En effet, le diable est assis dans les explosifs, prêt à tout instant à commencer à détruire et à tout casser autour. Garder cette créature de l'enfer sous contrôle et la libérer uniquement lorsque cela est nécessaire est le principal problème que les chimistes et les pyrotechniciens doivent résoudre lors de la création et de l'utilisation d'explosifs. Dans l'histoire de la création et du développement des explosifs (explosifs), comme dans une goutte d'eau, l'histoire de l'émergence, du développement et de la destruction d'États et d'empires s'affiche.
En préparant le plan des leçons, l'auteur a remarqué à plusieurs reprises que les pays dont les dirigeants portaient une attention vigilante au développement des sciences, et surtout à la trinité naturelle des mathématiciens - physique - chimie - atteignaient des sommets dans leur développement. Un exemple frappant peut être l'ascension rapide sur la scène mondiale de l'Allemagne, qui, en un demi-siècle, a fait un bond à partir d'une union d'États disparates, dont certains, même sur une carte détaillée de l'Europe, étaient difficiles à voir sans une « petite portée », à un empire avec lequel il fallait compter pendant un siècle et demi. Sans diminuer les mérites du grand Bismarck dans ce processus, je citerai sa phrase, qu'il dit après la fin victorieuse de la guerre franco-prussienne: « Cette guerre a été gagnée par un simple professeur d'allemand. L'auteur souhaite consacrer sa revue à l'aspect chimique de l'augmentation des capacités de combat de l'armée et de l'État, comme toujours, sans prétendre du tout être exclusif de son opinion.
Lors de la publication de l'article, l'auteur, comme Jules Verne, évite délibérément de préciser des détails technologiques spécifiques et concentre son attention sur des méthodes purement industrielles d'obtention d'explosifs. Cela est dû non seulement au sens tout à fait compréhensible de la responsabilité du scientifique pour les résultats de ses travaux (qu'ils soient pratiques ou journalistiques), mais aussi au fait que le sujet de l'étude est la question « Pourquoi tout était-il ainsi et pas autrement ?" Et non "Qui a été le premier à l'obtenir ? substance".
En outre, l'auteur demande pardon aux lecteurs pour l'utilisation forcée de termes chimiques - attributs de la science (comme le montre sa propre expérience pédagogique, pas la plus appréciée des écoliers). Réalisant qu'il est impossible d'écrire sur les produits chimiques sans mentionner les termes chimiques, l'auteur essaiera de minimiser le vocabulaire spécial.
Et la dernière chose. Les chiffres donnés par l'auteur ne doivent en aucun cas être considérés comme la vérité ultime. Les données sur les caractéristiques des explosifs dans différentes sources diffèrent et parfois assez fortement. Cela se comprend: les caractéristiques des munitions dépendent de manière très significative de leur type « commercialisable », de la présence/absence de substances étrangères, de l'introduction de stabilisants, des modes de synthèse et de bien d'autres facteurs. Les méthodes de détermination des caractéristiques des explosifs ne se distinguent pas non plus par l'uniformité (bien qu'il y aura plus de normalisation ici) et elles ne souffrent pas non plus d'une reproductibilité particulière.
Classement BB
Selon le type d'explosion et la sensibilité aux influences extérieures, tous les explosifs sont divisés en trois groupes principaux:
1. Lancement du BB.
2. Faire sauter des explosifs.
3. Lancer des explosifs.
Lancement du BB. Ils sont très sensibles aux influences extérieures. Le reste de leurs caractéristiques sont généralement faibles. Mais ils ont une propriété précieuse - leur explosion (détonation) a un effet de détonation sur les explosifs de dynamitage et de propulsion, qui ne sont généralement pas du tout sensibles à d'autres types d'influences externes ou ont une sensibilité très faible. Par conséquent, les substances d'amorçage ne sont utilisées que pour exciter l'explosion d'explosifs de sautage ou de propulsion. Afin d'assurer la sécurité d'utilisation des explosifs initiateurs, ils sont conditionnés dans des dispositifs de protection (capsule, étui à capsule, amorce de détonateur, détonateur électrique, mèche). Représentants typiques des initiateurs d'explosifs: fulminate de mercure, azoture de plomb, tenres (TNPC).
Faire sauter des explosifs. C'est en fait ce qu'ils disent et écrivent. Ils équipent des obus, des mines, des bombes, des roquettes, des mines terrestres; ils font sauter des ponts, des voitures, des hommes d'affaires…
Les explosifs de sautage sont divisés en trois groupes selon leurs caractéristiques explosives:
- puissance accrue (représentants: RDX, HMX, PETN, Tetril);
- puissance normale (représentants: TNT, mélinite, plastique);
- pouvoir réduit (représentants: nitrate d'ammonium et ses mélanges).
Les explosifs de puissance accrue sont un peu plus sensibles aux influences extérieures et sont donc plus souvent utilisés en mélange avec des flegmatisants (substances qui réduisent la sensibilité des explosifs) ou en mélange avec des explosifs de puissance normale pour augmenter la puissance de ces derniers. Parfois, des explosifs de grande puissance sont utilisés comme détonateurs intermédiaires.
Lancer des explosifs. Ce sont diverses poudres à canon - pyroxyline noire fumée et sans fumée et nitroglycérine. Ils comprennent également divers mélanges pyrotechniques pour feux d'artifice, fusées éclairantes, fusées éclairantes, obus éclairants, mines et bombes aériennes.
À propos de la poudre noire et du Black Berthold
Pendant plusieurs siècles, le seul type d'explosif utilisé par l'homme était la poudre noire. Avec son aide, des boulets de canon ont été lancés sur l'ennemi et des obus explosifs en ont été remplis. La poudre à canon était utilisée dans les mines souterraines pour détruire les murs des forteresses, pour écraser les roches.
En Europe, il est devenu connu dès le XIIIe siècle, et même plus tôt en Chine, en Inde et à Byzance. La première description enregistrée de poudre à canon pour feux d'artifice a été décrite par le scientifique chinois Sun-Simyao en 682. Maximilien le Grec (XIII-XIV siècles) dans le traité "Livre des lumières" a décrit un mélange à base de nitrate de potassium, utilisé à Byzance comme le célèbre "feu grec" et composé de 60% de nitrate, 20% de soufre et 20% de charbon.
L'histoire européenne de la découverte de la poudre à canon commence avec un anglais, le moine franciscain Roger Bacon, qui en 1242 dans son livre "Liber de Nullitate Magiae" donne une recette de poudre noire pour fusées et feux d'artifice (40% salpêtre, 30% charbon et 30 % de soufre) et le moine semi-mythique Berthold Schwartz (1351). Cependant, il est possible qu'il s'agisse d'une seule personne: l'utilisation de pseudonymes au Moyen Âge était assez courante, tout comme la confusion ultérieure avec la datation des sources.
La simplicité de la composition, la disponibilité de deux des trois composants (le soufre natif n'est toujours pas rare dans les régions méridionales de l'Italie et de la Sicile), la facilité de préparation - tout cela garantissait à la poudre à canon une marche triomphale à travers les pays d'Europe et Asie. Le seul problème était d'obtenir de grandes quantités de nitrate de potassium, mais cette tâche a été menée à bien. Comme le seul gisement de nitrate de potasse connu à cette époque se trouvait en Inde (d'où son deuxième nom - indien), la production locale s'est établie dans presque tous les pays. Il était impossible de le qualifier d'agréable, même avec une solide réserve d'optimisme: les matières premières pour lui étaient le fumier, les entrailles d'animaux, l'urine et les poils d'animaux. Les ingrédients les moins désagréables de ce mélange nauséabond et très sale étaient la chaux et la potasse. Toute cette richesse pendant plusieurs mois déversée dans des fosses, où elle a fermenté sous l'influence des azotobactéries. L'ammoniac libéré a été oxydé en nitrates, ce qui a finalement donné le nitrate convoité, qui a été isolé et purifié par recristallisation - une occupation aussi, je dirai, pas la plus agréable. Comme vous pouvez le voir, il n'y a rien de particulièrement compliqué dans le processus, les matières premières sont assez abordables et la disponibilité de la poudre à canon est également rapidement devenue universelle.
La poudre noire (ou fumée) était un explosif universel à cette époque. Ni bancale ni roulée, elle fut pendant de nombreuses années utilisée à la fois comme projectile et comme remplissage pour les premières bombes - les prototypes de munitions modernes. Jusqu'à la fin du premier tiers du XIXe siècle, la poudre à canon répond pleinement aux besoins du progrès. Mais la science et l'industrie ne sont pas restées immobiles et elle a rapidement cessé de répondre aux exigences de l'époque en raison de sa faible capacité. La fin du monopole de la poudre à canon peut être attribuée aux années 70 du XVIIe siècle, lorsque A. Lavoisier et C. Berthollet organisent la production de sel de berthollet à base de chlorate de potassium découvert par Berthollet (sel de berthollet).
L'histoire du sel de Berthollet remonte au moment où Claude Berthollet étudia les propriétés du chlore récemment découvertes par Carl Scheele. En faisant passer du chlore dans une solution concentrée chaude d'hydroxyde de potassium, Berthollet a obtenu une nouvelle substance, appelée plus tard par les chimistes chlorate de potassium, et non par les chimistes - sel de Berthollet. C'est arrivé en 1786. Et bien que le sel du diable ne soit jamais devenu un nouvel explosif, il a rempli son rôle: d'une part, il a incité à rechercher de nouveaux substituts au « dieu de la guerre » décrépit, et d'autre part, il est devenu le fondateur de nouveaux types d'explosifs - initiateurs.
Pétrole explosif
Et en 1846, les chimistes ont proposé deux nouveaux explosifs - la pyroxyline et la nitroglycérine. A Turin, le chimiste italien Ascagno Sobrero a découvert qu'il suffisait de traiter la glycérine avec de l'acide nitrique (nitration) pour former un liquide huileux transparent - la nitroglycérine. Le premier rapport imprimé à son sujet fut publié dans la revue L'Institut (XV, 53) le 15 février 1847, et il mérite quelques citations. La première partie dit:
« Ascagno Sobrero, professeur de chimie technique de Turin, dans une lettre transmise par le prof. Peluzom, rapporte qu'il reçoit depuis longtemps des explosifs par l'action de l'acide nitrique sur diverses substances organiques, à savoir le sucre de canne, le fait de faire signe, le dexrite, le sucre de lait, etc. Sobrero a également étudié l'effet d'un mélange d'acides nitrique et sulfurique sur la glycérine, et l'expérience lui a montré qu'on obtient une substance, semblable au cliquetis du coton…"
De plus, il existe une description de l'expérience de nitration, intéressante uniquement pour les chimistes organiques (et même alors seulement d'un point de vue historique), mais nous ne noterons qu'une caractéristique: les dérivés nitro de la cellulose, ainsi que leur capacité à exploser., étaient déjà assez connus à l'époque [11].
La nitroglycérine est l'un des explosifs de sautage les plus puissants et les plus sensibles et nécessite un soin et une attention particuliers lors de la manipulation.
1. Sensibilité: peut exploser sous l'effet d'une balle. Sensibilité à l'impact avec un kettlebell de 10 kg tombant d'une hauteur de 25 cm - 100 %. La combustion se transforme en détonation.
2. Énergie de transformation explosive - 5300 J / kg.
3. Vitesse de détonation: 6500 m/s.
4. Brisance: 15-18 mm.
5. Explosivité: 360-400 mètres cubes. voir [6].
La possibilité d'utiliser la nitroglycérine a été démontrée par le célèbre chimiste russe N. N. Zinin, qui en 1853-1855 pendant la guerre de Crimée, avec l'ingénieur militaire V. F. Petrochevsky, a produit une grande quantité de nitroglycérine.
Professeur de l'Université de Kazan N. N. Zinine
Ingénieur militaire V. F. Petrochevski
Mais le diable vivant dans la nitroglycérine s'est avéré être vicieux et rebelle. Il s'est avéré que la sensibilité de cette substance aux influences extérieures n'est que légèrement inférieure à celle du mercure explosif. Il peut exploser déjà au moment de la nitration, il ne peut pas être secoué, chauffé et refroidi, ou exposé au soleil. Il peut exploser pendant le stockage. Et si vous y mettez le feu avec une allumette, ça peut brûler assez calmement…
Et pourtant, le besoin d'explosifs puissants au milieu du XIXe siècle était déjà si grand que, malgré de nombreux accidents, la nitroglycérine a commencé à être largement utilisée dans les opérations de dynamitage.
Des tentatives pour freiner le diable maléfique ont été entreprises par beaucoup, mais la gloire du dompteur est allée à Alfred Nobel. Les aléas de ce cheminement, ainsi que le sort du produit de la vente de cette substance, sont largement connus, et l'auteur juge inutile d'entrer dans leurs détails.
Être "pressé" dans les pores d'une charge inerte (et plusieurs dizaines de substances ont été essayées en tant que telles, dont la meilleure était la terre infusoire - silicate poreux, dont 90% du volume tombe sur les pores pouvant absorber goulûment la nitroglycérine), la nitroglycérine est devenue beaucoup plus « accommodante », gardant avec lui presque tout son pouvoir destructeur. Comme vous le savez, Nobel a donné à ce mélange, qui ressemble à de la tourbe, le nom de "dynamite" (du mot grec "dinos" - force). L'ironie du sort: un an après que Nobel a reçu un brevet pour la production de dynamite, Petrouchevsky mélange de manière totalement indépendante de la nitroglycérine avec de la magnésie et reçoit des explosifs, appelés plus tard « dynamite russe ».
La nitroglycérine (plus précisément, le trinitrate de glycérine) est un ester complet de glycérine et d'acide nitrique. Il est généralement obtenu en traitant la glycérine avec un mélange d'acide sulfurique et nitrique (en langage chimique - la réaction d'estérification):
L'explosion de la nitroglycérine s'accompagne du dégagement d'une grande quantité de produits gazeux:
4 C3H5 (NO2) 3 = 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
L'estérification se déroule séquentiellement en trois étapes: dans la première, on obtient le mononitrate de glycérol, dans la seconde - le dinitrate de glycérol et dans la troisième - le trinitrate de glycérol. Pour un rendement plus complet en nitroglycérine, un excès de 20% d'acide nitrique est pris en excès de la quantité théoriquement requise.
La nitration a été effectuée dans des pots en porcelaine ou des récipients en plomb brasé dans un bain d'eau glacée. Environ 700 g de nitroglycérine ont été obtenus en un seul passage, et pendant une heure de telles opérations ont été effectuées en 3-4.
Mais les besoins croissants ont apporté leurs propres ajustements à la technologie de production de nitroglycérine. Au fil du temps (en 1882), une technologie de production d'explosifs dans des nitrateurs a été développée. Dans ce cas, le processus a été divisé en deux étapes: à la première étape, la glycérine a été mélangée avec la moitié de la quantité d'acide sulfurique, et ainsi la majeure partie de la chaleur libérée a été utilisée, après quoi un mélange prêt à l'emploi d'acides nitrique et sulfurique a été introduit dans le même récipient. Ainsi, il a été possible d'éviter la principale difficulté: une surchauffe excessive du mélange réactionnel. L'agitation est réalisée avec de l'air comprimé à une pression de 4 atm. La productivité du procédé est de 100 kg de glycérine en 20 minutes à 10 - 12 degrés.
En raison de la densité différente de la nitroglycérine (1, 6) et de l'acide résiduaire (1, 7), il s'accumule par le haut avec une interface pointue. Après nitration, la nitroglycérine est lavée à l'eau, puis lavée des résidus acides avec de la soude et à nouveau lavée à l'eau. Le mélange à toutes les étapes du processus est effectué avec de l'air comprimé. Le séchage est réalisé par filtration sur couche de sel de table calciné [9].
Comme vous pouvez le voir, la réaction est assez simple (rappelez-vous la vague de terrorisme à la fin du 19ème siècle, soulevée par des « bombardiers » qui maîtrisaient la science simple de la chimie appliquée) et appartient au nombre de « processus chimiques simples » (A. Stetbacher). Presque n'importe quelle quantité de nitroglycérine peut être fabriquée dans les conditions les plus simples (faire de la poudre noire n'est pas beaucoup plus facile).
La consommation de réactifs est la suivante: pour obtenir 150 ml de nitroglycérine, il faut prendre: 116 ml de glycérine; 1126 ml d'acide sulfurique concentré;
649 ml d'acide nitrique (concentration d'au moins 62 %).
Dynamite en guerre
La dynamite a été utilisée pour la première fois lors de la guerre franco-prussienne de 1870-1871: des sapeurs prussiens ont fait exploser les fortifications françaises à la dynamite. Mais la sécurité de la dynamite s'est avérée relative. L'armée a immédiatement découvert que lorsqu'elle était touchée par une balle, elle n'explosait pas plus que son ancêtre et que la combustion se transformait dans certains cas en une explosion.
Mais la tentation d'obtenir des munitions puissantes était irrésistible. Grâce à des expériences plutôt dangereuses et complexes, il a été possible de découvrir que la dynamite n'exploserait pas si les charges augmentaient non pas instantanément, mais progressivement, en maintenant l'accélération du projectile dans des limites sûres.
La solution au problème au niveau technique a été vue dans l'utilisation de l'air comprimé. En juin 1886, le lieutenant Edmund Ludwig G. Zelinsky du 5e régiment d'artillerie de l'armée des États-Unis testa et affina la conception originale du génie américain. Un canon pneumatique d'un calibre de 380 mm et d'une longueur de 15 m à l'aide d'air comprimé à 140 atm pouvait lancer des projectiles d'une longueur de 3,35 m à partir de 227 kg de dynamite à 1800 mA de longueur de projectile de 1,83 m avec 51 kg de dynamite et tous les 5 mille m
La force motrice était fournie par deux cylindres d'air comprimé, et le supérieur était relié à l'outil par un tuyau flexible. Le deuxième cylindre était une réserve pour l'alimentation du cylindre supérieur et la pression à l'intérieur était maintenue à l'aide d'une pompe à vapeur enterrée dans le sol. Le projectile chargé de dynamite avait la forme d'une fléchette - une flèche d'artillerie - et avait une ogive de 50 livres.
Le duc de Cambridge a ordonné à l'armée de tester un tel système à Milford Haven, mais le canon a utilisé presque toutes ses munitions avant de finalement toucher la cible, qui a cependant été détruite de manière très efficace. Les amiraux américains sont ravis du nouveau canon: en 1888, de l'argent est débloqué pour fabriquer 250 canons à dynamite pour l'artillerie côtière.
En 1885, Zelinsky a fondé la Pneumatic Gun Company pour introduire des canons pneumatiques avec des obus de dynamite dans l'armée et la marine. Ses expériences ont conduit à parler des pistolets à air comprimé comme une nouvelle arme prometteuse. L'US Navy a même construit le croiseur dynamite Vesuvius de 944 tonnes en 1888, armé de trois de ces canons de 381 mm.
Schéma du croiseur "dynamite" "Vésuve"
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Et voici à quoi ressemblaient ses armes stationnaires[/centre]
Mais chose étrange: au bout de quelques années, l'enthousiasme a fait place à la déception. « Pendant la guerre hispano-américaine, disaient les artilleurs américains à ce sujet, ces canons n'atteignaient jamais le bon endroit. Et bien qu'il ne s'agisse pas tant des canons que de la capacité des artilleurs à tirer avec précision et de la fixation rigide des canons, ce système n'a pas été développé davantage.
En 1885, Holland installa le canon à air de Zelinsky sur son sous-marin n° 4. Cependant, la question n'est pas venue à ses tests pratiques, tk. le bateau a subi un grave accident lors de la mise à l'eau.
En 1897, Holland a réarmé son sous-marin n° 8 avec un nouveau canon Zelinsky. L'armement consistait en un tube lance-torpilles de 18 pouces (457 mm) avec trois torpilles Whitehead, ainsi qu'un canon à air arrière Zelinsky pour les obus de dynamite (7 cartouches de 222 lb 100,7 kg) chacune). Cependant, en raison du canon trop court, limité par la taille du bateau, ce canon avait une courte portée de tir. Après un tournage pratique, l'inventeur le démonta en 1899.
À l'avenir, ni la Hollande ni d'autres concepteurs n'ont installé de canons (appareils) pour tirer des mines et des obus de dynamite sur leurs sous-marins. Ainsi les canons de Zelinsky imperceptiblement, mais quittaient rapidement la scène [12].
Frère de la nitroglycérine
D'un point de vue chimique, la glycérine est le représentant le plus simple de la classe des alcools trihydriques. Il y a son analogue diatomique - l'éthylène glycol. Est-il étonnant qu'après s'être familiarisés avec la nitroglycérine, les chimistes se soient tournés vers l'éthylène glycol, espérant qu'il serait plus pratique à utiliser.
Mais ici aussi, le diable des explosifs a montré son caractère capricieux. Les caractéristiques du dinitroéthylène glycol (cet explosif n'a jamais reçu son propre nom) se sont avérées peu différentes de celles de la nitroglycérine:
1. Sensibilité: détonation lorsqu'une charge de 2 kg tombe d'une hauteur de 20 cm; sensible au frottement, au feu.
2. Énergie de transformation explosive - 6900 J / kg.
3. Vitesse de détonation: 7200 m/s.
4. Brisance: 16,8 mm.
5. Explosivité élevée: 620-650 mètres cubes. cm.
Il a été obtenu pour la première fois par Henry en 1870. Il est obtenu par nitration soigneuse de l'éthylène glycol selon un mode opératoire similaire à la préparation de la nitroglycérine (mélange nitrant: H2SO4 - 50 %, HNO3 - 50 %; rapport - 1 à 5 par rapport à éthylène glycol).
Le processus de nitration peut être effectué à une température plus basse, ce qui prédispose à un rendement plus élevé [7, 8].
Malgré le fait que, en général, la sensibilité du DNEG s'est avérée quelque peu inférieure à celle du NG, son utilisation ne promettait pas d'avantages significatifs. Si l'on ajoute à cela une volatilité plus élevée que celle du GN, et une moindre disponibilité des matières premières, alors il devient clair que cette voie aussi n'a mené nulle part.
Cependant, il ne s'est pas non plus avéré complètement inutile. Au début, il a été utilisé comme additif à la dynamite, pendant la Seconde Guerre mondiale, en raison du manque de glycérine, il a été utilisé comme substitut de la nitroglycérine dans les poudres sans fumée. De telles poudres avaient une courte durée de conservation en raison de la volatilité du DNEG, mais en temps de guerre, cela n'avait pas beaucoup d'importance: personne n'allait les stocker longtemps.
Tablier Christian Schönbein
On ne sait pas combien de temps l'armée aurait passé à chercher des moyens de calmer la nitroglycérine, si à la fin du 19ème siècle la technologie industrielle pour produire un autre nitroester n'était pas arrivée. En bref, l'histoire de son apparition est la suivante [16].
En 1832, le chimiste français Henri Braconneau a découvert que lorsque l'amidon et les fibres de bois étaient traités avec de l'acide nitrique, une matière instable, inflammable et explosive se formait, qu'il appelait xyloïdine. Certes, l'affaire se limitait au message de cette découverte. Six ans plus tard, en 1838, un autre chimiste français, Théophile-Jules Pelouse, a traité le papier et le carton d'une manière similaire et a produit un matériau similaire, qu'il a nommé nitramidine. Qui aurait pensé alors, mais la raison de l'impossibilité d'utiliser la nitramidine à des fins techniques était précisément sa faible stabilité.
En 1845, le chimiste suisse Christian Friedrich Schönbein (qui était devenu célèbre à l'époque pour la découverte de l'ozone) menait des expériences dans son laboratoire. Sa femme lui a formellement interdit d'apporter ses flacons à la cuisine, il était donc pressé de terminer l'expérience en son absence - et a renversé un mélange caustique sur la table. Afin d'éviter un scandale, il l'essuya, dans les meilleures traditions de la précision suisse, avec son tablier de travail, car il n'y avait pas trop de mélange. Puis, également dans la tradition de la frugalité suisse, il lava le tablier à l'eau et le suspendit au-dessus du poêle pour le faire sécher. Combien de temps il a été suspendu là, l'histoire est muette, mais qu'après séchage le tablier a soudainement disparu, c'est connu avec certitude. D'ailleurs, il disparut non pas doucement, en anglais, mais bruyamment, on pourrait même dire enchanteur: en un éclair et un grand coup d'explosion. Mais voici ce qui a retenu l'attention de Schönbein: l'explosion s'est produite sans le moindre panache de fumée !
Et bien que Schönbein n'ait pas été le premier à découvrir la nitrocellulose, c'est lui qui était destiné à tirer une conclusion sur l'importance de la découverte. À cette époque, la poudre noire était utilisée dans l'artillerie, la suie souillé les canons que dans les intervalles entre les tirs, ils devaient être nettoyés, et après les premières volées, un tel rideau de fumée se levait qu'ils devaient se battre presque aveuglément. Inutile de dire que les bouffées de fumée noire indiquaient parfaitement l'emplacement des batteries. La seule chose qui égayait la vie était la réalisation que l'ennemi était dans la même position. Par conséquent, les militaires ont réagi avec enthousiasme à l'explosif, qui dégage beaucoup moins de fumée, et en plus, il est aussi plus puissant que la poudre noire.
La nitrocellulose, dépourvue des défauts de la poudre noire, a permis d'établir la production de poudre sans fumée. Et, dans les traditions de l'époque, ils ont décidé de l'utiliser à la fois comme propulseur et comme explosif. En 1885, après de nombreux travaux expérimentaux, l'ingénieur français Paul Viel reçut et testa plusieurs kilogrammes de poudre floconneuse de pyroxyline, appelée poudre à canon "B" - la première poudre sans fumée. Des tests ont prouvé les avantages du nouveau propulseur.
Cependant, il n'était pas facile d'établir la production de grandes quantités de nitrocellulose pour les besoins militaires. La nitrocellulose était trop impatiente pour attendre les batailles et les usines, en règle générale, s'envolaient dans les airs avec une régularité enviable, comme si elles rivalisaient avec la production de nitroglycérine. Le développement de la technologie pour la production industrielle de pyroxyline a dû surmonter des obstacles comme aucun autre explosif. Il a fallu un quart de siècle pour effectuer un certain nombre de travaux par des chercheurs de différents pays jusqu'à ce que cet explosif fibreux original devienne utilisable et jusqu'à ce que de nombreux moyens et méthodes soient trouvés qui garantissent en quelque sorte une explosion lors d'un stockage prolongé du produit. L'expression « de quelque manière que ce soit » n'est pas un artifice littéraire, mais le reflet de la difficulté rencontrée par les chimistes et les technologues pour définir des critères de stabilité. Il n'y avait pas de jugement ferme sur les approches pour déterminer les critères de stabilité, et avec l'extension du champ d'utilisation de cet explosif, des explosions constantes ont révélé des caractéristiques de plus en plus mystérieuses dans le comportement de cet éther complexe particulier. Ce n'est qu'en 1891 que James Dewar et Frederick Abel ont réussi à trouver une technologie sûre.
La production de pyroxyline nécessite un grand nombre de dispositifs auxiliaires et un long processus technologique, dans lequel toutes les opérations doivent être effectuées avec autant de soin et de minutie.
Le produit initial pour la fabrication de la pyroxyline est la cellulose, dont le meilleur représentant est le coton. La cellulose pure naturelle est un polymère constitué de résidus de glucose, qui est un proche parent de l'amidon: (C6H10O5) n. De plus, les déchets des papeteries peuvent fournir d'excellentes matières premières.
La nitration des fibres a été maîtrisée à l'échelle industrielle dans les années 60 du 19ème siècle et a été réalisée dans des pots en céramique avec un filage supplémentaire dans des centrifugeuses. Cependant, à la fin du siècle, cette méthode primitive a été supplantée par la technologie américaine, bien que pendant la Première Guerre mondiale, elle ait été relancée en raison de son faible coût et de sa simplicité (plus précisément, le primitivisme).
Du coton raffiné est chargé dans un nitrateur, un mélange nitrant (HNO3 - 24%, H2SO4 - 69%, eau - 7%) est ajouté à base de 15 kg de fibres 900 kg du mélange, ce qui donne un rendement de 25 kg de pyroxyline.
Les nitrateurs sont connectés dans des batteries, composées de quatre réacteurs et d'une centrifugeuse. Les nitrateurs sont chargés avec un intervalle de temps (environ 40 minutes) égal au temps d'extraction, ce qui assure la continuité du processus.
La pyroxyline est un mélange de produits avec divers degrés de nitration de la cellulose. La pyroxyline, obtenue en utilisant de l'acide phosphorique au lieu de l'acide sulfurique, est très stable, mais cette technologie n'a pas pris racine en raison de son coût plus élevé et de sa productivité plus faible.
La pyroxyline pressée a la propriété de s'enflammer automatiquement et doit être humidifiée. L'eau utilisée pour le lavage et la stabilisation de la pyroxyline ne doit pas contenir d'agents alcalins, car les produits de destruction alcaline sont des catalyseurs d'auto-inflammation. Le séchage final à la teneur en humidité requise est obtenu par rinçage à l'alcool absolu.
Mais la nitrocellulose mouillée n'est pas non plus exempte de problèmes: elle est susceptible d'être contaminée par des micro-organismes responsables de moisissures. Protégez-le en cirant la surface. Le produit fini avait les caractéristiques suivantes:
1. La sensibilité de la pyroxyline dépend fortement de l'humidité. Sec (3 - 5% d'humidité) s'enflamme facilement à partir d'une flamme nue ou du contact d'un métal chaud, d'un perçage, d'un frottement. Il explose lorsqu'une charge de 2 kg tombe d'une hauteur de 10 cm. Lorsque l'humidité augmente, la sensibilité diminue et à 50 % d'eau, la capacité de détonation disparaît.
2. Énergie de transformation explosive - 4200 MJ / kg.
3. Vitesse de détonation: 6300 m/s.
4. Brisance: 18 mm.
5. Explosivité élevée: 240 mètres cubes. cm.
Et pourtant, malgré les lacunes, la pyroxyline chimiquement plus stable convenait mieux aux militaires que la nitroglycérine et la dynamite, sa sensibilité pouvait être ajustée en modifiant sa teneur en humidité. Par conséquent, la pyroxyline pressée a commencé à trouver une large utilisation pour équiper les ogives de mines et d'obus, mais au fil du temps, ce produit sans précédent a cédé la place aux dérivés nitrés d'hydrocarbures aromatiques. La nitrocellulose est restée un explosif propulseur, mais en tant qu'explosif de dynamitage, elle a pour toujours reculé dans le passé [9].
Gelée volatile et poudre à canon à la nitroglycérine
"La poudre noire… représente tous les ingrédients d'une amélioration supplémentaire - grâce à l'étude scientifique des phénomènes invisibles qui se produisent lors de sa combustion. La poudre à canon sans fumée est un nouveau lien entre la puissance des pays et leur développement scientifique. Pour cette raison, étant l'un des guerriers de la science russe, dans ma force et mes années en déclin, je n'ose pas analyser les tâches de la poudre à canon sans fumée …"
Le lecteur, même un peu familiarisé avec l'histoire de la chimie, a probablement déjà deviné à qui sont ces mots - le brillant chimiste russe D. I. Mendeleev.
Mendeleev a consacré beaucoup d'efforts et d'attention à la porrocheliy en tant que domaine de la connaissance chimique au cours des dernières années de sa vie - en 1890-1897. Mais, comme toujours, la phase active du développement a été précédée d'une période de réflexion, d'accumulation et de systématisation des connaissances.
Tout a commencé avec le fait qu'en 1875 l'infatigable Alfred Nobel fit une autre découverte: une solution solide plastique et élastique de nitrocellulose dans de la nitroglycérine. Il a combiné avec succès une forme solide, une densité élevée, une facilité de moulage, une énergie concentrée et une insensibilité à une humidité atmosphérique élevée. La gelée, complètement brûlée en dioxyde de carbone, azote et eau, était constituée de 8 % de dinitrocellulose et de 92 % de nitroglycérine.
Contrairement au technicien Nobel, D. I. Mendeleev est parti d'une approche purement scientifique. A la base de ses recherches, il a mis une idée tout à fait précise et chimiquement strictement fondée: la substance requise lors de la combustion doit émettre un maximum de produits gazeux par unité de poids. D'un point de vue chimique, cela signifie qu'il devrait y avoir suffisamment d'oxygène dans ce composé pour convertir complètement le carbone en oxyde gazeux, l'hydrogène en eau, et la capacité oxydante de fournir de l'énergie pour tout ce processus. Un calcul détaillé a conduit à la formule de composition suivante: C30H38 (NO2) 12O25. Lors de la gravure, vous devriez obtenir les éléments suivants:
C30H38 (NO2) 12O25 = 30 CO + 19 H2O + 6 N2
Ce n'est pas une tâche facile d'effectuer une réaction de synthèse ciblée d'une substance d'une telle composition, même actuellement, par conséquent, en pratique, un mélange de 7 à 10 % de nitrocellulose et de 90 à 93 % de nitroglycérine a été utilisé. Le pourcentage de teneur en azote est d'environ 13, 7%, ce qui dépasse légèrement ce chiffre pour les pyrocollodes (12, 4%). L'opération n'est pas particulièrement difficile, ne nécessite pas l'utilisation d'équipements complexes (elle est réalisée en phase liquide) et se déroule dans des conditions normales.
En 1888, Nobel a reçu un brevet pour la poudre à canon à base de nitroglycérine et de colloxyline (fibre à faible teneur en nitration), nommée comme la poudre à canon sans fumée de pyroxyline. Cette composition est pratiquement inchangée jusqu'à présent sous divers noms techniques dont les plus connus sont la cordite et la balistite. La principale différence réside dans le rapport entre la nitroglycérine et la pyroxyline (en cordite il est plus élevé) [13].
Comment ces explosifs sont-ils liés les uns aux autres ? Regardons le tableau:
Tableau 1.
BB …… Sensibilité…. Énergie… Vitesse…… Brisance… Explosivité élevée
……… (kg / cm /% d'explosions)….explosion….détonation
GN ……….2 / 4/100 ………… 5300 ……..6500 ………..15 - 18 ………. 360 - 400
DNEG …… 2/10/100 ………..6900 ……… 7200 ……….16, 8 …………… 620 - 650
NSP ……… 25/02/10 ………… 4200 ……… 6300 ………..18 …………… 240
Les caractéristiques de tous les explosifs sont assez similaires, mais la différence de propriétés physiques a dicté différentes niches d'application.
Comme nous l'avons déjà vu, ni la nitroglycérine ni la pyroxyline ne plaisaient aux militaires par leur caractère. La raison de la faible stabilité de ces substances, me semble-t-il, réside en surface. Les deux composés (ou trois - comptage et dinitroéthylène glycol) sont des représentants de la classe des éthers. Et le groupe ester n'est en aucun cas l'un des leaders de la résistance chimique. Au contraire, elle peut être trouvée parmi les étrangers. Le groupe nitro, qui contient de l'azote dans un état d'oxydation assez étrange de +5 pour lui, n'est pas non plus un modèle de stabilité. La symbiose de cet agent oxydant fort avec un aussi bon agent réducteur que le groupe hydroxyle des alcools entraîne inévitablement un certain nombre de conséquences négatives, dont la plus désagréable est la caprice de l'application.
Pourquoi les chimistes et les militaires ont-ils passé autant de temps à les expérimenter ? Comme il semble, beaucoup et beaucoup ont conquis. L'armée - la puissance élevée et la disponibilité des matières premières, ce qui augmentait l'efficacité au combat de l'armée et la rendait insensible à la livraison en temps de guerre. Technologues - conditions de synthèse douces (pas besoin d'utiliser des températures élevées et une pression élevée) et commodité technologique (malgré les processus à plusieurs étapes, toutes les réactions se déroulent dans un volume de réaction et sans avoir besoin d'isoler les produits intermédiaires).
Les rendements pratiques des produits étaient également assez élevés (tableau 2), ce qui n'a pas entraîné un besoin urgent de rechercher des sources de grandes quantités d'acide nitrique bon marché (le problème avec l'acide sulfurique a été résolu beaucoup plus tôt).
Tableau 2.
BB …… Consommation de réactifs pour 1 kg….. Nombre d'étages…. Nombre de produits émis
……… Acide nitrique.. Acide sulfurique
GN …….10 ……………..23 ……………..3 …………………… 1
DNEG….16, 5 …………..16, 5 …………… 2 …………………… 1
NSP ……..8, 5 …………… 25 ……………..3 …………………… 1
La situation a radicalement changé lorsque de nouvelles incarnations du diable des explosifs ont fait leur apparition: le trinitrophénol et le trinitrotoluène.
(À suivre)
