A robbanóanyagok működése

Mi is a robbanószer? Robbanószer az a vegyület vagy keverék, amelyek gyors bomlásakor vagy égésekor, nagy mennyiségű hő felszabadulásával járó önmagától terjedő kémiai átalakulás történik. Ha mondjuk meggyújtunk egy darab szenet, annak égése egy dologban tér csak el a fent említett követelményektől mégpedig a reakció sebességében. 1 kg szén levegőn való elégetésével, több energiát nyerünk mint ha az a szén a puskaporban égne el. Viszont az így keletkez energiát robbantáshoz nem tudjuk használni, mivel az nem elég koncentrált. A robbanószer gyors bomlásakor vagy égésekor az energia nagyon rövid idő alatt keletkezik és ez miatt sokkal koncentráltabb is, ez az energia ilyen formában már elég lehet hogy legyőzze a robbantani kívánt anyag, közeg ellenállását, és ezzel hasznos munkát végezzen.A robbanásban keletkező energia formái:

Mért robban a szén a lőporban, és mért nem robban a levegőn meggyújtva? És miből áll egy robbanószer? A szén a levegőn egyszerűen lassan elég, az égéshez 3 feltétel szükséges.

A meggyújtott szén esetében a szén maga az éghető anyag, az égés a levegőben lévő oxigént használja fel. A szén égésekor keletkező hő pedig képes fenntartani az égési folyamatot. Csak ez a folyamat elég lassú, több tényező is lassítja. Az egyik ilyen hogy a keveréket alkotó részek nincsenek elég jól összekeverve, ez miatt az oxigén és az éghető anyag csak bizonyos felületen és bizonyos idő alatt tud csak egyesülni.

Ha mondjuk a szenet ledaráljuk és egy helységben levegővel keverjük a finom szénszemcséket, olyan keveréket kapunk amelynek égési sebessége már nem elhanyagolható! Az ilyen porrobbanások gyakran elő is fordulnak üzemekben és bányákban. Ez a reakció sokszorosára gyorsítható ha nem levegőt hanem tiszta oxigént használunk a keverékhez. A levegőből ugyanis csak lassan jut a szénhez a kellő mennyiségű oxigén. Tehát a robbanószerek esetében nagyon fontos, hogy az oxigén és az éghető anyag közel kerüljenek egymáshoz, és hogy elég nagy felületen érintkezzenek egymással. A puskaporban a szén, el van keverve az oxigénnel, csak hogy ez az oxigén nem elemi formában van jelen mint a gázkeverék esetében, hanem vegyileg kötött formában van a keverékben!

Olyan vegyületek formájában, amelyek hő hatására könnyen bomlanak, megválnak a bennük raktárorozott oxigéntől, ami ettől kezdve rendelkezésére áll a tüzelőanyagnak. Ezeket a vegyületeket oxidálószereknek hívjuk. Ilyen oxidálószer a Kálium-nitrát, Ammónium-nitrát, Nátrium-nitrát, Káliumklorát Káliumperklorát, Káliumpermanganát, Dinitrogén-oxid, stb. A feketelőpor pl.: Káliumnitrátot használ oxidálószernek.

Igazán erős robbanószerek nem keverékek, hanem vegyületek, amelyeknek saját molekuláin belül található az éghető anyag és az oxigén. A képletükből azt hihetnénk hogy ezek már oxidált anyagok, pedig a sokszor kényes stabilitásban lévő molekulák csak arra az aktiválási energiára várnak amely felbontja ezt az egyensúlyt, és az oxigén végre egyesülhet az éghető anyaggal.

Ilyen robbanóanyagok a Nitrocellulóz, a Nitroglicerin, a Trinitro-toluol, (TNT) A szerves peroxidok stb.

A képen a nitroglicerin szerkezete látható

Megint más típusú robbanószerek az azidok, amik nem égnek hanem bomlanak. Ezekben nincs oxidálószer sem tüzelőanyag! Itt arról van szó hogy egy reakció speciális körülmények között zajlik le, és egy olyan kémiai kötés jön létre két elem között, amelyik a keletkezésekor a kötéshez felevett energiát adja le bomláskor. Ezek mindegyike rendkívül instabil vegyület, némelyik puszta érintésre elbomlik. Ez nagyon gyorsan zajlik le, és az amúgy nem túl sok energiát leadó reakció emiatt nagyon koncentrált lesz. Tehát kis kiterjedésben nagy energiát termel, miközben az eredeti alkotóira bomlik a kristály.

Ilyen anyagok a Nitrogén-trijodid (jódazid) , Nátrium-azid amit légzsákokba is használnak, Vagy a Ezüst-azid, Ólomazid.

Ezeket önmagukban nem is használják 2gr nál nagyobb mennyiségben, mert annyira érzékenyek, instabilak. Szinte kizárólag gyutacsokban, indítótöltetekben alkalmazzák őket más magas aktiválási energiájú robbanószerek indításához pl.: RDX

Ilyen indító robbanóanyagok még a fulminátok amelyek működése nem tér el a "hagyományos" robbanóvegyületekétől, csak itt fémek a tüzelőanyagok a molekulán belül. Ezek az úgynevezett fémorganikus robbanószerek általában a salétromsav fémekkel alkotott sói. Szintén nagyon érzékenyek mechanikusan, hőre és dörzsölésre is. Azért használhatóak iniciáló robbanóanyagként, mert könnyen indíthatóak. Ezt a tulajdonságukat pont annak köszönhetik, hogy fém alapú tüzelőanyaggal rendelkeznek. A fémek egy robbanás során nagyon forrón égnek, és a keletkjezett forró égéstermék a (forró pontok elmélete szerint) iniciálják a mellettük lévő robbanóanyagot. Vagyis a fém égéstermékek teszik őket hajlamossá a robbanásra. Robbanásuk nagyon agresszív, első tűzre indulnak, alacsony hőmérsékleten meggyújtva puffanásszerűen égnek, de legtöbbször ettől is detonálnak! Fojtás nem szükséges hozzájuk.

Itt meg kell még említenem a nitrideket is, melyek az azidokhoz hasonlóan bomlanak. Ilyen anyag pl.: tetrasulfur tetranitride

Az odáig világos mindenkinek mi történik amikor az oxidálószer találkozik a tüzelőanyaggal, ezek reakcióba lépnek és megtörténik az oxidáció, az égés.

A robbanószerek robbanása:

A lőpor puszta égése során nem képes ilyen hirtelen gáz halmazállapotúvá válni, akár mennyire finom szemcsékből áll is. Ahhoz hogy a lőpor égési sebessége robbanásig fokozódjon, bizonyos feltételeknek meg kell lenniük.

Tovább gyorsítható a lőpor égése ha növeljük a körülötte lévő nyomást. Ez azért van, mert a lőpor szemcsés szerkezetű és a keletkező forró gázok képesek előrenyomulni a szemcsék közötti üregekben, ezzel jóval nagyobb felületen gyújtják meg a lőport mint amúgy egy tömbbe préselve éghetne. Értelemszerűen minél rövidebb idő alatt minél több lőpor ég el, annál koncentráltabb lesz az energialeadás! Ha nő az egységnyi idő alatt keletkezett gáz mennyisége, akkor nő a nyomás is! Ez azért van, mert a gázoknak kell egy bizonyos idő amíg eltávolodnak a robbanószertől. Ha ez idő alatt több gáz termelődik mint amennyi el képes távolodni a r. szertől akkor a nyomás fokozódik. Ha azonban nő a nyomás akkor megint gyorsabban fog égni a lőpor.

Ez egy öngerjesztő folyamat, aminek a végeredménye, hogy a lőpor, robbanási körülmények között fog égni! Vagyis a lőpor eléri majd a rá jellemző maximális detonáció sebességet. (ami 500m/s)

Azt hogy egy robbanószer mennyivel ég gyorsabban a nyomás fokozódásával, azt a nyomáskitevője határozza meg.

Ezért szabad levegőn meggyújtva viszonylag nagy mennyiségeknél sem következik be robbanás, bár az égés elég gyors lesz! Ha azonban a lőpor zárt térben, vagy részlegesen zárt térben ég, a gázok eltávolodás közben akadályba ütköznek és a nyomás rohamosan emelkedni fog. Ez az égési sebesség drasztikus emelkedésével jár és azonnal elindul az öngerjesztő folyamat!

Ezt még tovább lehet fokozni ha a lőpor vagy más hasonló r. szer granulálva van. Ez azt jelenti hogy a célnak megfelelő méretű préselt szemcséket készítenek belőlük, amelyek között a gázok szabadon mozoghatnak és zárt térben gyakorlatilag egyszerre gyullad a r. szer teljes elérhető felülete.

A brizáns robbanószerek is tudnak égni, égésük általában stabil, és lassú. Ez alól a Nitroglicerin sem kivétel, megfelelő körülmények között a nagy viszkozitású anyag felszínéről párolog a folyadék, és az égési reakciók a levegőben zajlanak le. A keletkező gázok elég gyorsan képesek eltávolodni, a nyomás nem nő, a vegyület égése stabil marad. Ez persze azt követeli, hogy minimális gyulladásponton legyen begyújtva az anyag. Nagyobb mennyiség égése sok hővel jár, ez esetenként az anyag elpuffanásával jár.

Kristályos szilárd, bázis robbanószerek égése már egészen más. Ebben az esetben a porózus szerkezet miatt az égés felgyorsulhat, esetenként robbanásba mehet át. Ez csak annak kérdése, hogy az adott anyag mennyire stabil. (általában a szekunder r. anyagokra jellemző hogy stabilak.) Az iniciáló robbanóanyagok viszont többnyire elrobbannak melegítés hatására. Ezeknek az anyagoknak nagyon alacsony az aktiválási energiájuk, és égéstermékeik hajlamosítják a robbanásra.

A gyutacsérzéketlen, nehezen indítható robbanószereknél, mint amilyen a TNT, az égés teljesen stabil, kiszámítható és lassú, mivel az anyag csak hirtelen megemelkedett nagy nyomás és hőmérséklet hatására képes detonálni.

Robbanószerek iniciálása:A gyutacsérzékeny, vagy bázis robbanószerek nagy részét akár egy gyújtózsinórral is be lehet robbantani. Ez esetben viszont számolnunk kell azzal hogy a robbanószer detonáció sebessége nem éri el a maximumot vagy csak nagy anyagmennyiség árán! Ez különösen igaz pl.: a Nitroglicerinre ami nagyon érzékeny az indításra. Kisebb ütésre, vagy gyenge gyutaccsal indítva, a detonáció sebessége kb.: 2500m/s míg egy 2gr ólomazid tartalmú gyutaccsal indítva akár 8200m/s ra is képes! Fontos tehát hogy megfelelő intenzitással indítsuk a brizáns robbanószereket, mert különben nem nyújtják az elvárható teljesítményt. Ehhez iniciáló robbanószereket alkalmaznak, a legtöbbször ólomazidot, vagy higanyfulminátot.

Gyutacsérzéketlen robbanóanyagoknál az aktiválási energia olyan nagy hogy a kisebb gyutacsok nem képesek biztosítani a teljes anyag elrobbantásához szükséges energiát, ezért ezeket a robbanószereket több lépcsőben lehet csak indítani gyutacsérzékeny (booster) robbanószerek segítségével. Erre a célra általában egy speciális gyutaccsal egybeépített indítótöltetet használnak, az úgynevezett detonátort, aminek hatóanyaga legtöbbször a PETN nevű robbanószer.

gyutacsérzéketlen robbanóanyagok indítása

A robbanószerek besorolása:

A lőporhoz hasonló égési tulajdonságokkal bíró (általában oxidálószer/ tüzelőanyag keverékek) r. szereket LE ( Low Explosive) -nek vagyis alacsony detonációsebességű r. szernek vagy toló hatású r. szernek hívják.

Ezek robbanásakor az össz. energia leadás néha magasabb egyes HE kategóriás robbanóanyagénál, viszont ezt az energiát csak relatív hosszú idő leforgása alatt adják le, ezért energia leadásuk kevésbé koncentrált. Hatásukat messzebre fejtik ki, képesek hosszan megmozgatni tárgyakat. A fokozatos energialeadásnak köszönhetően a közvetlen környezetükre kevésbé pusztító hatásuak. Jellemző rájuk hogy gyúlékonyak, ezért indításuk egyszerű, égésük gyors. Robbanásra bírni mégis csak speciális körülmények között lehet őket. (lefojtva)

Egy bizonyos 1000m/s detonáció sebesség határ fölött már nem LE ről beszélünk hanem HE (High Explosive ) magas detonáció sebességű vagy romboló hatású robbanószerről. (brizáns robbanószer) A HE kategória képviselői azok a robbanóanyagok, amik detonációja a közvetlen környezetben igen jelentős pusztításra képes, de össz. energia leadásuk gyengébb lehet mint egyes LE kategóriás robbanóanyagé. Minél brizánsabb egy robbanószer annál koncentráltabb az energia leadása. A legtöbb HE meglehetősen stabil, alacsony hőfokon meggyújtva, lassan akár a lőpornál is lassabban ég, mivel a molekulák közötti egyensúlyt csak fokozatosan bontja fel a hő. Ezek robbanásának kiváltásához néha komoly nyomás és hőmérséklet szükséges. (ilyen pl.: a TNT is ). Csak olyan r. szer képes berobbantani őket, amelynek detonáció sebessége elég magas hogy a lökéshullám miközben áthalad a berobbantani kívánt anyagon, kellően összepréselje és felforrósítsa annyira hogy az detonáljon.

A HE kategóriába sorolhatóak az azidok és a fulminátok is, bár az azidok nem égnek, mégis robbanást eredményeznek mivel eredeti alkotójuk között van gáz is, ami kitágulhat. Nem ritka, hogy a szilárd alkotórész is elpárolog a hőtől, ezzel a gőzei is segítik a robbanás kialakulását. A láncreakció, köszönhetően a rendkívül alacsony aktiválási energiának villámgyorsan zajlik le. ezért az azidok és fulminátok detonáció sebessége akár 3-5000m/s is lehet! Ez a magas érték teszi lehetővé, hogy az energia elég koncentrált legyen ahhoz, hogy más Brizáns robbanószereket indítsunk el vele. Az azidok és fulminátok a HE kategórián belül az úgynevezett Iniciáló (indító) robbanószerek kategóriájába tartoznak. Az iniciáló robbanóanyagokra jellemző hogy instabilak, könnyen indulnak. A bázis robbanószerekre, vagyis a gyutacsérzékeny robbanószerekre már kevésbé, míg a gyutacsérzéketlen robbanószerekre egyáltalán nem.

A robbanószerek besorolása kémiai stabilitásuk, használhatóságuk szerint

© 2009 pyromaster.org - Minden jog fenntartva.

Köszönet | Impresszum | Pirotechnikai fórum