شیمی مواد منفجره

مواد منفجره پودری یا باروت (که به عنوان پودر سیاه نیز شناخته می‌شود) یکی از نخستین مواد منفجره شیمیایی ثبت‌شده به شمار می‌رود. این ماده که در گذشته به عنوان عامل انفجار و محرک در تفنگ‌ها مورد استفاده قرار می‌گرفت، امروزه به طور عمده با جایگزین‌های مدرن‌تر جایگزین شده است.

با اینکه تصور می‌شود باروت توسط راهبان چینی در حدود قرن نهم میلادی اختراع شده، اما اولین مواد منفجره واقعی تا سال 1846 توسط Ascanio Sobrero ساخته شد. او با ترکیب گلیسرول و مخلوطی از اسید نیتریک و سولفوریک، نیتروگلیسیرین را تولید کرد.

نیتروگلیسیرین یک ماده منفجره مایع است که به یکی از سه ماده اصلی دینامیت تبدیل شده است. دو ماده شیمیایی دیگر در این ترکیب، اکسیدکننده و پراکسید هستند. نیتروگلیسیرین به طور قابل توجهی سریع‌تر و پرانرژی‌تر از باروت است و سرعت انفجار آن 25 برابر و انرژی آن سه برابر بیشتر از باروتی است که عمدتاً از نیترات پتاسیم، گوگرد و زغال‌چوب تشکیل شده است.

یک ماده منفجره چه نوع واکنش شیمیایی است؟

از نظر شیمیایی، هر چیزی که قابل احتراق و مهر و موم باشد در صورت وجود مقدار کافی اکسیژن، جرقه زن و شرایط دما و فشار مناسب می تواند منفجر شود. یک انفجار می تواند یک طرفه باشد، مانند انفجاری که در داخل لوله تفنگ حرکت می کند، یا می تواند همه جهته باشد، مانند انفجار نارنجک.

انفجاری که توسط یک تفنگ دستی ایجاد می شود یک طرفه است

انفجار در واقع یک واکنش اکسیداسیون بسیار سریع است که مقدار زیادی گاز تولید می‌کند و به دنبال آن فشار ناگهانی آزاد می‌شود. برای ایجاد فشار شدید و در نتیجه تولید سریع گازها، یک ماده منفجره باید در یک ظرف بسته قرار گیرد. زیرا گازها زمان کافی برای انبساط و از دست دادن فشار و گرما ندارند، بنابراین انرژی زیادی را در یک فضای نسبتاً محدود آزاد می‌کنند. این آزادسازی انرژی است که باعث ایجاد انفجار می‌شود.

چه دو عنصر می توانند باعث انفجار شوند؟

چندین عنصر مختلف می‌توانند منجر به ایجاد انفجار شوند. هیدروژن یکی از این عناصر است، اما هر عنصری که قادر باشد به سرعت با اکسیژن در یک ظرف بسته واکنش دهد، می‌تواند باعث انفجار گردد.

علاوه بر این، فلزات قلیایی خاکی و فلزات قلیایی نیز وجود دارند. این عناصر به قدری ناپایدار هستند که به صورت مستقل وجود ندارند، اما می‌توانند به شدت با آب، اکسیژن و هالوژن‌ها واکنش نشان دهند. اگر این واکنش‌ها در یک ظرف مهر و موم شده انجام شوند، می‌توانند منجر به انفجار شوند.

به طور کلی، برای ایجاد یک واکنش انفجاری به یک عنصر با الکترونگاتیوی پایین و یک عنصر اکسیدکننده با الکترونگاتیوی بالا مانند فلوئور نیاز است. در بسیاری از موارد، وجود یک کاتالیزور نیز ضروری است.

انواع رایج مواد منفجره

مواد منفجره که بر پایه ترکیبات شیمیایی ساخته می‌شوند، در زمینه‌های مختلفی کاربرد دارند. به عنوان نمونه، در صنعت سرگرمی، برای آتش‌بازی و ایجاد جلوه‌های ویژه در فیلم‌ها به این مواد وابسته‌اند. همچنین، از آنها برای تخریب ساختمان‌های قدیمی و غیرقابل استفاده بهره‌برداری می‌شود. در صنعت معدن نیز، مواد منفجره برای جداسازی قطعات بزرگ سنگ معدن به منظور فرآوری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در حقیقت، برخی از مجسمه‌های بزرگ و جاذبه‌های ملی، نظیر کوه راشمور در ایالات متحده، بدون به کارگیری مواد منفجره قابل ایجاد نبودند. با این وجود، در حالی که مواد منفجره کاربردهای سازنده متعددی دارند، به وضوح از آن‌ها به عنوان سلاح نیز بهره‌برداری می‌شود.

برخی از رایج ترین انواع مواد منفجره عبارتند از:

• نیتروگلیسیرین
• تری نیتروتولوئن (TNT)
• نیتروسلولز (پنبه، پیروکتون، نیتروکتون)
• مواد منفجره امولسیونی و دوغاب

این مواد منفجره معمولاً برای فعال شدن به نوعی ماشه (مانند پرایمر، کلاه انفجار یا جرقه الکتریکی)، کاتالیزور و اکسیدکننده نیاز دارند. همچنین، بسته‌بندی صحیح این مواد به منظور دستیابی به حداکثر قدرت انفجار ضروری است.

برخی از مواد منفجره، به ویژه آن‌هایی که در تخریب‌های کنترل‌شده به کار می‌روند، دارای محرک‌های تاخیری هستند که امکان فعال‌سازی انفجارهای متوالی را با دقت در میکروثانیه فراهم می‌کنند. این ویژگی به کارشناسان این امکان را می‌دهد که فروریختن ساختمان‌های فرسوده را به شیوه‌ای ایمن مدیریت کنند. به عنوان مثال، یک آسمان‌خراش که در محاصره ساختمان‌های دیگر قرار دارد، می‌تواند به گونه‌ای منفجر شود که به جای گسترش شعاعی یا به سمت کناره‌ها، به صورت عمودی فرو بریزد.

1. اکسید کننده ها

وسایل انفجاری نمی‌توانند به اندازه کافی سریع با اکسیژن موجود در هوا واکنش نشان دهند تا انفجار بسیار قوی از ظرف خود ایجاد کنند. این موضوع نشان می‌دهد که آن‌ها به اکسیدکننده‌های داخلی نیاز دارند که بتوانند به سرعت با مواد شیمیایی قابل احتراق ترکیب شوند.

این اکسیدکننده‌ها معمولاً ترکیبات معدنی هستند که حاوی اکسیژن یا سایر عوامل اکسیدکننده می‌باشند. چند نمونه از این اکسیدکننده‌ها عبارتند از:

پراکسیدها

• کلرات ها
• پرکلرات ها
• نیترات ها
• پرمنگنات ها

2. نیتروگلیسیرین

نیتروگلیسیرین، که به عنوان 1،2،3-ترینیتروکسی پروپان نیز شناخته می‌شود، ماده‌ای منفجره است که در دینامیت به کار می‌رود.

این ترکیب، مایعی بی‌رنگ و بی‌بو است که از واکنش گلیسرول با اسید نیتریک به دست می‌آید و به عنوان استر اسید نیتریک شناخته می‌شود. فرمول شیمیایی نیتروگلیسیرین C3H5N3O9 بوده و ساختار مولکولی آن به صورت زیر است:

3. پراکسید

پراکسید یک ترکیب شیمیایی است که هر مولکول آن شامل دو اتم اکسیژن می‌باشد. فرمول عمومی آن R-O-O-R است. این ترکیب به طور نسبی ناپایدار است و به سادگی اکسیژن اضافی را آزاد می‌کند، که آن را به یک عامل اکسیدکننده مناسب برای مواد منفجره تبدیل می‌سازد.

پراکسید هیدروژن (H2O2) رایج‌ترین نوع پراکسید است که کاربردهای گسترده‌ای دارد. سایر نمونه‌های پراکسید نیز وجود دارند که عبارتند از:

پراکسید باریم (BaO2)

• پراکسید سدیم (Na2O2)
• پراکسید روی (ZnO2)

خطرات مواد منفجره

باید اشاره کرد که مواد منفجره بسیار خطرناک هستند و می‌توانند در یک لحظه جان انسان‌ها را بگیرند و اموال را نابود کنند. با این حال، اگر پروتکل‌های مناسب رعایت شوند و از تجهیزات ایمنی مناسب استفاده گردد، می‌توان این مواد را به‌طور ایمن ذخیره، جابجا، حمل و استفاده کرد.

برخی از مواد منفجره به گونه‌ای طراحی شده‌اند که تا زمان مونتاژ اجزا، پایدار باقی می‌مانند.

به عنوان نمونه، مواد منفجره C-4 در شرایط مختلف بسیار پایدار هستند. این مواد به سادگی با انداختن یا شلیک گلوله به سمت آن‌ها منفجر نمی‌شوند. حتی در مواجهه با آتش یا مایکروویو نیز انفجاری رخ نمی‌دهد. تنها راهی که می‌توان C-4 را منفجر کرد، ایجاد موج ضربه‌ای ناشی از شلیک چاشنی موجود در آن است.

1. گرد و غبار و زباله های خطرناک

یک انفجار، مشابه تخریب کنترل‌شده یک ساختمان، مقدار زیادی گرد و غبار و آوار خطرناک تولید می‌کند که می‌تواند به کارگران و افرادی که در اطراف هستند آسیب برساند. به عنوان نمونه، استنشاق ذرات ریز بتن پودری می‌تواند منجر به مشکلات تنفسی شود و به آلوئول‌ها و غشاهای مخاطی ریه‌ها آسیب برساند.

اگر زباله‌های بزرگ‌تر از محل انفجار به بیرون پرتاب شوند، ممکن است به افراد آسیب برسانند. به همین دلیل، در اطراف محل تخریب، تورها و سایر موانع ایمنی نصب می‌شود.

2. آتش سوزی یا انفجارهای نادرست

انفجارها با دماهای بسیار بالا همراه هستند که قادرند مواد قابل اشتعال مانند سوخت‌های فسیلی، برگ‌های خشک، ساختمان‌های چوبی و حتی درختان را به آتش بکشند. از طرف دیگر، در صورتی که یک ماده منفجره دچار نقص شود و منفجر نشود، باید در فاصله‌ای ایمن منفجر گردد تا از وقوع انفجار ناگهانی در زمان‌های غیرمنتظره جلوگیری شود.

3. ذرات آلوده موجود در هوا

همواره پس از وقوع انفجار، خطر وجود ذرات آلوده در هوا وجود دارد. به عنوان نمونه، بسیاری از ساختمان‌های قدیمی هنوز دارای عایق آزبست هستند. ذرات سرطان‌زای آزبست ممکن است به راحتی استنشاق شوند و این امر می‌تواند به بروز سرطان یا بیماری جدی ریوی به نام آزبستوز منجر شود.

دیگر آلاینده‌ها، از جمله مواد رادیواکتیو و مواد شیمیایی سمی، نیز ممکن است با هوای اطراف انفجار ترکیب شوند. در نتیجه، استنشاق این ذرات می‌تواند منجر به بروز مشکلات جدی سلامتی و حتی مرگ شود.

خلاصه

انواع مختلفی از مواد منفجره وجود دارد که معمولاً واکنش‌های شیمیایی مشابهی را نشان می‌دهند. هنگامی که مقدار زیادی گاز تحت فشار به طور ناگهانی آزاد می‌شود، ممکن است انفجار رخ دهد. برخی از انواع خاص مواد منفجره برای فعال شدن به یک ماشه، کاتالیزور و اکسیدکننده نیاز دارند. از جمله خطرات مرتبط با مواد منفجره پودری می‌توان به گرد و غبار خطرناک، زباله، آتش و ذرات آلوده در هوا اشاره کرد. به همین دلیل، رعایت پروتکل‌های مناسب در هنگام نگهداری، حمل و نقل، جابجایی و استفاده از این مواد بسیار ضروری است.

منبع:https://www.chemicals.co.uk/blog