16. Энергонасыщенные вещества

В данном разделе рассматриваются вещества, способные к самостоятельному горению, разлагающиеся со значительным выделением тепла и газов. Они широко используются в качестве одного из основных компонентов взрывчатых материалов и современных смесевых топлив, а также представляют определенный интерес в качестве компонентов пиротехнических составов. Среди значительного количества таких веществ наибольшее значение приобретают малочувствительные к начальным импульсам (удару, трению, детонации и др.) энергонасыщенные материалы. Наиболее изученными из них являются триаминотринитробензол (ТАТБ, ТАТВ), имеющий относительно высокую мощность (~ 80% по отношению к октогену); аминонитропроизводные бензофуроксанов: аминодинитробензофуроксан (АДНБФ, ADNBF), диаминодинитробензофуроксан (ДАНБФ, СL-14), динитрогликольурил (ДИНГУ, DINGU), динитроимидазол (ДНИ, DNI), нитротриазолон (NTO), нитрогуанидин (NG) и др. Свойства некоторых из этих веществ, а также октогена, гексогена, тротила и динитротолуола приведены в табл. 2.28.

Динитрат N,N-диэтанолнитрамина (ДИНА) – негигроскопичное и нелетучее бесцветное кристалллическое вещество. Растворяется в бензоле, спиртах, ацетоне, азотной и уксусной кислотах; в воде не растворяется. Плотность его расплава равна 1465 кг/м³ (70⁰С), энтальпия плавления – 236 кДж/моль, теплота взрывчатого превращения – 53,76 кДж/моль, количество газообразных продуктов взрыва – 40,2 моль/кг, фугасность – 480 см³. Чувствительность к удару по стандартной пробе составляет, %: свежеприготовленного – 44, после хранения – 80-88; чувствительность к трению на копре К-44-III – 1170 кг/см² (нижний предел). Обладает достаточной химической стойкостью. Стабилизатором его химической стойкости являются централиты. Применяется в качестве компонента баллиститных порохов, смесевых ракетных топлив и взрывчатых материалов.

Таблица 2.28 – Свойства энергонасыщенных веществ [117]

Вещество	Формула	ρ, кг/м3	tпл., 0С	–Н0, кДж/моль	Кисло-родный баланс, %	Di, м/с
Октоген	С4Н8N8O8	1904	276 (разл.)	-75,0	-21,6	9300
Гексоген	С3Н6N6O6	1806	204,5	-61,6	-21,6	8930
DINGU	С4Н4N6O6	1970	250 (разл.)	177,0	-27,6	8790
БТФ	С6N6O6	1903	198-200	-580,0	–	8610
NTO	С2Н2N4O3	1930	270 (разл.)	130,0	-24,6	8560
NG	СН4N4O2	1775	257	92,5	-30,7	8350
СL-14	С6Н4N5O6	1942	289 (разл.)	-86,3	-50,0	8340
ADNBF	С6Н3N5O6	1901	270	-153,9	-49,8	8220
2,4-Динитротолуол	С3Н2N4 O4	1763	274	-20,5	-30,4	8130
ТАТВ	С6Н6N6O6	1938	> 330	154,2	-55,8	8100
ДИНА	C4H8N4O8	1675	51,5-52,5	302,0	–	7780
Тротил	С7Н5N3O6	1654	80,6	74,5	-74,0	7000

Бензотрифуроксан (БТФ) – бесцветное или слегка желтоватое кристаллическое вещество. Теплота его взрывчатого превращения равна 5861 кДж/кг. Он хорошо растворяется в ацетоне, бензоле, этиловом спирте, этилацетате; в воде не растворяется. Образует комплексы с ароматическими и кислородсодержащими веществами. Используется в детонаторах, детонирующих шнурах, высокоимпульсных твердых топливах и взрывчатых составах.

Нитрогуанидин – бесцветные эластичные иглы или пластины. В пиротехнических составах и топливах, как правило, используется в порошкообразном состоянии. Растворяется в воде, концентрированных кислотах, пиридине, ацетоне и спирте; практически не растворяется в бензоле, толуоле, четыреххлористом углероде; в горячей воде и щелочах гидролизуется. Используется в качестве компонента газогенерирующих составов, баллиститных порохов и твердых ракетных топлив.

Тротил (2,4,6-тринитротолуол, ТНТ, тол, толит, трилит, тритол, тритон) – бесцветное кристаллическое вещество, имеющее структурную формулу

Плотность тротила, запрессованного при давлении 14,5 МПа, равна 1540 кг/м³, а при давлении 43,5 МПа – 1620 кг/м³.

Удельная теплоемкость твердого тротила составляет:

t, 0С	0	20	50	80
cр, кДж/(кгК)	1,29	1,37	1,39	1,55

Упругость паров при температуре 85⁰С равна 7,0 Па, при 100⁰С – 14,1 Па; удельная энтальпия плавления составляет 89,71 Дж/г; теплота сгорания – 13783 кДж/кг; теплота взрывчатого превращения (H₂O → пар) – 4231,9 кДж/кг.

Тротил негигроскопичен (обычно содержит 0,05% влаги), начинает разлагаться при температуре 150⁰С. Температура вспышки составляет 290⁰С, чувствительность к удару – невысокая, объем образующихся при взрыве газов – 730 л/кг. Используется в качестве взрывчатого вещества и компонента взрывчатых материалов.

Гексоген (1,3,5-тринитро-1,3,5-триазациклогексан) – бесцветное кристаллическое вещество. Имеет структурную формулу

Плотность монокристалла равна 1806 кг/м³, плотность запрессованного образца при давлении 20 МПа – 1730 кг/м³. Он ограниченно растворяется в воде, спирте, эфире, слабой азотной кислоте, бензоле, хлороформе; несколько лучше растворяется в ацетоне, ацетонитриле, метилацетате, диметилформамиде. С нитроглицерином образует пластичную массу (при 100⁰С растворяется 8,2%). Гидролизуется под действием щелочей и частично в воде при температуре выше 140⁰С (в автоклаве). Стоек к действию соляной кислоты и света.

Гексоген имеет следующие взрывчатые характеристики: температуру вспышки – 230⁰С; чувствительность к удару (масса груза 10 кг, высота 25 см) – 70-80%; теплоту взрыва (H₂O → пар) – 5440 кДж/кг; скорость детонации при ρ = 1600 кг/м³, равную 8200 м/с, а при ρ = 1700 кг/м³ – 8380 м/с; объем образующихся при взрыве газов – 908 л/кг.

Является мощным взрывчатым веществом. Используется индивидуально и в качестве компонента взрывчатых материалов и твердых топлив.

Октоген (1,3,5,7-тетранитро-1,3,5,7-тетразациклооктан; гомоциклонит) – высокоплавкое бесцветное кристаллическое вещество, обладающее мощными взрывчатыми свойствами. Имеет структурную формулу

Существует в четырех полиморфных модификациях: α-фор-ме (устойчивой до 115⁰С; ρ = 1960 кг/м³); β-форме (существующей при температуре 115-156⁰С; ρ = 1870 кг/м³); γ-форме (устойчивой при температуре  156⁰С; ρ = 1820 кг/м³); δ-форме (устойчивой при температуре 156-279⁰С; ρ = 1780 кг/м³). Каждую модификацию можно получить при комнатной температуре, подбирая растворители и условия кристаллизации. Например, α-модификацию получают при медленной кристаллизации из уксусной кислоты, нитрометана, ацетона, азотной кислоты. Она более устойчива и не воспламеняется при падении в медную пробирку, нагретую до температуры 360⁰С. Октоген плавится с разложением. Температура плавления, определенная в специальной бомбе, равна 278,5-280⁰С; температура начала разложения – 260⁰С, температура вспышки – 290⁰С.

Октоген ограниченно растворяется в дихлорэтане, анилине, нитробензоле и диоксане; практически не растворяется в метиловом, этиловом и изобутиловом спиртах, бензоле, толуоле, ксилоле, диэтиловом эфире. В воде при температуре 100⁰С растворяется 0,02 г октогена. Он химически менее активен, чем гексоген. Дает молекулярные комплексы со многими соединениями, например, с диметилформамидом. Имеет следующие взрывчатые характеристики: чувствительность к удару – 84% (β-форма), расширение в бомбе Трауцля – 480 мл, объем газообразных продуктов взрыва – 782 л/кг; теплота взрыва составляет 5526 кДж/кг.