| 第四章 爆炸與炸藥的基本理論
教學(xué)目的和要求：
了解炸藥與爆炸的概念。
掌握化學(xué)爆炸的特點(diǎn)。
掌握炸藥的氧平衡。
教學(xué)內(nèi)容
爆炸現(xiàn)象
化學(xué)爆炸三要素
炸藥的氧平衡
第一節(jié) 炸藥與爆炸概念
一、爆炸現(xiàn)象
爆炸：物質(zhì)發(fā)生急劇變化并放出大量的能量對周圍介質(zhì)做機(jī)械功，同時可能伴隨有聲、光、熱效應(yīng)的現(xiàn)象，稱為爆炸 。
如：輪胎“放炮” 鍋爐爆炸 瓦斯煤層爆炸
炸藥爆炸 原子彈爆炸等等
爆炸的基本特征表現(xiàn)在：
速度高、威力大和破壞作用強(qiáng)等方面。
從安全角度出發(fā)，爆破時還應(yīng)考慮爆炸的副作用，如地震效應(yīng)、沖擊波、飛石、有毒氣體、噪聲以及其他對相鄰物體、構(gòu)筑物和人身的影響等。
1.物理爆炸
只發(fā)生物態(tài)變化和能量轉(zhuǎn)換，不產(chǎn)生新的物質(zhì)。
2.化學(xué)爆炸
不僅有物態(tài)和能量的轉(zhuǎn)化，還生成新的物質(zhì)，并放出熱量。（分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化）
3.核爆炸
核 放出大量原子能和射線
（原子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變）
二、化學(xué)爆炸三要素
1.放出大量的熱
熱能是爆炸作功的能源，是必要條件
吸熱或放出的熱量不足，都不能使其延續(xù)
熱 機(jī)械功
草酸鉛 吸熱反應(yīng)
Pb2C2O4 2CO2+Pb-69.9KJ
草酸銅 放出熱量少
CuC2O4 2CO2+Cu+23.9KJ
草酸銀 放熱量大，爆炸
Ag2C2O4 2CO2+2Ag+123.5KJ
硝酸銨在常溫或溫度低于1500C 時，其分解反應(yīng)為放熱反應(yīng)。
千卡
當(dāng)加熱到200 0C左右，為放熱反應(yīng)。若熱量不能及時散失，溫度不斷升高就會發(fā)生燃燒和爆炸。
迅速加熱到400-500 0C或用傳爆藥柱強(qiáng)力爆炸，由于放熱熱量增大，就會引起爆炸。
2.產(chǎn)生大量的氣體
氣體是能量轉(zhuǎn)換的載體
700－1000ml/kg
不生成氣體，放熱再多也不能爆炸
氣體具有膨脹性、可壓縮性
3.爆炸反應(yīng)速度極快
是區(qū)別于一般化學(xué)反應(yīng)的最顯著的特點(diǎn)
普通化學(xué)反應(yīng)，能量大部分損失于熱的傳導(dǎo)和輻射中
2000－9000米/秒 以沖擊波完成能量傳遞
三、炸藥的概念及特點(diǎn)
炸藥：具備化學(xué)爆炸三要素的物質(zhì)
特點(diǎn)：
1.具有相對安定性和化學(xué)爆炸性，極易釋放能量
（以便加工、運(yùn)輸、儲存、使用
由化學(xué)不穩(wěn)定體系 穩(wěn)定體系）
2.具有很高的能量密度
（在微小的容積中蘊(yùn)藏著大量能量）
3.能在與空氣隔絕處發(fā)生爆炸反應(yīng)
?。– H O N 不需要外界供氧）
四、炸藥化學(xué)反應(yīng)的形式
爆炸不是炸藥唯一的化學(xué)反應(yīng)形式，在特定的反應(yīng)條件下，同種炸藥可能有四種不同形式的化學(xué)反應(yīng)：
熱分解、燃燒、爆炸和爆轟。
四種反應(yīng)形式產(chǎn)生不同的物理化學(xué)效應(yīng)。
(1) 熱分解
熱分解是炸藥化學(xué)反應(yīng)的最低形式，表現(xiàn)為炸藥在常溫下緩慢的化學(xué)變化，使原物質(zhì)發(fā)生本質(zhì)的變化。
炸藥的熱分解過程沒有明顯的聲、光效應(yīng)，通常不易覺查。
反應(yīng)速度隨內(nèi)外條件而變化，通常對溫度比較敏感，溫度越高，反應(yīng)速度越快，濕度、壓力和通風(fēng)條件對反應(yīng)速度和結(jié)果也會產(chǎn)生不同程度的影響。
炸藥熱分解一般會帶來不良后果，炸藥因熱分解而變質(zhì)直接影響炸藥的使用。
在一定條件下，熱分解會轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵踔帘?，以致發(fā)生意外爆炸事故。
所以在炸藥的制造、貯存過程中應(yīng)嚴(yán)格控制環(huán)境條件，避免炸藥的熱分解。
(2) 燃燒
燃燒是比熱分解更高一級的化學(xué)反應(yīng)形式，往往是由受熱或火焰引起的。
燃燒是物質(zhì)的氧化過程，所以一般物質(zhì)燃燒需要外界提供氧，而炸藥本身含有豐富的氧和燃料，不需要外界的氧就可以燃燒，一旦炸藥燃燒，靠隔絕空氣的滅火方法不起作用，往往還會加速炸藥的燃燒。
燃燒速度低于爆轟波的傳播速度和炸藥中的聲速；
炸藥燃燒時對壓力比較敏感，壓力越大，燃速越高，甚至由燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，所以在密閉條件下燃燒是很危險的。
在炸藥貯存時，要注意創(chuàng)造不利于燃燒的條件，如改善通風(fēng)條件。
(3) 爆炸
爆炸是炸藥的最高化學(xué)反應(yīng)形式。
與燃燒的區(qū)別在于
燃燒靠熱傳導(dǎo)傳遞能量和激發(fā)化學(xué)反應(yīng)，爆炸則靠沖擊波傳遞能量和激發(fā)反應(yīng)區(qū)；
燃燒受環(huán)境影響較大，爆炸則基本上不受環(huán)境影響。
爆炸的反應(yīng)速度、溫度和壓力都比燃燒高得多。所以爆炸表現(xiàn)出強(qiáng)烈的破壞作用。
爆炸是爆破安全的主要控制對象。
爆炸過程中遇到不利因素也可能導(dǎo)致爆炸中斷，使爆炸過程轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵驘岱纸狻?/p>
(4) 爆轟
爆炸速度增長到穩(wěn)定爆速的最大值時就轉(zhuǎn)化為爆轟，爆轟是指炸藥以最大穩(wěn)定速度進(jìn)行的反應(yīng)過程。特定的炸藥在特定的條件下的爆轟速度為常數(shù)。
爆炸和爆轟并無本質(zhì)上的區(qū)別，只不過是傳播速度不同而已。爆轟的傳播速度是恒定的，爆炸的傳播速度是可變的，就這個意義上講，也可以認(rèn)為爆轟是爆炸的一種特殊形式，即穩(wěn)定的爆炸。
炸藥爆炸已經(jīng)在許多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，尤其在工程爆破方面。在巖土工程中，無論在經(jīng)濟(jì)方面還是在效率方面，爆破方式都比機(jī)械方式優(yōu)勢強(qiáng)；在城市建設(shè)和企業(yè)改造中，控制爆破也發(fā)揮了重要作用。
炸藥化學(xué)反應(yīng)的上述四種基本形式與各自必要的條件相對應(yīng)，條件改變，反應(yīng)形式也相應(yīng)地改變，可以相互轉(zhuǎn)化，即它們之間有著非常密切的內(nèi)在聯(lián)系。
從安全和爆破工程方面考慮，都希望炸藥按照預(yù)定的反應(yīng)形式進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，即使反應(yīng)形式發(fā)生轉(zhuǎn)變，也應(yīng)在可以控制的范圍內(nèi)，否則會引起預(yù)想不到的事故。
五、炸藥的爆炸反應(yīng)
（一）炸藥的成分
C H O N
C H 為可燃元素
O 為助燃元素
N 為惰性元素
爆炸后產(chǎn)物：CO2 H2O CO C H2 NO NO2 CH4 NH3 N2 SO2 H2S
有毒氣體：CO NO NO2 SO2 H2S
CO：無色無味、比空氣稍輕，與人體紅血球中的血色素的親和力為氧的250－300倍，短時間內(nèi)造成缺氧，0.4％致命。
NO2：紅褐色、比空氣稍重，易溶于水，對人的眼睛及呼吸器官有強(qiáng)烈的刺激作用。 NO2比NO毒性大好多倍，0.0255％人很快死亡。
CO、 NO、NxOy不僅都是有毒氣體，而且能對瓦斯爆炸反應(yīng)起催化作用，因此這樣的炸藥就不應(yīng)用于地下礦井的爆破作業(yè)。
（二）炸藥的氧平衡
氧平衡：炸藥中所含的氧量與可燃元素完全氧
化所需氧量的關(guān)系。
正氧平衡：炸藥中含氧量足夠?qū)⒖扇荚赝耆趸?，并有?nbsp;
余的氧平衡。 NO NO2
零氧平衡：炸藥中含氧量剛夠?qū)⒖扇荚赝耆趸难跗?nbsp;
衡。 CO2 H2O
負(fù)氧平衡：炸藥中含氧量不足以將可燃元素完全氧化的氧平
衡。 CO C H2
（三）炸藥爆炸時的反應(yīng)方程式
炸藥爆炸的化學(xué)反應(yīng)是極其復(fù)雜的
1.正氧平衡：
硝酸銨：NH4NO3 2H2O+N2+I/2O2
硝化甘油：
C3H5(NO3)3 3CO2+5/2H2O+3/2N2+I/4O2
2.負(fù)氧平衡的負(fù)值不大
黑索金（環(huán)三次甲基三硝胺）（均分氧）
C3H6N3(NO2)3 3CO+3H2+3N2+3/2O2
3/2CO2+3/2CO+3/2H2O+3/2H2+3N2
3.負(fù)氧平衡的負(fù)值較大
梯恩梯（三硝基甲苯） (先H后C)
C6H2 (NO2)3CH3 5/2H2O+7C+3/2N2+7/4O2
5/2H2O+7/2CO+7/2C+3/2N2
出現(xiàn)了固體C
（四）氧平衡的計算
若炸藥的通式為CaHbNcOd，則
單質(zhì)炸藥氧平衡為
混合炸藥氧平衡為
混合炸藥也可按各組分百分率與其氧平衡乘機(jī)的總和來計算：
Mi、ki－－第i組分的百分率與其氧平衡值
例題：計算TNT和阿梅托（含TNT50％和NH4NO350％）炸藥的氧平衡
解：TNT－－三硝基甲苯C6H2 (NO2)3CH3
通式為： C7H5N3O6
氧平衡為
阿梅托
m1＝m2＝50％，k1＝-74％，k2＝20％
Kb＝-74％×50％+20 ％×50 ％＝-27 ％
根據(jù)氧平衡設(shè)計炸藥組分
當(dāng)只有兩種組分時：令這兩種組分的配比和氧平衡率分別為x ，y，a，b，混合后炸藥的氧平衡值為C，
則 x+y=100%
ax+by=c
例題：銨油炸藥
x+y+4=100 x＝92.21
0.2x-3.42y-1.37×4＝0 y＝3.79
（五）研究氧平衡的意義
1.是研究炸藥爆炸反應(yīng)的基礎(chǔ)；
2.是設(shè)計混合炸藥配方的依據(jù)；
3.是確定炸藥使用條件的依據(jù)。
只有 放熱量最大
不利于發(fā)揮最大威力
產(chǎn)生有害氣體，催化沼氣爆炸
所以，應(yīng)該將炸藥設(shè)計為不大的正氧平衡
多余的氧，用來氧化包裝紙及紙上的蠟、炮眼中的煤粉
（六）炸藥的爆熱、爆溫和爆熱
1.爆熱：
單位質(zhì)量的炸藥在定容條件下爆炸所釋放的熱量，用Kj/mol表示
是氣體膨脹做功的能源。700－1500千卡/kg
2.爆溫： 單質(zhì)炸藥：3000－－5000℃
混合炸藥：2000－－2500℃
3.爆壓：幾萬－－十幾萬大氣壓
作業(yè)
1.說明化學(xué)爆炸三要素。
2.說明研究氧平衡的意義。
3.名詞：氧平衡 正氧平衡 零氧平衡
負(fù)氧平衡 |
發(fā)表評論 
