7 Απρ 2012

Εκρηκτική Χημεία

Τι κάνει μια ουσία να είναι ισχυρό εκρηκτικό ;
Πρώτον, θα πρέπει να είναι ασταθής ένωση και να διασπάται εύκολα, αλλά όχι τόσο ασταθής, ώστε να μη μπορεί να μεταφερθεί.
Δεύτερον, θα πρέπει να δίνει μεγάλο όγκο αερίων κατά τη διάσπασή της. Η ταχύτητα της διάσπασης είναι τόσο μεγάλη που έχει σαν αποτέλεσμα την απότομη αύξηση της θερμοκρασίας και της πίεσης.
Τα περισσότερα εκρηκτικά είναι οργανικά παράγωγα με πολλές νιτρο-ομάδες (-ΝΟ2).           
Τα πιο διαδεδομένα είναι το τρινιτροτολουόλιο και η νιτρογλυκερίνη.
Το τρινιτροτολουόλιο (ΤΝΤ, τροτύλη) παρασκευάζεται με νίτρωση του τολουολίου σε θερμοκρασίες 180 - 230οC. Πρώτα το τολουόλιο νιτρώνεται μέσω ενός μίγματος από θειικό και νιτρικό οξύ για την παραγωγή ΜΝΤ (mono-nitrotoluene). Το ΜΝΤ στη συνέχεια νιτρώνεται και γίνεται DNT (dinitrotoluene). Στο τελευταίο βήμα το DNT νιτρώνεται για άλλη μια φορά και παράγεται ΤΝΤ. Το ΤΝΤ παράχθηκε για πρώτη φορά από το Γερμανό χημικό Joseph Wilbrand και χρησιμοποιήθηκε ως κίτρινο χρώμα. Η χρήση του ως εκρηκτικού δεν είχε ανακαλυφθεί για μερικά χρόνια, κυρίως λόγω του ότι ήταν δύσκολο να εκραγεί και ότι ήταν λιγότερο δυνατό από κάποιες άλλες εναλλακτικές. Το ΤΝΤ μπορεί να χυθεί με ασφάλεια ως υγρό σε ειδικά περιβλήματα και είναι τόσο ανθεκτικό που το 1910 εξαιρέθηκε από τον βρετανικό νόμο περί εκρηκτικών (“Explosives Act”) και δε θεωρούνταν ως εκρηκτικό σε περιπτώσεις κατασκευής και αποθήκευσης, επειδή δε διασπάται με κρούση ή θέρμανση, αλλά μόνο με τη δράση πυροκροτητή.
Ένα από τα πρώτα εκρηκτικά ήταν η νιτρογλυκερίνη. Η νιτρογλυκερίνη ανακαλύφθηκε από τον χημικό Ascanio Sobrero το 1847 στο Πανεπιστήμιο του Τορίνο. Αρχικά την αποκάλεσε πυρογλυκερίνη (pyroglycerin) και προειδοποιούσε αδιάκοπα κατά της χρήσης της, στα γράμματα και τα άρθρα του, δηλώνοντας ότι ήταν υπερβολικά επικίνδυνη και αδύνατο να τη χειριστεί κανείς.
Η νίτρωση της γλυκερίνης διεξάγεται με ένα μίγμα νιτρικού οξέος 48% και θειϊκού οξέος 52% σε θερμοκρασία από - 20οC έως 3οC σε χαλύβδινους αντιδραστήρες. Ύστερα από 50 - 60 λεπτά σχηματίζεται η νιτρογλυκερίνη, που είναι πολύ ασταθής και διασπάται εκρηκτικά με ελαφριά κρούση ή θέρμανση.
4 mol νιτρογλυκερίνης που καταλαμβάνουν όγκο περίπου 500 ml, διασπώνται σε 29 mol  αερίων. Σε μια τέτοια έκρηξη, ο όγκος των αερίων που παράγονται μπορεί να είναι 20.000 φορές μεγαλύτερος από τον αρχικό όγκο της νιτρογλυκερίνης.
Ο Alfred Nobel πειραματίστηκε πάνω σε πιο ασφαλείς τρόπους για τον χειρισμό αυτής της επικίνδυνης ουσίας. Για ασφαλέστερη χρήση της, η νιτρογλυκερίνη μετατρέπεται σε δυναμίτιδα με ανάμιξη με απορροφητικές ύλες, όπως το πριονίδι του ξύλου. Η ανακάλυψη αυτή έγινε το 1863 από το Nobel, ο οποίος μετά από αυτό έγινε πάμπλουτος.
Ο Nobel, το 1895, καθόρισε στη διαθήκη του ότι οι τόκοι από την περιουσία του θα διατίθενται κάθε χρόνο για τα σημαντικότερα επιτεύγματα στη Φυσική, τη Χημεία, την Ιατρική και Βιολογία, την Οικονομία, τη Λογοτεχνία, καθώς και στη διατήρηση της Ειρήνης.
Άλλα γνωστά εκρηκτικά είναι ο κυκλονίτης (RDX) και η τετρανιτρική πενταερυθριτόλη (PETN) .
Η ισχυρότερη μέχρι σήμερα γνωστή εκρηκτική ύλη θεωρείται το οκτανιτροκυβάνιο (octanitrocubane, ONC). Η σύνθεση του έγινε στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο από την ερευνητική ομάδα του καθηγητή Philip Eaton και θεωρήθηκε δικαιολογημένα σαν ένα από τα σημαντικότερα επιτεύγματα της Χημείας του έτους 2000. Σημαντικός λόγος που συμβάλλει στην εξαιρετική εκρηκτική ισχύ του ONC είναι και το μεγάλο ενεργειακό περιεχόμενο του μητρικού υδρογονάνθρακα, του κυβανίου, λόγω της έντονης διάτασης των δεσμών άνθρακα, που βρίσκονται υπό γωνία C-C-C 90 μοίρες η οποία απέχει πολύ από την κανονικά προβλεπόμενη γωνία των 109,5 μοιρών.

Γενικά για εκρηκτικές ύλες

Άρθρο για την πυρίτιδα   


Δεν υπάρχουν σχόλια: