- •Учебно-методическое пособие Термодинамические и кинетические основы превращений энергонасыщенных систем
- •Возможная направленность химического процесса
- •Кинетика химических процессов
- •Значения энергии активации некоторых процессов без катализатора и с катализатором
- •Раздел 1. Энергонасыщенные материалы и процессы их превращения.
- •Тема 1. История развития и применения горючих и взрывчатых веществ
- •Тема 2. Общие сведения о горении взрыве.
- •1. Определения.
- •2. Условия, определяющие возможность химического взрыва.
- •Тема 3. Энергонасыщенные системы как источник энергии и их классификация.
- •2. Классификация эм
- •Общая классификация вв
- •Инициирующие вв
- •Инициирующие вв повышенной термостойкости
- •Бризантные взрывчатые вещества.
- •Требования, предъявляемые к пиротехническим составам
- •Классификация и области применения порохов
- •1. Назначение компонентов и принципы компоновки составов нитроцеллюлозных порохов и трт
- •Состав и характеристики пироксилиновых порохов
- •Состав и характеристики баллиститных порохов
- •Химический состав и характеристики основных типов баллиститных трт
- •Классификация твердых ракетных топлив
- •Реактивные топлива
- •1. Сравнение энергии взрывчатых веществ с энергией топлива.
- •2. Зависимость мощности, развиваемой при взрыве, от скорости выделения энергии.
- •3. Классификация и общая характеристика явлений взрывчатого превращения.
- •Раздел 2. Химические превращения при горении и детонации. Состав продуктов превращения и их термодинамические параметры.
- •Тема 3. Теплота и температура взрыва
- •Основным законом термохимии является закон Гесса
- •Вычисление теплоты взрывного превращения вв.
- •Опытное определение теплоты взрыва.
- •Температура взрыва.
- •Тема 4. Уравнения реакции разложения взрывчатых веществ. Кислородный баланс.
- •1. Характеристика соотношения между горючим и кислородом в вв.
- •2. Уравнение реакции разложения вв с положительным или нулевым кислородным балансом.
- •Уравнение реакции разложения вв с отрицательным кислородным балансом. Содержания кислорода достаточно для превращения всего углерода в газы.
- •Уравнение реакции разложения вв с отрицательным кислородным балансом. Содержания кислорода недостаточно для окисления всего углерода в со (в продуктах взрыва остается свободный углерод)
- •4. Расчет элементной формулы взрывчатых составов
- •Тема 5. Объем газообразных продуктов взрыва. Давление продуктов взрывного превращения
- •Объем газообразных продуктов взрыва
- •2. Давление продуктов взрывного превращения
- •3. Сила, потенциал, теплота горения и удельное газообразование порохов ствольного оружия
- •Раздел 3. Термохимия энергонасыщенных материалов.
- •Тема 6. Методы исследования состава продуктов превращения и их термодинамических параметров.
- •Тема 7. Теоретические основы термодинамического расчета продуктов превращения.
- •Раздел 4 Кинетические теории взрывчатого превращения
- •Тема 8. Нестационарный режим горения
- •Тема 9. Зависимость между параметрами детонационной волны
Вычисление теплоты взрывного превращения вв.
Реакция взрывного превращения тротила происходит по уравнению
На основании закона Гесса можно написать
Следовательно,
Теплота взрывного превращения равна разности между теплотой образования продуктов взрыва и теплотой образования самого взрывчатого вещества.
Теплоту взрыва можно вычислить исходя из уравнения реакции и используя справочные данные о теплоте образования соответствующих веществ. Некоторые данные представлены в табл. 3.1.
Таблица 3.1 Теплоты образования и взрывчатого превращения некоторых ВВ
-
Название ВВ
Формула ВВ
ΔНобр, кДж/моль
ΔНреакции, кДж/кг
Гексоген
(CH2NNO2)3
89,0
-5420
Нитрогликоль
C2H4(ONО2)2
-234,0
-
Нитроглицерин
C3H5(ONО2)3
-345,7
-6220
ТЭН
C(CH2ON)2)4
-514,1
-5650
Тротил
С6Н2(NO2)CH3
54,3
-4330
Пикриновая кислота
C6H2(NO2)3OH
-223,6
-4305
Гремучая pтуть
Hg(ONC)2
273,4
-1735
Азид свинца
Pb(N3)2
477,3
-1547
Аммонийная селитра
NH4NO3
-368,3
-1440
Дымный порох
75%KN03+15%C+10%S
-
-2780
Аммотол 80/20
80%NH4NO3++20%C6H2(NO2)3CH3
-
-4055
Пироксилиновый порох пушечный
-
-
-3198
Пироксилин с 13,3%N
-
-
-4347
Опытное определение теплоты взрыва.
Теплоту взрыва взрывчатых веществ, легко воспламеняющихся от накаленной проволоки и полностью сгорающих в инертной атмосфере, обычно определяют опытным путем в приборе, состоящем из калориметрической бомбы и калориметра. К таким веществам относятся, например, пороха.
Перед опытом в калориметрической бомбе откачивают воздух, возможно также заполнение бомбы инертным газом, например азотом. Для определения количества тепла, выделившегося при взрыве, бомбу помещают в калориметр с точно отмеренным количеством калориметрической жидкости (обычно вода). Применение жидкостных калориметров связано с созданием сложных и дорогостоящих установок внушительных размеров. Поэтому в ряде методик в качестве калориметра используют саму бомбу, причем температуру ее измеряют термометрами Бекмана, расположенным в разных точках, опыты проводят в стандартных бомбах Бертло-Малера, Долгова или Бихеля. Калориметрические бомбы обычно тарируют сжиганием в них навесок бензойной кислоты с точно определенной теплотой сгорания, при этом определяют так называемое тепловое значение калориметра, равное количеству тепла, поглощенного его массой при повышении температуры на 1°С. В бомбе Бертло-Малера для вторичных и метательных ВВ можно определить только теплоту горения или теплоту взрыва только инициирующих ВВ и черного пороха (взрываются от накаленной проволочки).
Экспериментальные методы определения теплоты взрыва предложены и для детонирующих ВВ, но они еще широко не применяются. Для ВВ, которые взрываются только от капсюля-детонатора, используется бомба больших размеров (бомбы, применяемые в английских лабораториях или бомбы Апина и Беляева). При определении «фугасной» теплоты навеску ВВ взрывают в тонкостенных оболочках из свинцовой фольги и стекла. При этом ПВ без существенного теплообмена с материалом оболочки свободно расширяются и отдают свое тепло калориметрической жидкости через стенки установки. При определении «детонационной» теплоты ВВ массой 10–40 г взрывают в толстостенной медной или латунной оболочке. В этом случае, благодаря интенсивному теплообмену ПВ с разрушаемым материалом оболочки, происходит быстрое охлаждение ПВ с «закалкой» ложного равновесия, то есть фиксацией их химического состава, близкого к начальному составу ПД в детонационной волне.
Применение оболочек из различных материалов (в том числе золота) и различной толщины является удобным методом физического моделирования взрывов с различной газодинамикой расширения ПВ при определении термохимических характеристик ВВ. Теплота взрыва каждого индивидуального ВВ не является его строгой константой, а варьируется в некоторых пределах и зависит от условий расширения ПВ, размеров заряда ВВ, а также его начальной плотности.
При оценке теплот взрыва, получаемых в калориметрических бомбах, тепловой эффект сильно зависит от условий, в которых происходит взрыв. Поэтому, полученные данные имеют лишь условное значение.
