כיצד ללמוד כימיה של חומרי נפץ?
חומרי נפץ נמוכים הם אידיאליים לשימוש כדלקים, ואילו חומרי נפץ גבוהים משמשים לבנייה, כרייה ולמטרות צבאיות.
מחזיזים ועד פצצות גרעיניות, לחומרי נפץ יש יכולת לרגש ולהרתיע אנשים. השימוש הידוע הראשון בחומרי נפץ זוכה לסינים שהשתמשו בהם בחגיגות. מאוחר יותר אחת הם הותאמו לשימוש במלחמות, תעשיות כרייה, בנייה והריסה, ואינספור יישומים אחרים. בשני המקרים, אתה זקוק לחומר הנפץ הנכון לתפקיד, או שאתה מסכן את עצמך ואחרים. הבנת כימיקלים נפיצים מתחילה בללמוד את סוגי הנפצים השונים, לדעת אילו תהליכים כימיים מעורבים בהתפוצצות, ולחשוב על פיצוצים שאינם כימיים.
שיטה 1 מתוך 3: לימוד סוגי הנפצים
- 1זהה חומרי נפץ ראשוניים. חומרי נפץ ראשוניים מוגדרים באופן נרחב כחומרי נפץ שיתפוצצו ללא פיצוץ כדי להתחיל בתגובה. זה בעצם אומר שחומרי נפץ ראשוניים הם המעמד המפוצץ ביותר. סוג נפץ זה רגיש מאוד לשינויי טמפרטורה, זרם חשמלי, קרינה אלקטרומגנטית, או לשינויים בכוח או בלחץ הפועלים על המתחם. הם משמשים להכנת דברים כמו זיקוקים ופיצוץ מכסים.
- לדוגמה, ניתן להפחית ניטרוגליצרין רק על ידי ניעור או זרוק בקבוק ממנו. זה הופך את זה למסוכן מאוד לטיפול.
- מכסי פיצוץ הם מטעני חבלה המשמשים להפעלת מטען חבלה אחר.
- 2הבן חומר נפץ משני. חומרי נפץ משניים מורכבים מתרכובות יציבות הרבה יותר מנפצים ראשוניים. המשמעות היא שהם זקוקים לאנרגיה רבה כדי ליזום אותם לא תידלק בקלות אם הם צורמים, מחוממים או מזועזעים. במקום זאת, נפצים משניים מפוצצים באמצעות חומר נפץ ראשוני (למשל מכסה פיצוץ) כדי להתחיל בתגובה.
- דינמיט הוא דוגמה לחומר נפץ משני.
- נדבך נוסף של חומרי נפץ, חומרי נפץ שלישוניים (או חומרי פיצוץ), דורשים פיצוץ חומר נפץ ראשוני, ואחריו חומר נפץ משני להצתה. אלה משמשים בדרך כלל בתעשיות כמו כרייה ויש להם יתרון בכך שהם מאוד יציבים ובטוחים להובלה (למשל, תערובת אמוניום חנקתי / מזוט, ANFO).
חומרי נפץ ראשוניים מוגדרים באופן נרחב כמטענים שיתפוצצו ללא פיצוץ בכדי להתחיל בתגובה. - 3להבדיל בין חומרי נפץ גבוהים ונמוכים. גבוה ונמוך מתייחס למהירות הבעירה. חומרי נפץ נמוכים שורפים רק את שכבת השטח של התרכובת, אם כי הם נשרפים מהר מאוד (זיקוקים ואבקת שריפה הם חומרי נפץ נמוכים). כאשר מתמודדים עם תרכובות המסווגות כחומר נפץ גבוה, המסה כולה תתפוצץ כמעט בו זמנית (תוך כמה אלפיות השנייה). חומרי נפץ נמוכים הם אידיאליים לשימוש כחומר דלק, ואילו חומרי נפץ גבוהים משמשים לבנייה, כרייה ולמטרות צבאיות.
- ייתכנו שימושים אחרים לשני סוגים של חומר נפץ.
- הבדל נוסף בין חומרי נפץ גבוהים ונמוכים הוא הצורך בלחץ. חומרי נפץ נמוכים יתפוצצו רק כאשר תגובת הבעירה תהיה מכילה ובונה לחץ. חומרי נפץ גבוהים יתפוצצו ללא קשר למיכל שלהם (או חוסר).
- 4למד על חומרי נפץ גרעיניים. בעוד שכימיקלים נפיצים נמוכים ונפיצים גבוהים רבים שזרו את דרכם בתוך ומחוץ להיסטוריה האנושית תוך זיקוק וריפומציה, המאה העשרים הולידה סוג חדש של מטען חבלה. פיצוצים גרעיניים נוצרים כאשר גרעין האטום מפוצל על ידי חלקיקים במהירות גבוהה.
- שברי האטום ההוא פוגעים אז בגרעין האטומים האחרים ויוצרים תגובת שרשרת שמשחררת כמות אדירה של אנרגיה אטומית. טכנולוגיה זו שימשה לייצור חשמל וליצירת סוג הנשק הקטלני ביותר הידוע לאנושות.
שיטה 2 מתוך 3: הבנת תהליכים כימיים
- 1למדו על תהליך הבעירה. בעירה היא תהליך כימי בו מגיבים פחמימנים וחמצן לשחרור אנרגיה ויוצרים פחמן דו חמצני (CO 2) ומים (H 2 O). זה מכונה בדרך כלל "צריבה". לדוגמא, כאשר אתה מדליק פיסת עץ באש, שרשראות הפחמימנים בעץ מגיבות עם חמצן (או מתחמצן) בקצב מהיר.
- התגובה היא אקסותרמית (נותנת אנרגיה), ואנרגיה משתחררת בצורה של חום ואור (הלהבה). תהליך זה הוא אותו תהליך שעובר חומר נפץ נמוך לפיצוץ.
- לדוגמא, חשוב מה קורה כשאתה מצית אבק שריפה. הניצוץ מספק את האנרגיה הדרושה כדי להתחיל בתגובה, ואז הפחמן מתחמצן. היווצרות מהירה של גז (CO 2 ו- H 2 O) מניעה את הכדור מהאקדח.
חומרי נפץ נמוכים שורפים רק את שכבת פני השטח של המתחם, אם כי הם נשרפים מהר מאוד (זיקוקים ואבקת שריפה הם חומר נפץ נמוך). - 2להפגין את ההשפעה של הרחבת גזים. חומרי נפץ נמוכים יוצרים פיצוץ המיר במהירות מוצק או נוזל לגז באמצעות בעירה. בדרך כלל גזים מתרחבים (מגדילים את נפחם) יותר מנוזל או מוצק. מכיוון שהם כלולים ואי אפשר להגדיל את הנפח, הלחץ בתוך המכולה מצטבר. כאשר המכולה כבר לא יכולה להחזיק את הלחץ, כל הגז יוצא בבת אחת החוצה ויוצר פיצוץ.
- חוק בויל קובע כי לחץ הגז הוא ביחס הפוך לנפח שהוא תופס. לכן, ככל שהנפח קטן יותר, הלחץ גבוה יותר ולהיפך.
- אתה יכול לבטח בבטחה את ההשפעה של התרחבות והתכווצות של גזים באמצעות בלון.
- מרבית הנפצים משתמשים במולקולות היוצרות גז כשהן מתפרקות. TNT, למשל, מייצר כמויות גדולות של גז חנקן כאשר הקשרים הבין מולקולריים נשברים.
- מולקולות הנסוגות לאלקטרונים (בדרך כלל חנקן או חמצן) קשורות לרוב זו לזו בדרכים לא יציבות. זה גורם לחומר הנפץ להיות נוטה לשבירת אותם קשרים לטובת יצירת גז (O 2 או N 2 למשל).
- 3מושג מחסומי הפעלה. במילים פשוטות, מחסום הפעלה הוא כמות האנרגיה שיש להכניס למערכת כימית לפני שמערכת זו תגיב. לחומרי נפץ ראשוניים יש מחסום הפעלה נמוך (ניתן להדליק חלק מהם עם בליטה מקרית). לחומרי נפץ משניים יש מחסום הפעלה גבוה (זה דורש פיצוץ כדי אפילו להתחיל בתגובה).
- גם חומרי נפץ נמוכים נוטים להיות בעלי מחסום הפעלה נמוך (רגישות לחום) ואילו חומרי נפץ גבוהים יכולים להיות בעלי מחסום הפעלה נמוך במקרים מסוימים (חשבו על ניטרוגליצרין) ומחסום הפעלה גבוה במקרים אחרים (חשוב C-4).
- ניתן לערבב תרכובות עם מחסומי הפעלה גבוהים עם תרכובות אחרות כדי להפחית את מחסום ההפעלה. לדוגמא, תרמיט חייב להגיע לכ- 1093 מעלות צלזיוס (1090 מעלות צלזיוס) כדי להתלקח, אך תרמיט צבאי (TH3) מכיל תוספים המורידים את טמפרטורת ההצתה.
שיטה 3 מתוך 3: הסתכלות על פיצוצים מכניים
- 1דמיין פיצוץ שלא דרש שום תגובה כימית. פיצוץ מכני מתרחש ללא צורך תגובה כימית. במקרה זה, הלחץ שבתוך מיכל נבנה בגלל התכונות הפיזיקליות שתכולת הנוזל (הנוזל או הגז) שלו והסביבה אליה נחשף המיכל. כאשר הלחץ עולה על מה שיכול המכולה, המכולה נשברת והנוזל שבתוכה מתרחב במהירות וגורם לפיצוץ.
- צמיג נושבת בחוץ הוא דוגמה פיצוץ מכני.
גם חומרי נפץ נמוכים נוטים להיות בעלי מחסום הפעלה נמוך (רגישות לחום) ואילו חומרי נפץ גבוהים יכולים להיות בעלי מחסום הפעלה נמוך במקרים מסוימים (חשבו על ניטרוגליצרין) ומחסום הפעלה גבוה במקרים אחרים (חשוב C-4). - 2חשוב על השפעת המכולה. במקרה של פיצוץ מכני, עוצמת המכולה תשחק תפקיד משמעותי בעוצמת הפיצוץ. בדרך כלל, ככל שהמיכל יכול להחזיק יותר לחץ, כך הפיצוץ יהיה גדול יותר כאשר הוא נכשל. כמו כן, מצבו של המכולה ישפיע על קלות הכישלון שלו. מיכל פגום ייכשל מהר יותר ממצב טוב. מאפיינים אחרים של המכולה יכולים לשנות את המהירות שבה הלחץ ייבנה במצב נתון.
- לדוגמא, מיכל המוליך חום בקלות יאפשר לנוזל להתרחב מהר יותר ממי שמבודד את הנוזל.
- אם נשמע לדוגמא של צמיג מפוצץ, צמיג שחוק הוא בעל סיכוי גבוה יותר לפיצוץ מאשר צמיג חדש.
- 3שקול גורמים אחרים שישפיעו על פיצוצים מכניים. מלבד מאפייני המיכל, תכונות הנוזל עצמו ישפיעו על פיצוץ או לא. ראשית, כמות הנוזלים הקיימת במיכל היא גורם חשוב. גורם חשוב נוסף הוא טמפרטורת הנוזל שבתוכו, וכמה אנרגיה דרושה כדי להגדיל את הטמפרטורה.
- אם הנוזל ממלא רק 50% מהמיכל, יש לו הרבה מקום להתרחב. לעומת זאת, מיכל מלא ב 90% משאיר מעט מקום להרחבה.
- על פי חוק גיי-לוסק, לחץ קשור ישירות לטמפרטורה. ככל שטמפרטורת הנוזל עולה (והנפח נשאר זהה), גם הלחץ יגדל.
- בקש במחלקה לכימיה במכללה או באוניברסיטה סמוכה ללמוד עוד על המאפיינים של תרכובות נפץ שונות והרחיב על שיטה 2.
- אל תנסה לייצר או לפוצץ חומר נפץ אלא אם כן הוכשרת לכך.
קרא גם: כיצד מודדים חומר אורגני במים?
תגובות (1)
- המידע היה מועיל.
