0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тротил: история создания, особенности использования, физико-химические свойства

Содержание

Chemicals-el.ru

» Сайт о химических элементах

Штатные бризантные взрывчатые вещества. Тротил: производство в военное время и сегодня, свойства тротила

Тротил (тринитротолуол) широко используется самостоятельно и как компонент взрывчатых составов в военном деле для снаряжения боеприпасов, в мирных целях как промышленное взрывчатое вещество. Преимущество тротила перед другими индивидуальными ВВ обусловлено благоприятным сочетанием физико-химических, взрывчатых и технологических свойств.

Первые промышленные установки производства тротила в России были созданы в 1909 году на Охтинском, в 1912 году на Самарском (ныне ОАО «Полимер»), в 1922 году на Нижегородском (ныне ГУП «Завод им. Я.М. Свердлова») заводах по технологии фирмы «Карбомит» (Германия). В дальнейшем производство тротила развивалось на базе отечественных разработок и характеризовалось весьма высокими темпами, что позволило увеличить объем его выпуска в послевоенные годы в 11 раз [5, 113].

Широкое применение тротила в промышленности является характерной особенностью России. При этом доля тротила, используемого для снаряжения боеприпасов, в общем объеме производства в послевоенные годы не превышала 10%.

Первые промышленные установки производства тротила в России были весьма несовершенны. Получение тротила осуществлялось нитрованием толуола в три стадии с последующей очисткой тротила-сырца перекристаллизацией из этилового спирта. Периодический способ на всех технологических операциях, отсутствие кислотооборота на стадии нитрования, ручной межфазный транспорт приводили к повышенным трудовым и материальным затратам. В 1932–1933 годах был разработан и внедрен горячий кислотооборот, изменен порядок дозировки компонентов – применена дозировка нитруемого соединения к нитрующей смеси. Несмотря на значительное улучшение технико-экономических показателей периодический процесс не удовлетворял требованиям бурно развивающейся

индустриализации страны, в том числе требованиям промышленности боеприпасов. Поэтому уже в 1936 году на Чапаевском химзаводе был освоен непрерывный четырехфазный противоточно-прямоточный способ нитрации толуола до тротила-сырца с горячим кислотооборотом.

В 1940 году в промышленном масштабе на заводе им. Я.М. Свердлова был освоен другой вариант непрерывного процесса – многофазный противоточный способ нитрации, созданный заводскими инженерами А.Т. Васильевым, Н.П. Кошелевым, Г.М. Васильевым.

Переход на сульфитную очистку вместо кристаллизации из этилового спирта был осуществлен в 1933–1937 годах по предложению А.Т. Васильева, П.И. Канавца, И.А. Мазеля. Главные преимущества использования сульфита натрия – это повышение безопасности за счет исключения применения легковоспламеняющегося растворителя – этилового спирта, увеличение выхода очищенного тротила, то есть снижение расхода сырья и улучшение технико-экономических показателей. Процесс очистки тротила сульфитом натрия длительное время оставался периодическим, хотя к этому времени был осуществлен перевод операций сушки и чешуирования на непрерывный режим.

Новый этап в развитии технологии и производства тротила начался в послевоенный период (1945–1960), когда значительно увеличилась потребность в промышленных взрывчатых веществах для добывающих отраслей промышленности. Наиболее значительными из результатов исследований, решивших выбор технологии в пользу противоточного метода, явились две разработки – безолеумный процесс (П.И. Канавец, Т.Н. Серебрянникова, В.В. Гисин, НИИ-6; А.Т. Васильев, Г.М. Васильев, завод им. Я.М. Свердлова), освоенный в 1948 году и изобретение в 1947 году конического шнек-подъемника и нитраторов с совмещенными или выносными сепараторами, расположенными выше нитраторов (А.И. Борисов, В.М. Елецкий).

В дальнейшем совершенствование технологических линий с одновременным повышением их производительности шло в направлении использования более крепких кислотных смесей вплоть до 100%-ной серной кислоты, а также за счет распределения дозировки серного компонента в конец и в середину системы. Так завершился определенный этап создания высокопроизводительных безопасных технологических линий нитрования толуола до тротила, превосходящих для своего времени по техническому уровню известные западные технологии – периодические в Германии, США, непрерывные, но с низкой производительностью и сложным аппаратурным оформлением в Англии, Испании, Италии.

Смотрите также

Азот (Nitrogenium), N
Азот — химический элемент V группы периодической системы Менделеева, атомный номер 7, атомная масса 14,0067; бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса. Историческая справка. Соединения А. — селитра, .

Золото (Aurum), Au
Во имя обладания золотом велись войны, порабощались государства, сын убивал отца, братья уничтожали сестер, дети — своих матерей. Гибли целые народы, превращались в пустыни плодородные края, потоками .

Тротил: история создания, особенности использования, физико-химические свойства

Тротил (тринитротолуол, 2,4,6-тринитротолуол, тол, TNT) – разновидность бризантного взрывчатого вещества (ВВ), впервые синтезированный немецким химиком Вильбрандом в далеком 1863 году.

В настоящее время тротил – это взрывчатка № 1 в мире, его не только чаще других применяют для снаряжения различных боеприпасов, но и используют его в качестве эквивалента для других видов ВВ и даже ядерных зарядов.

Тротил не является самым мощным взрывчатым веществом, по этому показателю он уступает и гексогену, и пикриновой кислоте, и тем более нитроглицерину. Но благодаря оптимальному сочетанию достаточной мощности, низкой чувствительности, невысокой стоимости и возможности обработки литьем он стал самой популярной взрывчаткой, применяемой для военных целей.

История

Впервые это взрывчатое вещество было синтезировано немецким ученым Вильбрандом в 1863 году, но несколько десятилетий об этом открытии забыли. Вспомнили о нем только в конце XIX века. Работы по началу серийного производства тротила во многом связаны с именем еще одного известного немецкого химика – Каста. Этот человек был крупнейшим специалистом по взрывчатым веществам своего времени. Именно под его руководством в 1905 году в Германии были получены первые сто тонн тринитротолуола. Естественно, что все работы над новой взрывчаткой были строго засекречены, поэтому ей дали ничего не означающее название – «тротил».

Читать еще:  Мелкокалиберная винтовка тоз-8 (мелкашка) — орудие для спортивной стрельбы

Однако вскоре тайна нового взрывчатого вещества была раскрыта русскими химиками, и тротил стал выпускаться и в России. Через некоторое время производство этой взрывчатки началось и в других странах.

Уже в Первую мировую войну все страны-участницы конфликта производили огромное количество тротила, которое измерялось тысячами тонн. Хотя, в это время с тринитротолуолом еще соперничала пикриновая кислота. Но уже к началу следующего мирового конфликта тол стал наиболее распространенной в мире взрывчаткой.

Только в США, и только в 1945 году было произведено более одного миллиона тонн тротила.

Химические и физические свойства

Тротил – это бесцветное или желтое кристаллическое вещество. Его плотность составляет 1,663 г/см 3 , плотность литого тротила – 1,54-1,59 г/см 3 . Химическая формула этого взрывчатого вещества – C7H5N3O6.

Тротил не вступает во взаимодействия с твердыми веществами, он практически не растворяется в воде, не изменяет своих взрывчатых свойств после смачивания водой или в расплаве. Горит желтым пламенем с большим выделением копоти. Под воздействием солнечных лучей темнеет.

Хорошо реагирует с водными и спиртовыми растворами щелочей.

Тротил – это продукт воздействия на толуол кислот, азотистой и серной. В результате нескольких реакций получается первичный продукт – так называемый чешуйчатый тротил, который можно прессовать, измельчать до порошкообразного состояния или плавить. Последнее свойство этой взрывчатки особенно ценно. Путем плавки можно получать заряды любой формы, веса, резать, сверлить, заполнять нужные полости.

Теперь непосредственно о взрывчатых свойствах тротила: энергия взрывчатого превращения этого ВВ составлямет 1010 ккал/кг, скорость его детонации – 6900 м/сек, бризантность – 19 мм, а фугасность – 285 см 3 .

Тротил обладает приемлемым уровнем чувствительности, он не взрывается от прострела пулей, от действия искры или пламени. Взрыв тротила гарантировано происходит от стандартных капсюлей-детонаторов или запалов.

Особенности использования

Тротил активно применяется и в военном деле, и в промышленности. Причем его используют в разных формах как в гранулированном (гранулотол), так и в прессованном, и литом виде.

Другие виды взрывчатых веществ могут обладать большим могуществом по сравнению с тротилом, но, как правило, они имеют те или иные недостатки. Гексоген, например, обладает большей чувствительностью, мелинит довольно активно реагирует с металлами и ядовит, а аммиачно-селитренные взрывчатки отличаются гигроскопичностью. Динамит, вообще, отличается такой высокой чувствительностью, что слабо подходит для снаряжения боеприпасов.

Главное достоинство тротила – это безопасность работы с ним, причем это справедливо для всех этапов его использования. Шашка тринитротолуола не более опасна, чем головка сыра. Кроме того, это взрывчатое вещество отлично хранится и сохраняет свои свойства десятилетиями. Можно выкопать снаряд времен войны и тротил, содержащийся в нем, будет вполне пригоден к применению. Гарантийный срок хранения этого вещества составляет двадцать лет.

Кроме всего вышеперечисленного, можно добавить, что эта взрывчатка отлично сплавляется с другими видами ВВ. Чаще всего для снаряжения боеприпасов используются именно смеси на основе тротила. Они во многом нивелируют недостатки разных видов ВВ, входящих в их состав. Смесь тротила и гексогена понижает чувствительность последнего, делая обращение со взрывчаткой более безопасным. В смеси с аммиачно-селитренными взрывчатыми веществами тротил повышает химическую стойкость и снижает гигроскопичность последних.

В настоящее время чистый тротил практически не используется. Вот примеры взрывчатых смесей на основе тротила:

  • ТГА. Смесь тротила, гексогена и алюминия;
  • Октол. Сплав, содержащий 77% оксогена и 23% тротила;
  • Алюмотол, гранатол А, айригел. Смеси, состоящие из тола и алюминиевого порошка в разных пропорциях.

В настоящее время в разных странах мира проводятся поиски взрывчатого вещества, который мог бы заменить тротил. Причем критериями отбора кандидата на роль «взрывчатки № 1» является не только ее мощность, но и дешевизна производства, а также безопасность работы с ней. Так, например, американцы еще с начала нынешнего десятилетия в крупнокалиберных снарядах меняют тротил на новый вид ВВ – IMX-101.

У тротила есть еще одно любопытное свойство, это вещество является довольно сильным антигрибковым средством. Ранее его даже применяли в медицине, тринитротолуол входил в состав довольно известных лекарственных препаратов. Но из-за высокой токсичности тротил вышел из употребления. Однако и сегодня солдаты нередко изготавливают из тротила различные кустарные антигрибковые средства.

Тротиловый эквивалент

С тринитротолуолом связан термин, чрезвычайно важный для взрывного дела, – это так называемый тротиловый эквивалент. С его помощью вычисляется мощность взрывчатых веществ и непосредственно самих взрывов. Тротиловый эквивалент выражается в количестве тротила, который необходим для взрыва равной мощности. В новостях можно часто услышать сообщения, что взрыв какого-нибудь боеприпаса равнялся по мощности детонации 300 кг тротила.

С помощью этой меры мощности оцениваются не только взрывы обычных видов ВВ, но и ядерных боеприпасов. Правда, для оценки мощности подобных устройств нужна уже не тонна тротила, а десятки и сотни тысяч тонн этого взрывчатого вещества. Так, например, на японский город Хиросима была сброшена ядерная бомба с мощностью 18 килотонн в тротиловом эквиваленте. Это означает, что взрыв авиабомбы «Малыш» соответствовал по своей энергии взрыву 18 тыс. тонн тринитротолуола.

Кроме того, мощность тротила используют в качестве эквивалента для определения силы или слабости других видов ВВ. Если принять ее за единицу, то мощность гексогена, например, будет от 1,3 до 1,6. То есть, он практически в полтора раза сильнее тротила. У пороха этот коэффициент равен 0,55-0,66, а у оксигена – 1,7.

Читать еще:  Откуда пришли наши предки: мифы и правда о древних славянах

История создания, описание, свойства тротила

С середины ХIX многие ученые проводили эксперименты по синтезированию и созданию новых видов взрывчатых веществ, которые бы могли по мощности превзойти пороховые заряды. И только в 1863 году немецкому ученому Юлиусу Вильбрандому удалось синтезировать первый образец тротила.

Тротиловая шашка, фото

История создания тротила

Изготовление данного взрывчатого вещества началось только в 1891 году в Германии, под руководством известного немецкого химика Генриха Каста. Изготовление и испытания проводились под грифом «Секретно», где в последующем было присуждено название — тротил.

В 1905 году в Германии была изготовлена первая крупная партия, имеющая вес более ста тон. В этом же году состав тротила был раскрыт американскими учеными, которые начали работу по производству взрывчатки в США. Далее секрет был открыт всему миру, после чего началось производство в России и других странах мира.

Тротиловая ручная граната времен Первой мировой войны

К началу Первой мировой войны было изготовлено большое количество тротила, который активно использовался всеми странами. Работы по созданию совершенного состава взрывчатого вещества продолжались вплоть до 1940 года, после чего была утверждена окончательная формула тротила.

Самое массовое изготовление взрывчатого вещества было зафиксировано в США в 1945 году , когда на военные и промышленные нужды было изготовлено более 1 млн тон.

Особенности использования

Тротил является взрывчатым веществом с большой мощностью, и имеет множество достоинств, которые выделяют его от других веществ. Тротил может находиться в нескольких формах:

  • гранулированная;
  • прессованная;
  • литая.

Все это позволяет использовать его не только в военном деле, но и в промышленности, например, в горной. Также тротил обладает высоким уровнем безопасности на всех этапах использования и большим сроком хранения без потери всех взрывчатых свойств, который составляет до 20 лет.

Применение тротила в подрыве боеприпасов

Часто используют тротил в соединениях с другими взрывчатыми веществами, что позволяет улучшить качество, снизить чувствительность и добиться постоянного состояния других веществ.

Основное применение тротила:

Ранее тротил активно применялся в медицине, и он входил в состав некоторых медицинских препаратов. Сейчас он входит в состав антигрибковых средств. Также ученые всего мира продолжают работы по созданию взрывчатого вещества, превосходящего мощность, стабильность и другие свойства тротила.

Физические и химические свойства тротила

Тротил получают с помощью нитрования такого вещества, как тол. Всего существует шесть изомеров, которые имеют одну и ту же формулу, но разно положение относительно бензольного ядра, что приводит к различным химическим свойствам.

Основные химические свойства тротила:

Основные физические свойства тротила:

Плотность тротила

Плотностью является соотношение массы тела к занимаемому объему. Плотность взрывчатого вещества составляет 1654 кг/м3.

Мощность

Мощность взрыва тротила измеряется в тротиловом эквиваленте. При взрыве тротила выделяется энергия, которая составляется 4184 Джоулей или 1000 термохимических калорий на 1 грамм тротила.

Теплота взрыва

Теплотой взрыва тротила называется объем энергии, выделяемый при взрывчатом вращении. При взрыве 1 кг тротила она составляет от 4100 до 4700 кДж.

Дробящее воздействие

Дробящее воздействие (бризантность) является одной из характеристик взрывчатых веществ, которая определяет способность вещества на послевзрывное воздействие в окружающей среде. Бризантность тротила составляет в 16,5 мм, что на порядок выше других веществ, таких как гексоген (4,2 мм) и октоген (5,4 мм).

Тротиловый эквивалент

Тротиловым эквивалентом называется мера энерговыделения при взрыве взрывчатых веществ и определяющая количество исходящей энергии. Данная мера используется для вычислений мощности взрыва, и составляет 4184 Дж на 1000 кал/г.

Взрыв тротилового заряда весом в 100 кг

В тротиловом эквиваленте проходит измерение и сравнение мощности взрывчатых веществ в соотношении с тротилом.

Изготовление тротила

Взрывчатка является твердым веществом с высокой температурой плавления, технология производства тротила достаточно сложна. Всего существует два способа его получения:

Одностадийный способ включает в себя такие процессы:

  • сушка при температуре 100°С;
  • измельчение и просеивание;
  • получение вещества и промывка;
  • кристаллизация;
  • сушка при температуре 100°С;
  • просеивание;
  • укупорка.

Во время изготовления тратила первым этапом является сушка, последующее измельчение и просеивание вещества. Далее идет смешивание с нитротором, азотной кислотой и пентаэритритом. Смешивание происходит с определенной скоростью, которая не позволяет подняться температуре веществ до 20°С.

Тротил. Фото

После сушки вещество принимает кристаллический вид. Полученные кристаллы проходят дополнительную сушку, просеивание и отжимание. Последним процессом в изготовлении тротила является укупорка с использованием спирта.

Двухстадийный способ включает в себя:

  • получение сернокислотного эфира;
  • смешивание дополнительных веществ с одновременной сушкой при температуре до 60°С.

Данный способ изготовления тротила появился первым и использовался по причинам простоты и перспективности. Во время смешивания и сушки добавлялась азотная кислота, пантаэритрит и серная кислота. Все эти вещества смешивались поэтапно при различной температуре нагревания.

Тротил – самая известная взрывчатка

Развитие химии в середине XIX века обеспечило военным множество взрывчатых веществ взамен дымного пороха. Некоторые вещества забываются, приходят новые, но есть среди них и «долгожители». Есть типы взрывчатых веществ, о которых знают практически все, как говорится «от мало до велика».

Яркий представитель последней группы – тринитротолуол, или тол, или тротил в просторечье. Формула тротила, первоначально секретная, еще в начале XX века стала секретом Полишинеля «секрет — на весь свет». Обе мировые войны армии мира использовали в основном именно это взрывчатое вещество.

Создание тротила

В 1863 году химик Юлиус Вильбрантд, работавший в университете Гёттингена, получил интересный результат в ходе одного из экспериментов с остатками коксованного угля и нефтью. Полученный состав прекрасно горел, выделяя яркое пламя и много черного дыма. Вильбратд окрестил свой состав тринитротолуолом, однако на несколько десятков лет полученное вещество оказалось забыто.

Читать еще:  Пригоден для практической стрельбы. Пистолет SIG Sauer P226 RX

В начале 1890-х о составе пришлось вспомнить в связи с развитием вооруженных сил. Находившиеся на тот момент на вооружении армий мира взрывчатые вещества (ВВ) обладали множеством минусов. Динамит отличается высокой чувствительностью, и снаряжать им боеприпасы опасно для самих работников фабрик, не говоря о войсках, а о транспортировке во время военных действий, вообще не приходилось и думать.

Гексоген и пикриновая кислота также крайне чувствительны, мелинит вступает в активную связь с металлом оболочки снаряда, основанные на селитре и аммиаке ВВ отличаются гигроскопичностью и быстро выходят из строя.

На фоне этих веществ тринитротолуол был едва ли не идеальной взрывчаткой, а развитие нефтяной промышленности, обеспечило его быстрое распространение.

В 1891 году началось промышленное производство вещества, но только с 1902 года толу удалось частично сменить пикриновую кислоту в боеприпасах германских вооруженных сил.

Большую роль в этом сыграл химик Генрих Каст, по сути доведший до конца работу Вильбрантда и давший возможность производить тринитротолуол в промышленных масштабах. Кстати, название тротил было придумано для того, что бы сбить с толку русскую и иные разведки, активно искавшие, чем это занимается немецкая химическая промышленность. Происхождение слова простое, это сокращенная форма от полного названия взрывчатки.

Шило в мешке утаить невозможно, поэтому уже в 1909 году в России на Охтинском заводе стала производиться эта секретная новая взрывчатка. Первая Мировая война прошла под знаком равенства пикриновой кислоты и тола в качестве ВВ, но в послевоенный период и в эпоху Второй Мировой войны тротил стал главной взрывчаткой на планете.

Производство тротила сильно менялось с течением времени.

Первоначально толуол, продукт, получаемый из нефти, нитровали в три стадии с последующей очисткой и кристаллизацией с помощью этилового спирта. Трудоемкий процесс, в котором было задействовано ценное, «дефицитное» сырье, изменили в 1932-1933 годах.

Модернизация позволила пустить спирт на более важные нужды, его заменили кислотой. Сильно мешал факт прерывающегося производства взрывчатки. В 1936 году был опробована и принята технология производства тринитротолуола непрерывного типа в четыре фазы. В послевоенное время создавались новые способы непрерывного производства тротила для армии и промышленности.

Особенностью их было использование концентрированных кислот. В этом отечественная промышленность серьезно обгоняла западных конкурентов, так как и в Германии, и в Англии, и в США производство ВВ было не так дешево и эффективно как в СССР, и, как правило, было прерывающегося типа.

Химические и физические свойства ВВ

Тротил представляет собой кристаллы разных оттенков желтого или коричневого цветов, реже бесцветные. Плотность зависит от состояния, так:

  • 1,663 г/см3,плотность кристаллов;
  • 1,54-1,59 г/см3 плотность литого вещества.

Боевые качества тринитротолуола:

  • от 4103 кДж/кг до 4605 кДж/кг теплота взрыва;
  • 6950 м/с скорость детонации;
  • 16 мм бризантность по методу Гесса;
  • 3,9 мм бризантность методом Касса;
  • 730 л/кг объем выделения газа при взрыве;
  • 285 мл фугасность.

После 15 лет хранения состав становится более взрывоопасен при внешних воздействиях, о чем необходимо помнить в случае обнаружения целых боеприпасов времен Великой Отечественной войны.

ВВ не растворяется в воде, а так же не изменяет своих качеств после смачивания. Имеется активная реакция со спиртовыми и водяными щелочными растворами. На вкус горький.

Под воздействием Солнца тротил темнеет, до темно-коричневого цвета. Интересно, что в отличие от прочих взрывчаток, тол не реагирует на внешнее воздействие. Можно ударить по нему молотком, можно выстрелить в емкость с тринитротолуолом, его можно даже плавить. Последний пункт стал наиболее притягательным для военных и гражданских, связанных с взрывчаткой.

Поскольку горит тол при температуре выше 290 °C, его можно аккуратно довести до температуры плавления 80,35°C.

После этого масса может заполнить любую полость, буквально как пластилин. Не стоит и говорить, что ее можно резать, сверлить и делать с ней практически все что угодно.

Под воздействием огня толовая масса начинает гореть, как правило, огнем желтого цвета и выделяя черный коптящий дым. Отметим, что исключение составляет порошкообразное ВВ с некоторыми примесями, делающее взрывчатку более нестабильной.

Общие «взрывные» качества

Подрыв шашки тринитротолуола может быть гарантированно произведен с помощью детонатора или запала. Как было отмечено, обладающее большим запасом стабильности вещество непросто подорвать «как в кино», выстрелом или даже поджогом.

Что же произойдёт, если подорвать, к примеру, 1 килограмм тротила. Взрыв, то есть мгновенная химико-физическая реакция, протечет за одну стотысячную долю секунды. Газ, образование и расширение которого и дает основную фугасную составляющую взрыва и взрывной волны, увеличиться до объема в 700 литров. Основным поражающим фактором будет взрывная волна и соответствующее изменение давления.

Использование в армии и мощность ВВ

На сегодняшний день тринитротолуол не используется в чистом виде как начинка боеприпасов. Его качества дополняют иные ВВ, для взаимного улучшения бризантных и других характеристик взрывчатки.

Так, гексоген и тротил увеличивают общую мощность, при этом тол повышает ее безопасность. У ВВ на основе аммиака и селитры понижается гигроскопичность, а значит они становятся более надежными, стабильными. Названия смесей ТГА (тротил, гексоген, алюминий), Октол (23% тротила и 77% оксогена), а так же айригел, алюмотол и гранатол, в которых алюминиевый порошок и тол содержатся в разных соотношениях.

Приведем небольшую сравнительную таблицу тола и других ВВ

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector