Классификация взрывчатых веществ

Общее количество существующих в мире ВВ (взрывчатых веществ) исчисляется тысячами. И это далеко не только оружейный порох или применяемая в военном деле взрывчатка — область применения ВВ чрезвычайно широка. Учитывая огромное количество взрывчатых веществ, становится ясно, что одной только категорией классификации здесь не обойтись. Так и есть: взрывчатку классифицируют минимум по трём признакам. Однако сначала разберёмся, какие процессы протекают при взрыве, а также что представляют собой ВВ в целом.

Что такое взрывчатые вещества?

Химики называют ВВ не отличающиеся стабильностью смеси или соединения, имеющие способность максимально быстро перейти в другие формы и продукты при условии применения к ним внешнего импульса. При переходе выделяется огромное (на фоне объёмов ВВ) количество тепла, света, а также газов, которые при расширении под многократным давлением производят определённую механическую работу.

Порох считают первой взрывчаткой, которая была изобретена искусственно. Современные же ВВ делят на две большие группы в зависимости от их базовых свойств:

• Химические соединения. Их получают путём нитрирования (отработки азотной кислотой) некоторых углеводородов. На молекулярном уровне этот процесс выглядит как внедрение в молекулу углеводорода атомов кислорода и азота. К часто встречающимся представителям взрывчатки такого класса относят тротил, гексоген и аналогичные им ВВ.
• Механические смеси. Их производят путём смешивания насыщенных кислородом сред с компонентами, которые богаты углеродом. К ВВ такой группы относят смеси аммиачной селитры.

Вне зависимости от способа получения в подавляющем большинстве взрывчаток кислород связывается с азотом и хлором. Исключением являются только оксиликвиты. В них кислород молекулярно свободен и не связан в составе с другими компонентами.

От того, сколько присутствует кислорода во взрывчатке, напрямую зависит процесс окисления компонентов во время взрыва. Это позволяет дополнительно классифицировать ВВ, опираясь на кислородный баланс (наличие остатков кислорода после взрывной реакции):

• при избыточном остатке кислорода он положительный;
• при неполном окислении компонентов при взрыве он отрицательный (недостаточный);
• при полном окислении компонентов он нулевой.

В относительно стабильном состоянии взрывчатка может быть твёрдой, жидкой или газообразной, а также в виде смеси из твёрдых или жидких материалов с твёрдыми или газообразными составами. Также существуют пластиды, эластиты, суспензии, эмульсии (эмульсионные взрывчатые вещества) и гели.

Особенности классификации взрывчатых веществ

Ввиду огромного количества взрывчатых смесей в той или иной модификации их классификация по физическим признакам не настолько эффективна, как хотелось бы. Подобный способ деления взрывчатки на группы не позволяет в полном объёме оценить её технические параметры:

• работоспособность (мощность) смеси;
• назначение и сферы использования взрывчатки;
• степень опасности, условия хранения, транспортировки и инициализации;
• свойства ВВ и особенности протекания взрывной реакции.

Для более детальной каталогизации ВВ применяют три главных классификации, рассмотренные ниже.

Классификация взрывчатых веществ по мощности и области применения

Это первая общепринятая категоризация взрывчатки. По этим параметрам ВВ классифицируют на несколько групп:

1. Инициирующие взрывчатые вещества. Их главное назначение — обеспечение подрыва (детонации) основных смесей ВВ, которые для достижения более безопасного хранения и транспортировки находятся в более стабилизированном состоянии. Смеси этой группы обладают повышенной детонационной чувствительностью (это температурное и механическое воздействие), а также ускоренной детонацией. К таким ВВ относят гремучую ртуть, тенерес, азид свинца, и другие. Такие ВВ закладывают в капсюли-воспламенители, пиропатроны, детонаторы, самоликвидаторы, запалы и прочие системы, инициирующие взрыв основного ВВ.
2. Бризантные взрывчатые вещества. Они служат основным боезарядом в боеприпасах и промышленных взрывных устройствах. При этом ВВ данной группы делятся на составы повышенной, нормальной и пониженной мощности. Представители этого класса взрывчаток: отдельные виды пороха, тэн, гексоген, тротил, аммониты, аммиачно-селитерные, нитроглицериновые ВВ и другие.
3. Метательные взрывчатые вещества. Это вспомогательные соединения, при реакции выделяющие энергию для движения основных частей ВВ: ракет, пуль, мин, гранат и снарядов. К такой взрывчатке относят порох в большинстве разновидностей (дымные и бездымные пороха), а также отдельные виды ракетного топлива.
4. Пиротехнические составы. Такими ВВ снаряжают специальные боеприпасы и взрывные устройства для достижения специфического эффекта. Например, они присутствуют в осветительных, зажигательных и сигнальных ракетах, снарядах и патронах.

Выше приведены далеко не все группы ВВ из первой классификации — отражены лишь те, которые получили наибольшее распространение при проведении взрывных работ и в военной сфере. Каждая из этих групп делится на десятки специфических подгрупп, но с общим назначением и установленными для всей группы в целом параметрами.

Классификация взрывчатых веществ по химическому составу

Опираясь на показатели химического состава, ВВ принято классифицировать на группы:

1. Нитросоединения. В них содержатся 2–4 нитрогруппы NO₂. Сюда входит тротил, гексоген и часть аммиачно-селитренных взрывчаток с присутствующим в них динитронафталином.
2. Нитроэфиры. В них присутствует сразу целый ряд нитрогрупп ONO₂. Типичные представители ВВ этой категории: тэн, смеси на основе нитроглицерина и пороха бездымного типа.
3. Нитраты. В таких ВВ содержится группа NO₃. Эта категория представлена аммиачной (аммонийной) селитрой, на базе которой производятся все аммиачно-селитренные ВВ, дымными порохами, а также натриевой селитрой, из которой изготавливают нитроглицериновые смеси.
4. Карбилоксимовые соли HONC. Яркий представитель этого класса — используемая в производстве инициирующих ВВ гремучая ртуть.
5. Соли азотистоводородной кислоты HN₃. Их них производят ВВ, основанные на азиде свинца.
6. Соли хлорноватой кислоты. Их называют хлоратитами и перхлоратитами. Главным компонентом изготавливаемых на этой основе ВВ выступает хлорат или перхлорат калия (KClO₃ и KClO₄), которым отведена роль кислородного агента. В этой же группе, но отдельно от неё и выделенное в отдельную подгруппу, находится такое вещество как оксиликвит.

Химические параметры ВВ напрямую задают его эксплуатационные и иные свойства:

• чувствительность, стойкость и общая стабильность при воздействии внешних факторов;
• состав продуктов, которые появляются после взрыва;
• потенциальная мощность ВВ;
• порядок взаимодействия с другими веществами (например, основной взрывчатки с детонаторами, транспортной или эксплуатационной оболочкой).

Разберём детальнее характер и особенности поведения взрывчаток из нитрогрупп как наиболее распространённых в промышленной и военной сфере. От того, как именно нитрогруппы связаны с углеродом, напрямую зависит чувствительность взрывчатки к детонации и её стабильность при хранении в различных условиях. Например, взрывчатки с непосредственной связью азота с углеродом гораздо устойчивее и не настолько склонны к детонации при внешнем воздействии, как ВВ, в которых азот связан с углеродом через один из кислородов, присутствующих в группе ONO₂.

Кроме того, от числа нитрогрупп напрямую зависит потенциальная мощность взрывчатки, которая прямо пропорциональна её чувствительности и детонационным рискам. С увеличением нитрогрупп ВВ становится выше его чувствительность и мощность.

Например, мононитротолуол, который имеет всего одну нитрогруппу, — это просто жидкость, а её взрывчатые качества близки к нулю. Динитротолуол (с двумя нитрогруппами) — полноценная взрывчатка, но с невысокими показателями взрывной мощности. Тринитротолуол (тротил) имеет три нитрогруппы, и уже является полноценным и достаточно мощным (и распространённым) ВВ.

ВВ с двумя нитрогруппами не так распространены, а их применение ограничено — гораздо больше в современных взрывных устройствах применяются взрывчатки с тремя или четырьмя нитрогруппами.

Включённые в состав взрывчатого вещества другие компоненты также меняют его характеристики:

• дополнительный азот делает гексоген более чувствительным;
• метиловые группы делают тротил и тетрил нечувствительными к металлам;
• гидроксильные группы делают пикриновую кислоту активной для взаимодействия с металлами (за исключением олова), что позволяет получить ряд особенных металлов (например, пикратов), являющихся представителями ВВ, которым характерна высокая чувствительность к внешним факторам.

ВВ, в формуле которых водород замещён металлом в кислотных средах, очень нестабильны, а в дополнение к этому чрезвычайно чувствительны: остро реагируют на механические воздействия (трение, удары) и температуры.

Классификация взрывчатых веществ по виду работ

К промышленным ВВ применяют классы допусков, от соответствия с которыми напрямую зависит применяемость взрывчатки:

1. Для открытых работ.
2. Для подземных работ вне взрывоопасной среды.
3. Для проведения взрывных работ во взрывоопасных средах (их называют предохранительными ВВ).

Для классификации взрывчатки по рассматриваемым группам учитываются три главных критерия:

• объёмы ядовитых (вредных) газов, которые выделяются в окружающую среду при взрыве;
• количество полученных после взрыва продуктов;
• температурные параметры взрыва и его продуктов.

По этим критериям тротил, при взрыве которого возникают большие объёмы газов с характерной едкостью и ядовитостью, используется только при проведении открытых работ. ВВ, основанные на аммиачной селитре, безопаснее, могут использоваться при проведении подземных работ в неопасной среде и подрывов на открытой местности. ВВ, которые при взрыве образуют продукты со сниженной температурой, допускаются к применению на взрывоопасных подземных участках.