Состав продуктов взрыва

Для оценки возможного разрушительного действия взрыва необходимо знать количество и состав продуктов взрыва, который зависит от состава исходного ВВ и условий протекания реакции взрыва.

Состав продуктов взрыва и определяющий его характер взрывчатого превращения очень сильно зависит от содержания окислительных элементов (кислорода) во взрывчатом веществе. Это объясняется тем, что взрыв есть процесс окислительно-восстановительный, протекающий за счет собственного кислорода ВВ. Поэтому окисление, горючих элементов ВВ при различном содержании кислорода может быть полным и неполным. В результате будут изменяться состав продуктов взрыва, удельный объем газов и паров, теплота взрыва.

Содержание кислорода во взрывчатых веществах оценивается по величине кислородного баланса (КБ).

Большинство ВВ состоят из углерода, водорода, кислорода и азота. Углерод и водород являются горючими элементами, кислород — окислителем горючих элементов. Азот в составе ВВ связывает кислород, а в продуктах взрыва выделяется в свободном состоянии.

Кислородный баланс (КБ) (α) — это выраженная в процентах разность между количеством кислорода, содержащимся во взрывчатом веществе, и его количеством, необходимым для полного окисления горючих элементов: углерода до СО₂, водорода до Н₂О.

Для вычисления КБ пользуются следующей зависимостью:

16(n₀ − n₁)*100

α =

М

где α — кислородный баланс;

16 — атомная масса кислорода;

n₀ — число атомов кислорода в молекуле ВВ;

n₁ — необходимое число атомов кислорода для полного окисления углерода и водорода;

М — молекулярная масса ВВ.

Однако этой зависимостью удобно пользоваться для определения КБ индивидуальных ВВ. Для сложных смесей ВВ, если их состав выражен условной формулой 1кг смеси в виде C_aH_bO_cN_d, где а, b, с, d — количество грамм-атомов соответствующих элементов в 1кг смеси, KБ может быть выражен зависимостью

16(с − с₁)*100

a =

где с₁ = a + b/2 — количество грамм-атомов кислорода, необходимое для полного, окисления углерода и водорода.

КБ является аддитивной характеристикой. Поэтому, зная КБ отдельных веществ, можно определить КБ смеси. Так, если КБ одного вещества α ₁ = +20% и его доля в смеси составляет 0, 8(80%), а КБ другого вещества α ₂= − 74% и доля его в смеси составляет 0, 2(20%), то

α _см= 0, 8(+ 20) + 0, 2(− 74) = + 1, 2%.

Следовательно, общее выражение для определения КБ смеси нескольких веществ с известными значениями кислородных балансов будет иметь вид:

_n

α _см= α ₁q₁ + α ₂q₂ + α _nq _n = ∑ α _iq_i

_{i = 1}

где q_i — массовая доля i-го ВВ в составе смеси. КБ может быть больше, меньше нуля или равен нулю.

В зависимости от величины КБ ВВ принято делить на три группы:

1. ВВ с положительным или нулевым КБ, для которых

a ≥ 0 и с ≥ 2а + b/2.

В этих ВВ кислорода достаточно для полного окисления горючих элементов. К таким ВВ относятся нитроглицерин C₃H₅(ONO₂)₃, нитродигликоль С₂Н₄ (ONO₂)₂ и др.

2. ВВ с отрицательным КБ, т. е. с количеством кислорода, недостаточным для полного окисления горючих элементов, но достаточным для превращения углерода в газообразные продукты.

Для этих ВВ α < 0 и 2а + b/2 ≥ а + b/2.

К ВВ 2-й группы относятся гексоген C₃H₆O₆N₆, тэн С(CH₂ONO₂)₄ и др.

3. ВВ с существенно отрицательным КБ, т. е. с количеством кислорода, недостаточным для окисления углерода в СО, в результате чего в продуктах взрыва образуется свободный углерод в виде сажистых частиц. К таким ВВ относятся тротил С₆Н₂(NO₂)₃CH₃, тетрил С₆Н₂(NO₂)₃NNO₂CH₃ и др.

Признаком ВВ этой группы является неравенство

a + b/2 > c.