Чем отличается взрыв от горения? Например, порох горит или взрывается? Все условно и всё относительно.
Взрыв может быть и не связан с гореньем. Взрываются же банки с заготовками на зиму у нерадивой хозяйки. Или обычная скороварка с неработающим предохранительным клапаном, также может взорваться от перегрева. Примеров много и поэтому давайте все эти примеры разложим по полочкам и снабдим их (примеры) пояснениями. Чтоб было понятно, что, почему, от чего и при каких условиях.
Начнем с горения. Еще в конце 19 века пиротехники всех стран договорились считать скорость горения (каких-то веществ) до сотни метров в секунду горением, а горение со скоростями свыше сотни метров в секунду считать взрывом. Чтоб было понятней поясню на примере.
Обычная спичка горит достаточно медленно, при желании время горения обычной, деревянной спички можно растянуть до сорока секунд. И это при стандартной длине спички менее пяти сантиметров. Фитилек скрученный из кусочка ваты или сигарета могут тлеть-гореть с еще меньшей скоростью. Но если изменить условия горения, то с той же ватой, древесиной, бумагой и табаком можно добиться взрывной скорости горения.
Как? Сейчас расскажу.
Что такое горение? Это окисление кислородом воздуха какого-то горючего материалла. К древесиине спички поступает очень мало кислорода, да еще этот кислород в смеси с негорючими газами: азотом, углекислым газом, парами воды всегда присутствующими в воздухе. Кислорода в воздухе лишь около 25 процентов. Все баластные газы надо дополнительно нагреть и отсеять. Понятно, что в атмосфере чистого и сухого кислорода горение спички протекало бы намного быстрее и энергичнее.
Ускорить горение древесины в кислороде воздуха можно еще так, например, измельчить древесину спички до состояния муки и распылив древестную муку в воздухе поджечь. Тут уже к каждой древесной пылинке будет обеспечен максимально возможный доступ кислорода воздуха. Скорость горения также ускорится до взрыва. Вот почему на предприятиях, где возможна запыленность горючими материаллами (мука, уголь, торф, древесины, табака и прочего) курить и пользоваться открытым огнем нежелательно.
Еще лучше горят, то есть взрываются смеси паров горючих жидкостей и смеси горючих газов с кислородом или с воздухом. Но тут опять нужно пояснение. Для полного сгорания единицы массы какого-то горючего нужно определенное количество кислорода. Если кислорода возмем побольше чем нужно, то в реакции горения лишний кислород учавствовать не только не будет, но еще и мешать начнет, тем более кислород из воздуха. Будет тормозить скорость горения в целом. Если же кислорода взять меньше чем нужно, то уже горючее будет тормозить скорость горения.
А как узнать сколько надо взять воздуха или кислорода для взрыва канистры с бензином или мешка муки (высшего сорта)?
Для профессиональных пиротехников и саперов торопливость в работе обычно не характерна, вот и мы тоже торопиться не будем, экспериментировать с горением смесей паров горючих жидкостей или горючей пыли в кислороде тоже не будем. Процентное или весовое отношение горючего и кислорода определяют в основном теоретически. Составляя химическое уравнение горения данного горючего в кислороде или в воздухе. Либо сжигая, например обычную (деревянную) щепку в токе кислорода. А вес щепки и расход кислорода подсчитать уже не сложно. Реакция та же, но намного безопасней. И вообще, с точки зрения химика, химическая реакция горения от реакции взрыва мало чем отличается, разве что по скорости протекания. Поэтому для удобства объяснения не будем делить пороха, пиротехнические и взрывчатые вещества по классам и разрядам, и будем считать все рассматриваемые в этой статье вещества как условно взрывчатые.
Пользоваться кислородом непосредственно из воздуха не всегда возможно, особенно для взрывов. Да и распылять взрывчатые вещества перед взрывом неудобно. Взрывы ведь нужны не только военным, но и абсолютно мирным людям, для разрушения горных пород в шахтах, туннелях, каменоломнях, рытья карьеров, прокладке дорог, быстрого разрушения старых зданий и ледяных заторов на реках во время половодья... В случае взрыва распыленных взрывчатых веществ в воздухе получаются объемные взрывы, мы их еще рассмотрим чуть ниже. Чаще нужны компактные взрывчатые вещества, уже готовые к взрыву в любой момент.
В девятнадцатом веке придумали сжижать кислород воздуха и жидкий кислород непосредственно на месте взрыва смешивать с горючим материалом для получения взрывчатки. До этого взрывники пользовались черным порохом. Других взрывчатых веществ тогда еще не знали или не применяли. Взрывпатроны с жидким кислородом были дешевле и мощнее пороховых. Опять же не было броблем с хранением взрывчатого вещества.
Для справки, жидкий кислород очень летуч и пользоваться взрывчаткой с жидким кислородом надо быстро, иначе кислород испарится и взрыва не будет. Немного неудобно, не правда ли? Особенно для военных. Середина 19 века это начало ускоренного прогресса всего человечества. Появились первые паровые машины, подводные лодки, аэропланы. В небе появились первые дирижабли и аэростаты, стали стремительно развиваться всевозможные науки. И как следствие развитие новых технологий, в частности металлургии. Военные корабли стали оснащать стальной броней. Первые, примитивные прототипы боевых танков появились на полях сражений. Военные уже не удовлетворялись силой черного пороха, им стала нужна более мощная взрывчатка и пороха с другими свойствами. Поэтому еще в 19 веке стали искать заменители жидкого кислорода и конечно же нашли. Это были химически малоустойчивые соли и окислы некоторых металлов. Эти соли при достаточно невысоком нагреве разлагались на более простые соединения и в частности на кислород. Кислород из смесей этих солей с горючими веществами еще лучше участвовал в процессе горения или взрывах, но смеси горючего с этими солями могли храниться до применения многие годы без потери своих свойств.
Кстати, черный порох, самая первая взрывчатка известная человечеству с древнейших времен тоже содержала соль богатую кислородом, калийную селитру. Ее в черном порохе до 75 процентов по весу. Калийная селитра до сих пор применяется в составлении взрывчатых и горючих смесей, но химики придумали и создали много других веществ с еще большим содержанием кислорода. Компоненты взрывчатых веществ должны быть относительно дешевы и удобны для длительного хранения. Например, натриевую селитру также можно применить для производства черного пороха, но натриевая селитра очень гигроскопична и через некоторое время хранения из порошкообразного пороха получится слабогорящий и малопригодный для применения кирпич.
Смеси кислородосодержащих веществ с горючим или точнее говоря пороха, взрывчатые и пиротехнические вещества не нуждаются в кислороде воздуха, они могут гореть и взрываться: и в воде, и под землей и в космосе.
Очевидность выгодности применения взрывчатых и пиротехнических веществ для военных и мирных целей не вызывает сомнений. Поэтому изобретения и открытия веществ или соединений пригодных для изготовления взрывчатых и пиротехнических веществ продолжаются. Вместо случайных открытий появились заранее спланированные химические соединения соединившие в себе и горючее, и кислородосодержащие вещества. Как пример бездымный порох, нитроглицерин, тринитротолуол и т.д. Были открыты и другие, более мощные чем кислород окислители. Например, фтор и хлор. Появились безкислородные взрывчатые вещества на основе фтора и хлора.
Все взрывчатые вещества обладают той или иной неустойчивостью и получив небольшой, первоначальный импульс какой-то энергии уже сами начинают выделять энергию от сгорания какого-то горючего в окислителе. Это по сути выделение энергии соединения каких-то составляющих веществ. Был также открыт класс взрывчатых веществ основанный на выделении энергии в процессе разложения конечного вещества на первоначальные составляющие. Тут уже процесс проходит без горения, но также с выделением тепла и прочей энергии. Кстати, самое мощное на сегодняшний день взрывчатое вещество Гелий 3 (трех атомная молекула гелия), как раз разлагается без горения, но количество выделяемой энергии лишь ненамного уступает по энергичности взрыву атомной бомбы такого же веса. Гелий 3 разрабатывался учеными НАСА как перспективное топливо для космических ракет и освоения дальнего космоса. Но пока Гелий 3 нашел практическое применение только у военных и только для реализации особых нужд отдельных жителей Земли в безликих "массах" других землян.
Гелий газ инертный и в отличии от водорода или кислорода существовать может только в атомарном состоянии. Молекула гелия состоящая из двух атомов уже что-то из области фантастики. А молекула из трех атомов вообще ни в какие ворота не влезает. Ну ладно шибко грамотные ученые смогли создать такую молекулу, одну или две и зафиксировать реальное существование такого вещества. Но все не так просто, оказывается громадные запасы Гелия 3 землян ждут толи на Юпитере, толи на Сатурне. Вдобавок на обратной стороне (по отношению к Земле) этих планет гигантов. То есть, как только у землян хватит мозгов долететь до этих планет, то тут же появится возможность для дальнейших исследований космоса, но уже на более высоком уровне...
А знаете ли вы, что в открытом космосе в качестве взрывчатки можно использовать обычную поваренную соль или медный купорос?
И поваренная соль, и медный купорос, и множество других солей имеют в своем составе связанную воду. Воды в каждой молекуле соли часто больше чем самой соли. Например, если медный купорос прокалить над огнем, вода испарится, а медный купорос окажется бесцветным. Именно вода придает медному купоросу сине-зеленый цвет. В вакумме такая соль, со связанной водой, избавляется от воды со взрывом.
Как видим в качестве взрывчатого вещества можно применять самые "безопасные" вещества, все зависит только от условий применения.
Во время Второй Мировой войны из-за нехватки противотанковых средств для борьбы с немецкими танками применяли бутылки с зажигательной смесью. Вариантов зажигательной смеси и способов её воспламенения было много. В самом простейшем варианте это была закупоренная бутылка с бензином. Вокруг горлышка бутылки наматывали тряпку и эту тряпку поджигали перед броском по танку. Бутылка разбивалась от удара по броне, горящий бензин заливался во все ближайшие щели и воспламенял внутри танка потеки масла, пластиковую оболочку электропроводки, что приводило к разряду аккумуляторов и отказу электросети танка. Немецкие танки были с бензиновыми двигателями и после обесточивания, их двигатели глохли. Подобная борьба с танками была не слишком надежной, зато доступной и дешовой.
Сегодня бензин стал страшной взрывчаткой. Например в авиабомбах. Бомба сбрасывается и буквально в нескольких метрах над целью от небольшого взрыва весь бензин из бомбы разбрызгивается-испаряется в виде облачка. И вот это бензиновое облачко, объемом в несколько десятков и даже сотен кубических метров, поджигается вторичным взрывом. После взрыва на месте бензинового облачка образуется вакумная дыра затягивающая внутрь все, что находится вокруг, а затем все что было затянуто снова выбрасывается наружу. Если от взрыва обычной бомбы все раскидает во все стороны, то после взрыва бензиновой бомбы будет три противоположных по направлению ударов. Такие бомбы (или заряды) еще называют вакумными. Кроме авиационных бомб, вакумными зарядами снаряжают артилерийские снаряды, гранатометы, ракеты, ручные гранаты и т.д.
Вакумные заряды часто намного эфективней обычной взрывчатки. В частности, для разминирования проходов в минных полях применяют специальные ракеты с небольшими вакумными зарядами на длинном хвосте-тросе. Запущенная ракета укладывает цепочкой заряды на минном поле и после подрыва вакумных зарядов скрытые мины либо взрываются, либо оказываются на поверхности земли без маскировки.
Вот так обычный бензин вдруг стал взрывчаткой. К сожалению подобный пример не единственный. О взрывчатости многих веществ часто узнавали случайно. Вот парочка примеров.
Какой-то шутник в Америке решил крохотным зарядом взрывчатки взорвать большую банку с желтой краской возле ворот соседа. А безобидная краска, которой красили заборы уже сто лет, оказалась сильнейшим взрывчатым веществом и вещество это называлось пикриновой кислотой. Хорошо, что соседа дома не было, так как после такой "шутки" от его ворот и его дома ничего не осталось. Кстати, если бы знаменитый Нобель в те времена знал бы про взрывчатость пикриновой кислоты, то не стал бы он изобретать нитроглицериновый динамит и не было бы тогда Нобелевских премий.
На немецком химическом заводе в городе Оппау изготовляли удобрение из смеси аммиачной селитры и сернокислого аммония. Слежавшуюся смесь на складах мельчили небольшими взрывами и как-то раз от очередного взрыва смесь вдруг сама взорвалась. На месте складов в воронке от взрыва образовалось озеро длиной и шириной соответственно 165 на 100 метров и глубиной около 20 метров. Погибло больше 500 человек и взрывом было разрушено кроме завода еще пол города. Дорогим оказалось изобретение этой взрывчатки. Сегодня взрывчатки на основе аммонийный селитры самые ходовые и у военных, и у штатских взрывников.
И напоследок анекдот:
Парнишка бросил окурок в бочку с бензином. Покойному было всего лишь 18 лет.