembaban naik, sensitivitas menurun dan pada 50% air, kemampuan detonasi menghilang.
2. Energi transformasi eksplosif - 4200 MJ / kg.
3. Kecepatan ledakan: 6300 m / s.
4. Brisance: 18mm.
5. Daya ledak tinggi: 240 meter kubik. cm.
Namun, terlepas dari kekurangannya, piroksilin yang lebih stabil secara kimiawi lebih cocok untuk militer daripada nitrogliserin dan dinamit, sensitivitasnya dapat disesuaikan dengan mengubah kadar airnya. Oleh karena itu, piroksilin yang ditekan mulai digunakan secara luas untuk melengkapi hulu ledak tambang dan cangkang, tetapi seiring waktu, produk yang tak tertandingi ini memberi jalan kepada turunan nitrasi dari hidrokarbon aromatik. Nitroselulosa tetap sebagai bahan peledak propelan, tetapi sebagai bahan peledak peledakan itu telah selamanya surut ke masa lalu [9].
Jeli yang mudah menguap dan bubuk mesiu nitrogliserin
“Bubuk hitam … mewakili semua kemampuan untuk perbaikan lebih lanjut - melalui studi ilmiah tentang fenomena tak kasat mata yang terjadi selama pembakarannya. Bubuk mesiu tanpa asap adalah penghubung baru antara kekuatan negara dan perkembangan ilmiah mereka. Karena alasan ini, sebagai salah satu pejuang sains Rusia, dalam kekuatan dan tahun-tahun saya yang menurun, saya tidak berani menganalisis tugas bubuk mesiu tanpa asap …"
Pembaca, bahkan sedikit akrab dengan sejarah kimia, mungkin sudah menebak kata-kata siapa ini - ahli kimia Rusia yang brilian D. I. Mendeleev.
Mendeleev mencurahkan banyak upaya dan perhatian pada porrocheliy sebagai bidang pengetahuan kimia di tahun-tahun terakhir hidupnya - pada tahun 1890-1897. Tetapi, seperti biasa, fase aktif perkembangan didahului oleh periode refleksi, akumulasi, dan sistematisasi pengetahuan.
Semuanya dimulai dengan fakta bahwa pada tahun 1875 Alfred Nobel yang tak kenal lelah membuat penemuan lain: larutan padat plastik dan elastis dari nitroselulosa dalam nitrogliserin. Ini cukup berhasil menggabungkan bentuk padat, kepadatan tinggi, kemudahan pencetakan, energi terkonsentrasi dan ketidakpekaan terhadap kelembaban atmosfer yang tinggi. Jeli, yang dibakar seluruhnya menjadi karbon dioksida, nitrogen, dan air, terdiri dari 8% dinitroselulosa dan 92% nitrogliserin.
Berbeda dengan teknisi Nobel, D. I. Mendeleev berangkat dari pendekatan ilmiah murni. Atas dasar penelitiannya, ia meletakkan ide yang benar-benar pasti dan berdasar secara kimiawi: zat yang diperlukan selama pembakaran harus mengeluarkan produk gas maksimum per satuan berat. Dari sudut pandang kimia, ini berarti bahwa harus ada cukup oksigen dalam senyawa ini untuk sepenuhnya mengubah karbon menjadi oksida gas, hidrogen menjadi air, dan kapasitas pengoksidasi untuk menyediakan energi untuk seluruh proses ini. Perhitungan rinci menghasilkan rumus komposisi berikut: C30H38 (NO2) 12O25. Saat membakar, Anda harus mendapatkan yang berikut:
C30H38 (NO2) 12O25 = 30 CO + 19 H2O + 6 N2
Bukan tugas yang mudah untuk melakukan reaksi sintesis yang ditargetkan dari zat dengan komposisi seperti itu, bahkan saat ini, oleh karena itu, dalam praktiknya, campuran 7-10% nitroselulosa dan 90-93% nitrogliserin digunakan. Persentase kandungan nitrogen adalah sekitar 13, 7%, yang sedikit melebihi angka ini untuk pyrocollodia (12, 4%). Operasi ini tidak terlalu sulit, tidak memerlukan penggunaan peralatan yang rumit (dilakukan dalam fase cair) dan berlangsung dalam kondisi normal.
Pada tahun 1888, Nobel menerima paten untuk bubuk mesiu yang terbuat dari nitrogliserin dan coloxylin (serat bernitrat rendah), dinamai seperti bubuk mesiu tanpa asap pyroxylin. Komposisi ini praktis tidak berubah sampai sekarang dengan berbagai nama teknis, yang paling terkenal adalah cordite dan ballistite. Perbedaan utama terletak pada rasio antara nitrogliserin dan piroksilin (dalam cordite lebih tinggi) [13].
Bagaimana bahan peledak ini berhubungan satu sama lain? Mari kita lihat tabelnya:
Tabel 1.
BB …… Sensitivitas…. Energi… Kecepatan…… Brisance… Daya ledak tinggi
……… (kg / cm /% ledakan)….ledakan….detonasi
GN ……….2 / 4/100 ………… 5300 ……..6500 ………..15 - 18 ……….360 - 400
DNEG …… 2/10/100 ………..6900 ……… 7200 ……….16, 8 …………… 620 - 650
NK ……… 2/25/10 ………… 4200 ……… 6300 ………..18 ……………. 240
Karakteristik semua bahan peledak sangat mirip, tetapi perbedaan sifat fisik menentukan relung aplikasi yang berbeda.
Seperti yang telah kita lihat, baik nitrogliserin maupun piroksilin tidak menyenangkan militer dengan karakter mereka. Alasan rendahnya stabilitas zat-zat ini, menurut saya, terletak di permukaan. Kedua senyawa (atau tiga - penghitungan dan dinitroetilen glikol) adalah perwakilan dari kelas eter. Dan kelompok ester sama sekali bukan salah satu pemimpin dalam ketahanan kimia. Sebaliknya, dia dapat ditemukan di antara orang luar. Gugus nitro, yang mengandung nitrogen dalam keadaan oksidasi +5 yang agak aneh, juga bukan model stabilitas. Simbiosis zat pengoksidasi kuat ini dengan zat pereduksi yang baik seperti gugus hidroksil alkohol tak terhindarkan mengarah pada sejumlah konsekuensi negatif, yang paling tidak menyenangkan adalah ketidakteraturan dalam aplikasi.
Mengapa ahli kimia dan militer menghabiskan begitu banyak waktu untuk bereksperimen dengan mereka? Seperti yang terlihat, banyak dan banyak yang telah menang. Militer - kekuatan tinggi dan ketersediaan bahan baku, yang meningkatkan efektivitas tempur tentara dan membuatnya tidak sensitif terhadap pengiriman di masa perang. Teknologi - kondisi sintesis ringan (tidak perlu menggunakan suhu tinggi dan tekanan tinggi) dan kenyamanan teknologi (meskipun proses multitahap, semua reaksi berlangsung dalam satu volume reaksi dan tanpa perlu mengisolasi produk antara).
Hasil praktis produk juga cukup tinggi (Tabel 2), yang tidak menyebabkan kebutuhan mendesak untuk mencari sumber asam nitrat murah dalam jumlah besar (masalah dengan asam sulfat diselesaikan jauh lebih awal).
Meja 2.
BB …… Konsumsi reagen per 1 kg….. Jumlah tahapan…. Jumlah produk yang dipancarkan
……… Asam nitrat.. Asam sulfat
GN …….10 ………………..23 ……………..3 …………………… 1
DNEG….16, 5 …………..16, 5 …………… 2 ……………………… 1
NK ……..8, 5 …………… 25 ……………..3 ……………………… 1
Situasi berubah secara dramatis ketika inkarnasi baru iblis bahan peledak muncul di tempat kejadian: trinitrofenol dan trinitrotoluena.
(Bersambung)
