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 - 230^οC. 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 - 20^οC έως 3^οC 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   

Το κινέζικο "φάρμακο της φωτιάς"

Ποιες εφευρέσεις έχουν αλλάξει πιο πολύ την πορεία της ανθρώπινης ιστορίας ;

Αν μιλούσαμε για τα χρόνια μετά το Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο, η απάντηση είναι οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές και ό,τι άλλο ήρθε κατόπιν, αλλά αν γυρίσουμε τις σελίδες της ιστορίας στο Μεσαίωνα, η απάντηση πιθανώς θα ήταν η πυρίτιδα. Τι γνωρίζουμε όμως για την προέλευση αυτής της εκρηκτικής εφεύρεσης ;

Αφού οι πρόγονοί μας είχαν ξοδέψει τον περισσότερο χρόνο τους πολεμώντας μεταξύ τους σε παρατεταμένους πολέμους, όταν άλλαξαν τα μέσα με τα οποία τους διεξήγαγαν, πρέπει ν' άλλαξε και η πορεία της ανθρώπινης ιστορίας. Πιο συγκεκριμένα, τα κανόνια που γέμιζαν με πυρίτιδα έβαλαν τέλος σε μια εποχή, κατά την οποία τα οχυρωμένα κάστρα ήταν ουσιαστικά απόρθητα. Τα πυροβόλα όπλα επίσης επέτρεπαν σε μικρές, καλώς εξοπλισμένες, στρατιωτικές δυνάμεις να νικούν μεγαλύτερα αλλά όχι τόσο καλά εξοπλισμένα στρατεύματα. Επειδή ακριβώς η σημασία της πυρίτιδας είναι σαφώς μεγάλη, είναι παράξενο το ότι κανείς δεν είναι γνωστός ως "ο εφευρέτης της πυρίτιδας" όπως συμβαίνει με την τυπογραφία, μια άλλη μέγιστη εφεύρεση του Μεσαίωνα.

Η αλήθεια είναι πως η πυρίτιδα ανακαλύφθηκε μάλλον, παρά εφευρέθηκε, από τους Κινέζους κατά τη διάρκεια της έρευνάς τους για κάτι τελείως διαφορετικό από ένα εκρηκτικό. Για να καταλάβουμε πώς συνέβη αυτό πρέπει να μάθουμε κάποιες από τις δραστηριότητες των Κινέζων αλχημιστών. Οι χημικές θεωρίες τους μπορεί τώρα να φαίνονται παράλογες, όμως ήταν ικανοί και επιμελείς πειραματιστές.

Οι Κινέζοι Αλχημιστές

Οι Κινέζοι αλχημιστές πίστευαν στην Ταοϊστική θρησκεία. Μια σχολή του Ταοϊσμού δίδασκε πως η ανθρώπινη αθανασία μπορούσε να επιτευχθεί πίνοντας φίλτρα παρασκευασμένα από Ταοϊστές αλχημιστές. Η παραγωγή τέτοιων ελιξιρίων μέσω της ανάμιξης οποιωνδήποτε υλικών περνούσαν από το χέρι τους, οδήγησε στην ανακάλυψη ενός πλήθους χημικών μεταλλαγών.

    Μια ευρείας χρήσεως ουσία από τους Ταοϊστές αλχημιστές ήταν η αλατόπετρα ή νιτρικό κάλιο. Επειδή ήταν φυσικό προϊόν της Κίνας, ήταν γνωστό αυτό την εποχή των Han. Το θείο ήταν επίσης πολύ γνωστό και αναμεμιγμένο με το νιτρικό κάλιο, καιγόταν ισχυρά.

Η πρόσθεση ουσιών που περιείχαν άνθρακα, πιθανώς τυχαία, παρήγε μίγματα τα οποία αναφλέγονταν με κάποια δύναμη αλλά δεν εκρήγνυντο. Είναι αμφίβολο εάν η πυρίτιδα δόθηκε ποτέ ως ελιξίριο της αθανασίας, όμως διαμορφώθηκε από αλχημιστές για τους οποίους κάθε χημικό ήταν ένα ισχυρό φάρμακο και το παλιό κινέζικο όνομα που δόθηκε στην πυρίτιδα ήταν : huo yao ή "φάρμακο της φωτιάς".

    Η Εκρηκτική πυρίτιδα 

Η πυρίτιδα που χρησιμοποιείται ως εκρηκτικό περιέχει ένα μεγάλο ποσοστό νιτρικού καλίου και φαίνεται να αποτελεί σταδιακή εξέλιξη του μίγματος χαμηλής αναφλέξεως που περιγράφηκε για πρώτη φορά από τους Κινέζους αλχημιστές. Η πρώτη τυπωμένη συνταγή για εκρηκτική πυρίτιδα που επιβιώνει ακόμα εμφανίστηκε σ' ένα κινέζικο στρατιωτικό εγχειρίδιο του 1044 μ.Χ. Είναι σαφές πως εκείνη την περίοδο τη χρησιμοποιούσαν για τον πόλεμο, αν και είχε διατηρήσει την ονομασία "φάρμακο της φωτιάς". Αυτή την πυρίτιδα τη χρησιμοποιούσαν στην Κίνα τρεις αιώνες πριν από τη χρήση της στην Ευρώπη.

    Πώς ταξίδεψε η γνώση της πυρίτιδας ως τη Δύση ; Υπάρχουν κάποιες επαφές με την Κίνα κατά τη διάρκεια του 13ου αιώνα. Γύρω στα 1253 διάφοροι φραγκισκανοί μοναχοί ταξίδεψαν στη Μογγολική αυλή ως διπλωματικοί απεσταλμένοι. Αυτοί ταξίδεψαν και στην Κίνα και μπορεί να είδαν την πυρίτιδα εν χρήσει. Επίσης το 13ο αιώνα διάφοροι έμποροι, εκ των οποίων πιο διάσημος είναι ο Marco Polo, ταξίδεψαν εκτεταμένα στην Κίνα και επέστρεψαν στη Δύση. Κάποιος έφερε μαζί του τη γνώση της πυρίτιδας και οι Ευρωπαίοι άρχισαν να φτιάχνουν βόμβες στα 1327.

     Η συνέχεια είναι σε όλους γνωστή . . .

Τελικά, η αθανασία που πέτυχαν οι Ταοϊστές έχει μια φύση που αυτοί δεν θα είχαν θελήσει.