Размер:
A A A
Цвет: C C C
Изображения Вкл. Выкл.
Обычная версия сайта
Расписание
Версия для слабовидящих
Версия для слабовидящих

Секреты пороха или как с помощью горения тушить пожары

Секреты пороха или как с помощью горения тушить пожары
О горении и взрыве с научной точки зрения и их использовании для тушения пожаров, оживления нефтяных скважин, строительства памятников, а также о том, что объединяет булочки и порох рассказал сотрудник Менделеевского университета Владимир Сизов. 

«Взрыв – один из самых интересных и опасных физико-химических процессов, – рассказывает старший преподаватель кафедры техносферной безопасности Денис Михеев. – По представлениям людей взрыв – это громкое и опасное явление. Так оно и есть, – но не с точки зрения науки, потому что она пытается понять природу вещей». Ученые определяют взрыв как процесс выделения энергии за короткий промежуток времени, связанный с мгновенным физико-химическим изменением состояния вещества.

Интересный факт: изначально в русском языке господствовала теория происхождения слова «взрыв» от глагола «рвать». Возникла оно в то время, когда был известен только один взрывчатый состав – черный порох. Его использовали в военном деле: заряжали пушки и метали снаряды. Если пороха было слишком много, то ствол пушки мог разорваться. Сильно отличается происхождение английского слова – explosion. Оно возникло от латинского explosio – освистывание, громкий отказ. В древние времена, когда зрители были недовольны артистом, они аплодировали быстро и неистово. Именно такое возмущение публики стало ассоциироваться со взрывом.

Во время взрыва происходит мгновенный скачок параметров окружающей среды: плотности, давления, температуры, скорости. Они распространяются в пространстве со сверхзвуковой скоростью, и в итоге получается ударная волна.

Первым взрывчатым веществом был черный (или дымный) порох. Он был изобретен в Китае примерно в X веке н.э. В XIX веке на смену черному пороху пришел бездымный порох на основе пластифицированной нитроцеллюлозы, который значительно превосходит дымный по устойчивости горения, мощности и надежности.

Интересный факт: многие люди, даже не зная этого, сталкиваются с нитроцеллюлозой каждый день. Например, основу любого лака для ногтей составляет раствор нитроцеллюлозы в смеси растворителей. Использование нитроцеллюлозы придает лаковому покрытию глянцевый блеск.

«Что такое порох? Это многокомпонентная система, способная к закономерному горению параллельными слоями без доступа окислителей извне – рассказывает ассистент кафедры химии и технологии высокомолекулярных соединений Владимир Сизов. – Всё это сопровождается выделением значительного количества энергии». Для сравнения: при горении одного килограмма пороха выделяется количество энергии, сравнимое с мощностью генератора гидроэлектростанции.

Технологию изготовления пороха можно сравнить с приготовлением булочек. «В муку мы разбиваем яйцо – оно будет играть роль связующего – скреплять муку и придавать форму тесту. В случае пороходелия это пластификатор и полимер, – объясняет Владимир. – Чтобы наша булочка получилось упругой, мы добавляем лимонную кислоту или разрыхлитель теста (соду). Так и в порохе есть различные стабилизаторы горения и химической стойкости». Трех компонентов достаточно, но тогда булочка получится пресной. Нужно добавить сахар, который повысит общую калорийность. В составе пороха для этого применяют взрывчатые вещества и металлы. Они повышают температуру горения и делают порох высококалорийным. Как в тесте сахар легко заменяется сухофруктами, так и для пороха используются охлаждающие добавки: различные дополнительные пластификаторы.

«При компоновке состава пороха важно получить нужную скорость горения – она будет определять область применения состава. Для регулирования скорости горения мы можем использовать различные «специи» – катализаторы горения: соли меди, никеля и других переходных металлов, – рассказывает молодой ученый. – Сами по себе они работают не слишком эффективно, поэтому мы на кафедре стали искать, как «заставить» их работать лучше. Для этого мы стали добавлять в рецепт пороха углерод, например, сажу – она значительно увеличивает эффективность действия катализаторов. На поверхности горения образуется сажистый каркас, на котором задерживаются частицы металлов, реагируют с продуктами горения в газе с выделением тепла. За счет теплопроводности это тепло переходит из газа в конденсированную фазу. Чем больше тепла, тем выше будет скорость горения». 

Применение порохов и взрывчатых веществ в мирных целях крайне разнообразное. Например, они используются для тушения пожаров – при горении выделяется аэрозоль, который связывает ионы кислорода и может прервать пожар в замкнутых помещениях. С помощью пороховых зарядов можно оживлять нефтяные скважины: при горении образуются кислоты, необходимые для термогазохимической обработки пласта земли. Теперь нефтегазовые компании могут тратить меньше средств на ее добычу.

Полезная энергия взрыва используются в строительстве и искусстве: один из самых знаменитых памятников – монумент президентам США на горе Рашмор – сделан с помощью взрывов. С помощью взрыва получают искусственные алмазы. При обычных условиях алмаз – это метастабильная форма углерода, которая образуется при очень высоком давлении. Достичь такого уровня можно с помощью ударной волны. Применяются такие алмазы в обрабатывающей и горной промышленности. Алмазный порошок наносится на дисковые пилы, напильники или сверла. Инструменты становятся в несколько раз прочнее.


Фото: Влада Иевкова

Top