Кислородный баланс взрывчатого вещества

Время чтения:

Кислородный баланс взрывчатого вещества

Любое химическое взрывчатое вещество содержит в своем составе, как правило, одни и те же компоненты: углерод $C$ водород $H$ , азот $N$ , кислород $O$ . Тогда общую формулу индивидуального взрывчатого вещества можно записать в общем виде следующим образом: $C_aH_bN_cO_d$ , где $a$ , $b$ , $c$ , $d$ — соответственно количество атомов углерода, водорода, азота и кислорода в молекуле взрывчатого вещества.

К сведению

Из вышеперечисленных элементов углерод, водород, а также алюминий (в составе смесевых взрывчатых веществ) являются горючими, кислород — окислителем, азот при обычных условиях нейтрален.

При окислении кислородом углерода высшим оксидом является углекислый газ $CO_2$ , при недостатке кислорода образуется промежуточный оксид $CO$ (угарный газ); при окислении водорода образуется вода $H_2O$ .

Кислородный баланс взрывчатого вещества — это соотношение между массой избыточного или недостающего кислорода, необходимого для окисления горючих элементов, входящих в состав взрывчатого вещества, до их высших оксидов, и общей массой молекул, участвующей в реакции взрывчатого превращения (определяется в процентах).

Кислородный баланс взрывчатого вещества может быть определен по следующей формуле:

Формула

КБ=\frac{[d-(2 \cdot a + \frac{b}{2})]}{M} \cdot 100\%

где

$M=12 \cdot a + b + 14 \cdot c + 16 \cdot d$ — молекулярная (молярная) масса взрывчатого вещества.

В качестве примера определим кислородный баланс для такого широко распространённого взрывчатого вещества, как тротил $C_7H_5(NO_2)_3$ :

$КБ=\frac{(6-14-2,5) \cdot 16}{227} \cdot 100\%=-74\%$

К сведению

Кислородный баланс может быть положительным, отрицательным и нулевым.

При положительном кислородном балансе количество кислорода в взрывчатом веществе превышает количество, необходимое для полного окисления горючих элементов;
При отрицательном — кислорода недостаточно, для полного окисления всех горючих элементов;
При нулевом — в составе взрывчатого вещества содержится точно такое количество кислорода, которое необходимо для полного окисления горючих элементов. Такое соотношение компонентов называется стехиометрическим.

При взрыве взрывчатого вещества с нулевым кислородным балансом образуются в основном пары воды, углекислый газ, свободный азот и минимальное количество ядовитых газов.

При отрицательном кислородном балансе, т. е. при недостатке кислорода, в результате взрыва образуется ядовитая для человека окись углерода $CO$ (угарный газ) вместо нейтрального углекислого газа $CO_2$ .

При взрыве взрывчатого вещества, с положительным кислородным балансом, избыточный активный атомарный кислород при высокой температуре вступает в реакцию с азотом, с образованием большого количества высокотоксичных оксидов азота: $NO$ , $NO_2$ , $N_2O_5$ . Реакции образования оксидов азота эндотермичны (идут с поглощением тепла).

Таким образом, наиболее эффективными с энергетической точки зрения являются взрывчатые вещества с нулевым кислородным балансом, при взрыве которых выделяется максимальное количество энергии.