Material explosivo
Definición
Un material explosivo , también llamado explosivo , es una sustancia reactiva que contiene una gran cantidad de energía potencial que puede producir una explosión si se libera repentinamente, generalmente acompañada por la producción de luz, calor, sonido y presión. Una carga explosiva es una cantidad medida de material explosivo, que puede estar compuesto por un solo ingrediente o una combinación de dos o más.
La energía potencial almacenada en un material explosivo puede, por ejemplo, ser
- energía química, como nitroglicerina o polvo de granos
- gas presurizado, como un cilindro de gas o una lata de aerosol
- energía nuclear, como en los isótopos fisibles uranio-235 y plutonio-239
Los materiales explosivos se pueden categorizar por la velocidad a la que se expanden. Se dice que los materiales que detonan (el frente de la reacción química se mueve más rápido a través del material que la velocidad del sonido) son "explosivos fuertes" y se dice que los materiales que deflagran son "explosivos bajos". Los explosivos también pueden clasificarse por su sensibilidad. Los materiales sensibles que pueden iniciarse con una cantidad relativamente pequeña de calor o presión son explosivos primarios y los materiales que son relativamente insensibles son los explosivos secundarios o terciarios.
A wide variety of chemicals can explode; a smaller number are manufactured specifically for the purpose of being used as explosives. The remainder are too dangerous, sensitive, toxic, expensive, unstable, or prone to decomposition or degradation over short time spans.
In contrast, some materials are merely combustible or flammable if they burn without exploding.
The distinction, however, is not razor-sharp. Certain materials—dusts, powders, gases, or volatile organic liquids—may be simply combustible or flammable under ordinary conditions, but become explosive in specific situations or forms, such as dispersed airborne clouds, or confinement or sudden release.
History
En su raíz, la historia de los explosivos químicos radica en la historia de la pólvora. Durante la dinastía Tang en el siglo IX, los alquimistas chinos taoístas intentaban ansiosamente encontrar el elixir de la inmortalidad. En el proceso, tropezaron con la invención explosiva de la pólvora hecha de carbón, salitre y azufre en 1044. La pólvora fue la primera forma de explosivos químicos y en 1161, los chinos estaban usando explosivos por primera vez en la guerra. Los chinos incorporarían explosivos disparados desde tubos de bambú o bronce conocidos como galletas de fuego de bambú. Los chinos también usaron ratas insertadas desde dentro de las galletas de fuego de bambú para disparar contra el enemigo, creando grandes ramificaciones psicológicas, asustando a los soldados enemigos y causando que las unidades de caballería se vuelvan locas.
Aunque las primeras armas térmicas, como el fuego griego, han existido desde la antigüedad, el primer explosivo ampliamente utilizado en la guerra y la minería fue el polvo negro, inventado en el siglo IX en China por los alquimistas chinos de Song. Este material era sensible al agua y producía grandes cantidades de humo oscuro. El primer explosivo útil más fuerte que el polvo negro fue la nitroglicerina, desarrollada en 1847. Dado que la nitroglicerina es un líquido muy inestable, fue reemplazada por nitrocelulosa, trinitrotolueno (TNT) en 1863, polvo sin humo, dinamita en 1867 y gelignita (los dos últimos son preparaciones estabilizadas sofisticadas de nitroglicerina en lugar de alternativas químicas, ambas inventadas por Alfred Nobel). La Primera Guerra Mundial vio la adopción de TNT en proyectiles de artillería. La Segunda Guerra Mundial vio un uso extensivo de nuevos explosivos (ver la Lista de explosivos utilizados durante la Segunda Guerra Mundial). A su vez, estos han sido en gran parte reemplazados por explosivos más potentes como C-4 y PETN. Sin embargo, C-4 y PETN reaccionan con el metal y se incendian fácilmente, pero a diferencia de TNT, C-4 y PETN son impermeables y maleables.
Aplicaciones
Comercial
La mayor aplicación comercial de explosivos es la minería. Ya sea que la mina esté en la superficie o esté enterrada bajo tierra, la detonación o deflagración de un explosivo alto o bajo en un espacio confinado puede usarse para liberar un subvolumen bastante específico de un material quebradizo en un volumen mucho más grande del mismo o material similar. La industria minera tiende a utilizar explosivos basados en nitratos como emulsiones de fuelóleo y soluciones de nitrato de amonio, mezclas de gránulos de nitrato de amonio (gránulos de fertilizante) y aceite combustible (ANFO) y suspensiones gelatinosas o suspensiones de nitrato de amonio y combustibles.
En Ciencia de los materiales e ingeniería, los explosivos se utilizan en el revestimiento (soldadura por explosión). Una placa delgada de algún material se coloca encima de una capa gruesa de un material diferente, ambas capas típicamente de metal. Encima de la capa delgada se coloca un explosivo. En un extremo de la capa de explosivo, se inicia la explosión. Las dos capas metálicas se fuerzan juntas a alta velocidad y con gran fuerza. La explosión se extiende desde el sitio de iniciación a lo largo del explosivo. Idealmente, esto produce un enlace metalúrgico entre las dos capas.
Como el tiempo que la onda de choque se gasta en cualquier punto es pequeño, podemos ver la mezcla de los dos metales y sus químicas superficiales, a través de una fracción de la profundidad, y tienden a mezclarse de alguna manera. Es posible que alguna fracción del material de la superficie de cualquiera de las capas finalmente se expulse cuando se alcanza el final del material. Por lo tanto, la masa de la bicapa ahora "soldada" puede ser menor que la suma de las masas de las dos capas iniciales.
Hay aplicaciones donde una onda de choque y electrostática pueden generar proyectiles de alta velocidad.
Tipos
Químico
Una explosión es un tipo de reacción química espontánea que, una vez iniciada, es impulsada tanto por un gran cambio exotérmico (gran liberación de calor) como por un gran cambio de entropía positiva (se liberan grandes cantidades de gases) al pasar de reactivos a productos, constituyendo un proceso termodinámicamente favorable además de uno que se propaga muy rápidamente. Por lo tanto, los explosivos son sustancias que contienen una gran cantidad de energía almacenada en enlaces químicos. La estabilidad energética de los productos gaseosos y por lo tanto su generación proviene de la formación de especies fuertemente ligadas como monóxido de carbono, dióxido de carbono y (di) nitrógeno, que contienen fuertes enlaces dobles y triples que tienen resistencias de enlace de casi 1 MJ / mol. En consecuencia, la mayoría de los explosivos comerciales son compuestos orgánicos que contienen -NO
2 , -ONO
Grupos 2 y -NHNO
2 que, cuando se detonan, liberan gases como los mencionados (p. Ej., Nitroglicerina, TNT, HMX, PETN, nitrocelulosa).
2 , -ONO
Grupos 2 y -NHNO
2 que, cuando se detonan, liberan gases como los mencionados (p. Ej., Nitroglicerina, TNT, HMX, PETN, nitrocelulosa).
Un explosivo se clasifica como explosivo bajo o alto de acuerdo con su velocidad de combustión: los explosivos bajos se queman rápidamente (o deflagran), mientras que los explosivos altos detonan. Si bien estas definiciones son distintas, el problema de medir con precisión la descomposición rápida dificulta la clasificación práctica de los explosivos.
La mecánica tradicional de explosivos se basa en la rápida oxidación sensible al choque de carbono e hidrógeno a dióxido de carbono, monóxido de carbono y agua en forma de vapor. Los nitratos generalmente proporcionan el oxígeno requerido para quemar el carbón y el combustible de hidrógeno. Los explosivos altos tienden a tener el oxígeno, el carbono y el hidrógeno contenidos en una molécula orgánica, y los explosivos menos sensibles como el ANFO son combinaciones de combustible (carbón y combustible de hidrógeno) y nitrato de amonio. Se puede agregar un sensibilizador como aluminio en polvo a un explosivo para aumentar la energía de la detonación. Una vez detonada, la porción de nitrógeno de la formulación explosiva emerge como gas nitrógeno y óxidos nítricos tóxicos.
Descomposición
La descomposición química de un explosivo puede tomar años, días, horas o una fracción de segundo. Los procesos más lentos de descomposición tienen lugar en el almacenamiento y son de interés solo desde el punto de vista de la estabilidad. De más interés son las otras dos formas rápidas además de la descomposición: deflagración y detonación.
Quemación rápida
En la deflagración, la descomposición del material explosivo se propaga por un frente de llama que se mueve lentamente a través del material explosivo a velocidades inferiores a la velocidad del sonido dentro de la sustancia (generalmente por debajo de 1000 m / s) en contraste con la detonación, que ocurre a velocidades mayores que la velocidad del sonido. La deflagración es una característica del material de bajo explosivo.
Detonación
Este término se utiliza para describir un fenómeno explosivo por el cual la descomposición se propaga por una onda de choque explosiva que atraviesa el material explosivo a velocidades superiores a la velocidad del sonido dentro de la sustancia. El frente de choque es capaz de pasar a través del material altamente explosivo a velocidades supersónicas, típicamente miles de metros por segundo.
Exótico
Además de los explosivos químicos, existen varios materiales explosivos más exóticos y métodos exóticos para causar explosiones. Los ejemplos incluyen explosivos nucleares y el calentamiento brusco de una sustancia a un estado de plasma con un láser de alta intensidad o un arco eléctrico.
El láser y el calentamiento por arco se utilizan en detonadores láser, detonadores de explosión y explosivos, donde una onda de choque y luego la detonación en material explosivo químico convencional se crea mediante calentamiento por arco láser o eléctrico. La energía láser y eléctrica actualmente no se usa en la práctica para generar la mayor parte de la energía requerida, sino solo para iniciar reacciones.
Propiedades de materiales explosivos
Para determinar la idoneidad de una sustancia explosiva para un uso particular, primero se deben conocer sus propiedades físicas. La utilidad de un explosivo solo puede apreciarse cuando se comprenden por completo las propiedades y los factores que los afectan. Algunas de las características más importantes se enumeran a continuación:
Sensibilidad
La sensibilidad se refiere a la facilidad con la que un explosivo puede encenderse o detonarse, es decir, la cantidad e intensidad de choque, fricción o calor que se requiere. Cuando se utiliza el término sensibilidad, se debe tener cuidado para aclarar qué tipo de sensibilidad se está discutiendo. La sensibilidad relativa de un explosivo dado al impacto puede variar mucho de su sensibilidad a la fricción o al calor. Algunos de los métodos de prueba utilizados para determinar la sensibilidad se relacionan con:
- Impacto : la sensibilidad se expresa en términos de la distancia a través de la cual debe caerse un peso estándar sobre el material para hacer que explote.
- Fricción : la sensibilidad se expresa en términos de lo que ocurre cuando un péndulo ponderado raspa el material (puede romperse, crujir, encenderse y / o explotar).
- La sensibilidad al calor se expresa en términos de la temperatura a la que se produce el parpadeo o la explosión del material.
Los explosivos específicos (usualmente pero no siempre altamente sensibles en uno o más de los tres ejes anteriores) pueden ser idiosincrásicamente sensibles a factores tales como caída de presión, aceleración, presencia de bordes filosos o superficies rugosas, materiales incompatibles o incluso, en casos raros Radiación nuclear o electromagnética Estos factores presentan riesgos especiales que pueden descartar cualquier utilidad práctica.
La sensibilidad es una consideración importante al seleccionar un explosivo para un propósito particular. El explosivo en un proyectil que perfora una armadura debe ser relativamente insensible, o la descarga del impacto lo haría detonar antes de que penetre hasta el punto deseado. Las lentes explosivas alrededor de las cargas nucleares también están diseñadas para ser altamente insensibles, para minimizar el riesgo de detonación accidental.
Sensibilidad a la iniciación
El índice de la capacidad de un explosivo para iniciarse en la detonación de manera sostenida. Se define por la potencia del detonador que seguramente cebará el explosivo a una detonación sostenida y continua. Se hace referencia a la escala de Sellier-Bellot que consiste en una serie de 10 detonadores, desde n. 1 a n. 10, cada uno de los cuales corresponde a un peso de carga creciente. En la práctica, la mayoría de los explosivos en el mercado hoy son sensibles a una n. 8 detonador, donde la carga corresponde a 2 gramos de fulminato de mercurio.
Velocidad de detonación
La velocidad con la que el proceso de reacción se propaga en la masa del explosivo. La mayoría de los explosivos mineros comerciales tienen velocidades de detonación que van desde los 1800 m / s hasta los 8000 m / s. Hoy, la velocidad de detonación puede medirse con precisión. Junto con la densidad, es un elemento importante que influye en el rendimiento de la energía transmitida tanto para la sobrepresión atmosférica como para la aceleración del suelo. Por definición, un "explosivo bajo", como el polvo negro o la pólvora sin humo tiene una tasa de combustión de 171-631 m / s. Por el contrario, un "alto explosivo", ya sea primario, como el cordón detonante, o secundario, como TNT o C-4, tiene una tasa de combustión significativamente más alta.
Estabilidad
La estabilidad es la capacidad de un explosivo para almacenarse sin deterioro.
Los siguientes factores afectan la estabilidad de un explosivo:
- Constitución química En el sentido técnico más estricto, la palabra "estabilidad" es un término termodinámico que se refiere a la energía de una sustancia en relación con un estado de referencia o con alguna otra sustancia. Sin embargo, en el contexto de los explosivos, la estabilidad comúnmente se refiere a la facilidad de la detonación, que se refiere a la cinética (es decir, la velocidad de descomposición). Tal vez sea mejor, entonces, diferenciar entre los términos termodinámicamente estables y cinéticamente estables al referirse a los primeros como "inertes". Por el contrario, una sustancia cinéticamente inestable se dice que es "lábil". En general, se reconoce que ciertos grupos como nitro (-NO 2 ), nitrato (-ONO 2 ) y azida (-N 3), son intrínsecamente lábiles. Cinéticamente, existe una baja barrera de activación a la reacción de descomposición. En consecuencia, estos compuestos exhiben alta sensibilidad a la llama o al choque mecánico. La unión química en estos compuestos se caracteriza por ser predominantemente covalente y, por lo tanto, no están estabilizados termodinámicamente por una alta energía reticular iónica. Además, generalmente tienen entalpías de formación positivas y hay poco obstáculo mecánico para la reorganización molecular interna para producir productos de descomposición más termodinámicamente estables (más fuertemente unidos). Por ejemplo, en la azida de plomo, Pb (N 3 ) 2 , los átomos de nitrógeno ya están unidos entre sí, por lo que la descomposición en Pb y N 2 es relativamente fácil.
- Temperatura de almacenamiento La velocidad de descomposición de los explosivos aumenta a temperaturas más altas. Se puede considerar que todos los explosivos militares estándar tienen un alto grado de estabilidad a temperaturas de -10 a +35 ° C, pero cada uno tiene una temperatura alta a la que su velocidad de descomposición se acelera rápidamente y se reduce la estabilidad. Como regla general, la mayoría de los explosivos se vuelven peligrosamente inestables a temperaturas superiores a 70 ° C.
- Exposición a la luz solar Cuando se exponen a los rayos ultravioleta de la luz solar, muchos compuestos explosivos que contienen grupos de nitrógeno se descomponen rápidamente, lo que afecta su estabilidad.
- Descarga eléctrica. La sensibilidad electrostática o chispeante a la iniciación es común en varios explosivos. La descarga eléctrica estática u otra puede ser suficiente para causar una reacción, incluso detonación, en algunas circunstancias. Como resultado, el manejo seguro de explosivos y pirotecnia usualmente requiere una toma de tierra eléctrica adecuada para el operador.
Potencia, rendimiento y fuerza
El término potencia o rendimiento como se aplica a un explosivo se refiere a su capacidad para hacer trabajo. En la práctica, se define como la capacidad del explosivo para lograr lo que se pretende en el suministro de energía (es decir, proyección de fragmentos, chorro de aire, chorro de alta velocidad, choque subacuático y energía de burbujas, etc.). La potencia o el rendimiento explosivo se evalúa mediante una serie de pruebas adaptadas para evaluar el material para su uso previsto. De las pruebas enumeradas a continuación, las pruebas de expansión del cilindro y de chorro de aire son comunes para la mayoría de los programas de prueba, y las demás admiten aplicaciones específicas.
- Prueba de expansión del cilindro Una cantidad estándar de explosivo se carga en un cilindro hueco largo, generalmente de cobre, y se detona en un extremo. Se recopilan datos sobre la velocidad de expansión radial del cilindro y la velocidad máxima de la pared del cilindro. Esto también establece que la energía Gurney o 2 E .
- Fragmentación del cilindro Un cilindro de acero estándar se carga con explosivo y se detona en un pozo de aserrín. Los fragmentos se recogen y se analiza la distribución de tamaños.
- Presión de detonación (condición de Chapman-Jouguet). Datos de presión de detonación derivados de mediciones de ondas de choque transmitidas al agua por la detonación de cargas explosivas cilíndricas de un tamaño estándar.
- Determinación del diámetro crítico. Esta prueba establece el tamaño físico mínimo que una carga de un explosivo específico debe ser para sostener su propia onda de detonación. El procedimiento implica la detonación de una serie de cargas de diferentes diámetros hasta que se observe dificultad en la propagación de la onda de detonación.
- Velocidad de detonación de diámetro masivo. La velocidad de detonación depende de la densidad de carga (c), el diámetro de carga y el tamaño del grano. La teoría hidrodinámica de la detonación utilizada para predecir fenómenos explosivos no incluye el diámetro de la carga y, por lo tanto, la velocidad de detonación para un diámetro masivo. Este procedimiento requiere el disparo de una serie de cargas de la misma densidad y estructura física, pero diferentes diámetros, y la extrapolación de las velocidades de detonación resultantes para predecir la velocidad de detonación de una carga de un diámetro masivo.
- Presión versus distancia escalada. Se detona una carga de un tamaño específico y se miden sus efectos de presión a una distancia estándar. Los valores obtenidos se comparan con los de TNT.
- Impulso versus distancia escalada. Se detona una carga de un tamaño específico y se mide su impulso (el área bajo la curva presión-tiempo) en función de la distancia. Los resultados se tabulan y expresan como equivalentes TNT.
- Energía de burbuja relativa (RBE). Una carga de 5 a 50 kg se detona en el agua y los medidores piezoeléctricos miden la presión máxima, la constante de tiempo, el impulso y la energía.
-
- El RBE se puede definir como K x 3
- RBE = K s
- donde K = el período de expansión de la burbuja para una carga experimental ( x ) o estándar ( s ).
Brisance
Además de la fuerza, los explosivos muestran una segunda característica, que es su efecto de ruptura o brisance (del significado en francés para "romper"), que se distingue y se separa de su capacidad total de trabajo. Esta característica es de importancia práctica para determinar la efectividad de una explosión en fragmentos de proyectiles, cubiertas de bombas, granadas y similares. La rapidez con que un explosivo alcanza su presión máxima (potencia) es una medida de su malestar. Los valores de Brisance se emplean principalmente en Francia y Rusia.
La prueba de aplastamiento de arena se emplea comúnmente para determinar la molestia relativa en comparación con TNT. Ninguna prueba es capaz de comparar directamente las propiedades explosivas de dos o más compuestos; es importante examinar los datos de varias de tales pruebas (aplastamiento de arena, trauzl, etc.) con el fin de medir el malestar relativo. Los verdaderos valores para comparación requieren experimentos de campo.
Densidad
La densidad de carga se refiere a la masa de un explosivo por unidad de volumen. Se encuentran disponibles varios métodos de carga, que incluyen la carga de gránulos, la carga de fundición y la carga de la prensa, cuya elección depende de las características del explosivo. Dependiendo del método empleado, se puede obtener una densidad promedio de la carga cargada que está dentro del 80-99% de la densidad máxima teórica del explosivo. La alta densidad de carga puede reducir la sensibilidad haciendo que la masa sea más resistente a la fricción interna. Sin embargo, si la densidad aumenta en la medida en que los cristales individuales se aplastan, el explosivo puede volverse más sensible. El aumento de la densidad de carga también permite el uso de más explosivo, lo que aumenta la potencia de la ojiva. Es posible comprimir un explosivo más allá de un punto de sensibilidad, conocido también como presionar en seco , en el cual el material ya no es capaz de iniciarse confiablemente, si es que lo hace.
Volatilidad
La volatilidad es la disposición con la que una sustancia se vaporiza. La volatilidad excesiva a menudo resulta en el desarrollo de presión dentro de rondas de municiones y separación de mezclas en sus constituyentes. La volatilidad afecta la composición química del explosivo, de modo que puede producirse una marcada reducción de la estabilidad, lo que aumenta el peligro de manipulación.
Higroscopicidad y resistencia al agua
La introducción de agua en un explosivo es altamente indeseable ya que reduce la sensibilidad, la fuerza y la velocidad de detonación del explosivo. La higroscopicidad es una medida de las tendencias de absorción de humedad de un material. La humedad afecta adversamente a los explosivos al actuar como un material inerte que absorbe calor cuando se vaporiza, y al actuar como un medio solvente que puede causar reacciones químicas no deseadas. La sensibilidad, la fuerza y la velocidad de detonación se reducen con materiales inertes que reducen la continuidad de la masa explosiva. Cuando el contenido de humedad se evapora durante la detonación, se produce enfriamiento, lo que reduce la temperatura de reacción. La estabilidad también se ve afectada por la presencia de humedad, ya que la humedad promueve la descomposición del explosivo y, además, provoca la corrosión del contenedor de metal del explosivo.
Los explosivos difieren considerablemente unos de otros en cuanto a su comportamiento en presencia de agua. Las dinamitas de gelatina que contienen nitroglicerina tienen un grado de resistencia al agua. Los explosivos a base de nitrato de amonio tienen poca o ninguna resistencia al agua debido a la reacción entre el nitrato de amonio y el agua, que libera amoníaco, dióxido de nitrógeno y peróxido de hidrógeno. Además, el nitrato de amonio es higroscópico, susceptible a la humedad, de ahí las preocupaciones anteriores.
Toxicidad
Muchos explosivos son tóxicos en cierta medida. Los insumos de fabricación también pueden ser compuestos orgánicos o materiales peligrosos que requieren entrega especial debido a riesgos (como carcinógenos). Los productos de descomposición, los sólidos residuales o los gases de algunos explosivos pueden ser tóxicos, mientras que otros son inofensivos, como el dióxido de carbono y el agua.
Ejemplos de subproductos nocivos son:
- Metales pesados, como plomo, mercurio y bario de los imprimadores (observados en los campos de tiro de alto volumen)
- Óxidos nítricos de TNT
- Percloratos cuando se usa en grandes cantidades
Los "explosivos verdes" buscan reducir el impacto en el medio ambiente y la salud. Un ejemplo de esto es el explosivo primario de cobre (I) 5-nitrotetrazolato, una alternativa a la azida de plomo. Una variedad de explosivo verde son los explosivos CDP, cuya síntesis no involucra ningún ingrediente tóxico, consume dióxido de carbono al detonar y no libera ningún óxido nítrico a la atmósfera cuando se usa.
Tren explosivo
El material explosivo puede ser incorporado en el tren explosivo de un dispositivo o sistema. Un ejemplo es un cable pirotécnico que enciende un amplificador, lo que hace que la carga principal detone.
Volumen de productos de explosión
Los explosivos más utilizados son líquidos condensados o sólidos convertidos en productos gaseosos por reacciones químicas explosivas y la energía liberada por esas reacciones. Los productos gaseosos de la reacción completa son típicamente dióxido de carbono, vapor y nitrógeno. Los volúmenes gaseosos calculados por la ley de los gases ideales tienden a ser demasiado grandes a altas presiones características de las explosiones. La expansión de volumen máxima se puede estimar en tres órdenes de magnitud, o un litro por gramo de explosivo. Los explosivos con un déficit de oxígeno generarán hollín o gases como monóxido de carbono e hidrógeno, que pueden reaccionar con los materiales circundantes, como el oxígeno atmosférico. Los intentos de obtener estimaciones de volumen más precisas deben considerar la posibilidad de tales reacciones secundarias, condensación de vapor y solubilidad acuosa de gases como el dióxido de carbono.
En comparación, la detonación de CDP se basa en la rápida reducción de dióxido de carbono a carbono con la abundante liberación de energía. En lugar de producir gases residuales típicos como dióxido de carbono, monóxido de carbono, nitrógeno y óxidos nítricos, CDP es diferente. En cambio, la reducción altamente energética del dióxido de carbono al carbono vaporiza y presuriza el exceso de hielo seco en el frente de onda, que es el único gas liberado de la detonación. Por lo tanto, la velocidad de detonación para las formulaciones de CDP puede personalizarse ajustando el porcentaje en peso de agente reductor y hielo seco. Las detonaciones de CDP producen una gran cantidad de materiales sólidos que pueden tener un gran valor comercial como abrasivo:
Ejemplo - Reacción de Detonación CDP con Magnesio: XCO 2 + 2Mg → 2MgO + C + (X-1) CO 2
Los productos de la detonación en este ejemplo son el óxido de magnesio, el carbono en varias fases, incluido el diamante, y el exceso de dióxido de carbono vaporizado que no fue consumido por la cantidad de magnesio en la formulación explosiva.
Balance de oxígeno (OB% o Ω )
El balance de oxígeno es una expresión que se usa para indicar el grado en que se puede oxidar un explosivo. Si una molécula explosiva contiene suficiente oxígeno para convertir todo su carbono en dióxido de carbono, todo su hidrógeno en agua y todo su metal en óxido metálico sin exceso, se dice que la molécula tiene un balance de oxígeno cero. Se dice que la molécula tiene un balance de oxígeno positivo si contiene más oxígeno de lo que se necesita y un balance de oxígeno negativo si contiene menos oxígeno de lo que se necesita. La sensibilidad, la fuerza y la fatiga de un explosivo dependen en cierta medida del balance de oxígeno y tienden a aproximarse a sus máximos a medida que el balance de oxígeno se aproxima a cero.
El balance de oxígeno se aplica a la mecánica de explosivos tradicional con la suposición de que el carbono se oxida a monóxido de carbono y dióxido de carbono durante la detonación. En lo que parece ser una paradoja para un experto en explosivos, Cold Detonation Physics utiliza el carbono en su estado más altamente oxidado como fuente de oxígeno en forma de dióxido de carbono. El balance de oxígeno, por lo tanto, no se aplica a una formulación de CDP o debe calcularse sin incluir el carbono en el dióxido de carbono.
Composición química
Un explosivo químico puede consistir en un compuesto químicamente puro, como la nitroglicerina, o una mezcla de un combustible y un oxidante, como polvo negro o polvo de grano y aire.
Compuestos químicamente puros
Algunos compuestos químicos son inestables porque, cuando se los sorprende, reaccionan, posiblemente hasta el punto de la detonación. Cada molécula del compuesto se disocia en dos o más moléculas nuevas (generalmente gases) con la liberación de energía.
- Nitroglicerina : un líquido altamente inestable y sensible
- Peróxido de acetona : un peróxido orgánico blanco muy inestable
- TNT : Cristales insensibles de color amarillo que pueden derretirse y fundirse sin detonación
- Nitrato de celulosa : un polímero nitrado que puede ser un explosivo alto o bajo dependiendo del nivel de nitración y las condiciones
- RDX , PETN , HMX : explosivos muy poderosos que pueden usarse puros o en explosivos plásticos
- C-4 (o Composición C-4): un explosivo plástico RDX plastificado para ser adhesivo y maleable
Las composiciones anteriores pueden describir la mayor parte del material explosivo, pero un explosivo práctico a menudo incluirá pequeños porcentajes de otras sustancias. Por ejemplo, la dinamita es una mezcla de nitroglicerina altamente sensible con aserrín, sílice en polvo o, más comúnmente, tierra de diatomeas, que actúan como estabilizadores. Se pueden agregar plásticos y polímeros para unir polvos de compuestos explosivos; se pueden incorporar ceras para que sean más seguras de manejar; polvo de aluminio puede ser introducido para aumentar la energía total y los efectos de explosión. Los compuestos explosivos también suelen ser "aleados": los polvos HMX o RDX se pueden mezclar (normalmente fundiendo) con TNT para formar Octol o Cyclotol.
Mezcla de oxidante y combustible
Un oxidante es una sustancia pura (molécula) que en una reacción química puede contribuir con algunos átomos de uno o más elementos oxidantes, en los que se quema el componente combustible del explosivo. En el nivel más simple, el oxidante puede ser un elemento oxidante, como el oxígeno gaseoso o líquido.
- Polvo negro : nitrato de potasio, carbón y azufre
- Polvo de destello : Polvo de metal fino (generalmente aluminio o magnesio) y un oxidante fuerte (p. Ej., Clorato de potasio o perclorato)
- Amonio : nitrato de amonio y polvo de aluminio
- La mezcla de Armstrong : clorato de potasio y fósforo rojo. Esta es una mezcla muy sensible. Es un alto explosivo primario en el que el azufre sustituye parte o la totalidad del fósforo para disminuir ligeramente la sensibilidad.
- Física de la detonación en frío: Combinaciones de dióxido de carbono en forma de hielo seco (una fuente de oxígeno no tradicional) y agentes reductores en polvo (combustible) como magnesio y aluminio.
- Explosivos de Sprengel : una clase muy general que incorpora cualquier oxidante fuerte y combustible altamente reactivo, aunque en la práctica el nombre se aplicaba con mayor frecuencia a las mezclas de cloratos y nitroaromáticos.
- ANFO : nitrato de amonio y aceite combustible
- Cheddites : Cloratos o percloratos y aceite
- Oxyliquits : mezclas de materiales orgánicos y oxígeno líquido
- Panclastitas : mezclas de materiales orgánicos y tetróxido de dinitrógeno
Disponibilidad y costo
La disponibilidad y el costo de los explosivos están determinados por la disponibilidad de las materias primas y el costo, la complejidad y la seguridad de las operaciones de fabricación.
Clasificación de materiales explosivos
Por sensibilidad
Explosivo primario
Un explosivo primario es un explosivo extremadamente sensible a estímulos como el impacto, la fricción, el calor, la electricidad estática o la radiación electromagnética. Algunos explosivos primarios también se conocen como explosivos de contacto. Se requiere una cantidad relativamente pequeña de energía para la iniciación. Como regla general, se considera que los explosivos primarios son aquellos que son más sensibles que el PETN. Como medida práctica, los explosivos primarios son lo suficientemente sensibles como para poder iniciarlos de manera confiable con un golpe de un martillo; sin embargo, PETN generalmente también se puede iniciar de esta manera, por lo que esta es solo una directriz muy amplia. Además, varios compuestos, como el triyoduro de nitrógeno, son tan sensibles que ni siquiera se pueden manipular sin detonar. El triyoduro de nitrógeno es tan sensible que puede detonarse de manera confiable mediante la exposición a la radiación alfa;
Los explosivos primarios se usan a menudo en detonadores o para disparar cargas más grandes de explosivos secundarios menos sensibles. Los explosivos primarios se usan comúnmente en tapones de voladura y cápsulas de percusión para traducir una señal de choque físico. En otras situaciones, diferentes señales tales como descargas eléctricas o físicas, o, en el caso de sistemas de detonación con láser, luz, se utilizan para iniciar una acción, es decir, una explosión. Una pequeña cantidad, generalmente miligramos, es suficiente para iniciar una carga mayor de explosivo que generalmente es más segura de manejar.
Ejemplos de altos explosivos primarios son:
- Peróxido de acetona
- Ozonides de metal alcalino
- Permanganato de amonio
- Clorato de amonio
- Azidotetrazolatos
- Azoclatratos
- Peróxido de benzoilo
- Benzvalene
- Óxidos de cloro
- Acetiluro de cobre (I)
- Azida de cobre (II)
- Hidroperóxido de cumeno
- CXP CycloProp (-2-) Nitrato de enilo (o CPN)
- Azida cianógena
- Triazida cianurica
- Peróxido de diacetilo
- 1-Diazidocarbamoyl-5-azidotetrazole
- Diazodinitrofenol
- Diazometano
- Peróxido de dietil éter
- 4-dimetilaminofenilpentazol
- Dinitruro de disulfuro
- Azida de etilo
- Antimonio explosivo
- Perclorato de flúor
- Ácido fulminico
- Azidas halógenas:
- Azida de flúor
- Azida de cloro
- Azida de bromo
- Hexamethylene triperoxide diamine
- Ácido hidrazoico
- Ácido hipofluorado
- Azida de plomo
- Styphnate del plomo
- Picrato de plomo
- Heptóxido de manganeso
- Mercurio (II) fulminante
- Nitruro de mercurio
- Peróxido de metil etil cetona
- Níquel nitrato de hidracina
- Perclorato de níquel hidrazina
- Trihaluros de nitrógeno:
- Tricloruro de nitrógeno
- Tribromuro de nitrógeno
- Triyoduro de nitrógeno
- Nitroglicerina
- Perclorato de nitronio
- Nitrotetrazolato- N- óxidos
- Octaazacubane
- Hexafluoroarsenate de Pentazenium
- Peroxiácidos
- Ácido peroximonosulfúrico
- Tetraazida de selenio
- Tetraazida de silicio
- Azida plateada
- Acetiluro de plata
- Fulminado de plata
- Nitruro de plata
- Azida sódica
- Tellurium tetraazide
- tert- Butil hidroperóxido
- Complejos de cobre Tetraamina
- Tetraazidometano
- Tetrazene explosivo
- Tetranitratoxicarbon
- Tetrazoles
- Tetraazida de titanio
- Triazidometano
- Óxidos de xenón:
- Dióxido de xenón
- Oxitetrafluoruro de xenón
- Tetróxido de xenón
- Trióxido de xenón
Explosivo secundario
Un explosivo secundario es menos sensible que un explosivo primario y requiere mucha más energía para iniciarse. Debido a que son menos sensibles, se pueden utilizar en una amplia variedad de aplicaciones y son más seguros de manejar y almacenar. Los explosivos secundarios se usan en grandes cantidades en un tren explosivo y generalmente se inician con una cantidad menor de un explosivo primario.
Ejemplos de explosivos secundarios incluyen TNT y RDX.
Explosivo terciario
Los explosivos terciarios , también llamados agentes de voladura , son tan insensibles a los impactos que no pueden ser detonados de manera confiable con cantidades prácticas de explosivos primarios, y en su lugar requieren un refuerzo explosivo intermedio del explosivo secundario. A menudo se utilizan para la seguridad y los costos generalmente más bajos de material y manejo. Los mayores consumidores son las operaciones de minería y construcción a gran escala.
ANFO es un ejemplo de un explosivo terciario.
Por velocidad
Explosivos bajos
Los explosivos bajos son compuestos donde la velocidad de descomposición procede a través del material a una velocidad inferior a la del sonido. La descomposición se propaga por un frente de llama (deflagración) que viaja mucho más lentamente a través del material explosivo que una onda de choque de un alto explosivo. En condiciones normales, los explosivos de baja potencia sufren deflagración a velocidades que varían desde unos pocos centímetros por segundo hasta aproximadamente 400 metros por segundo. Es posible que deflagran muy rápidamente, produciendo un efecto similar a una detonación. Esto puede ocurrir bajo una presión o temperatura más alta, que generalmente ocurre cuando se enciende en un espacio confinado.
Un explosivo bajo suele ser una mezcla de una sustancia combustible y un oxidante que se descompone rápidamente (deflagración); sin embargo, arden más lentamente que un alto explosivo, que tiene una velocidad de combustión extremadamente rápida.
Los explosivos bajos se emplean normalmente como propelentes. Incluidos en este grupo se encuentran los productos derivados del petróleo como propano y gasolina, pólvora (tanto negra como sin humo) y pirotecnia liviana, como bengalas y fuegos artificiales, pero pueden reemplazar a los explosivos de alta potencia en ciertas aplicaciones, ver voladura a presión de gas.
Explosivos altos
Los explosivos altos (HE) son materiales explosivos que detonan, lo que significa que el frente de choque explosivo pasa a través del material a una velocidad supersónica. Los explosivos altos detonan con una velocidad explosiva que varía de 3 a 9 km / s. Por ejemplo, TNT tiene una tasa de detonación (quema) de aproximadamente 5.8 km / s (19,000 pies por segundo), cable detonante de 6.7 km / s (22,000 pies por segundo) y C-4 de aproximadamente 8.5 km / s (29,000 pies) por segundo). Normalmente trabajan en minería, demolición y aplicaciones militares. Se pueden dividir en dos clases de explosivos diferenciados por sensibilidad: explosivo primario y explosivo secundario. El término explosivo alto contrasta con el término explosivo bajo , que explota (deflagra) a una velocidad menor.
Incontables compuestos altamente explosivos son químicamente posibles, pero comercial y militarmente importantes han incluido NG, TNT, TNX, RDX, HMX, PETN, TATB y HNS.
Por composición
Composición de imprimación
Las composiciones de imprimación son explosivos primarios mezclados con otras composiciones para controlar (disminuir) la sensibilidad de la mezcla a la propiedad deseada.
Por ejemplo, los explosivos primarios son tan sensibles que deben almacenarse y enviarse en un estado húmedo para evitar el inicio accidental.
Por forma física
Los explosivos a menudo se caracterizan por la forma física en que se producen o usan los explosivos. Estas formas de uso comúnmente se clasifican como:
- Presiones
- Castings
- Plástico o polímero en condiciones de servidumbre
- Plastes (también conocidos como explosivos plásticos)
- Recubierto de goma
- Extrudable
- Binario
- Agentes de voladura
- Lodos y geles
- Dinamitas
Clasificaciones de etiquetas de envío
Las etiquetas y etiquetas de envío pueden incluir marcas nacionales y de las Naciones Unidas.
Las marcas de las Naciones Unidas incluyen los códigos numerados de clases y divisiones de peligro (HC / D) y los códigos alfabéticos de grupos de compatibilidad. Aunque los dos están relacionados, son separados y distintos. Cualquier designador de Grupo de Compatibilidad se puede asignar a cualquier Clase de Peligro y División. Un ejemplo de esta marca híbrida sería un fuego artificial para el consumidor, que está etiquetado como 1.4G o 1.4S.
Los ejemplos de marcas nacionales incluirían códigos del Departamento de Transporte de los Estados Unidos (DOT).
Clasificación y clase de peligro de la Organización de las Naciones Unidas (UNO) (HC / D)
La Clase y División de Riesgo (HC / D) es un designador numérico dentro de una clase de peligro que indica el carácter, el predominio de los peligros asociados y el potencial de causar bajas personales y daños a la propiedad. Es un sistema internacionalmente aceptado que comunica utilizando la cantidad mínima de marcas el peligro primario asociado con una sustancia.
A continuación se enumeran las Divisiones para la Clase 1 (Explosivos):
- 1.1 Peligro de detonación masiva. Con HC / D 1.1, se espera que si un elemento en un contenedor o paleta inadvertidamente detona, la explosión simpáticamente detonará los elementos circundantes. La explosión podría propagarse a todos o la mayoría de los elementos almacenados juntos, causando una detonación masiva. También habrá fragmentos de la carcasa y / o estructuras del artículo en el área de explosión.
- 1.2 Explosión no masiva, producción de fragmentos. HC / D 1.2 se divide además en tres subdivisiones, HC / D 1.2.1, 1.2.2 y 1.2.3, para tener en cuenta la magnitud de los efectos de una explosión.
- 1.3 Disparo masivo, explosión menor o peligro de fragmentación. Propulsores y muchos artículos pirotécnicos entran en esta categoría. Si se inicia un elemento en un paquete o pila, generalmente se propagará a los otros elementos, creando un incendio masivo.
- 1.4 Fuego moderado, sin explosión o fragmento. Los artículos de HC / D 1.4 se enumeran en la tabla como explosivos sin peligro significativo. La mayoría de las municiones de armas pequeñas (incluidas las armas cargadas) y algunos artículos pirotécnicos entran en esta categoría. Si el material energético en estos elementos se inicia inadvertidamente, la mayoría de la energía y los fragmentos estarán contenidos en la estructura de almacenamiento o en los propios contenedores de elementos.
- 1.5 riesgo de detonación masiva, muy insensible.
- 1.6 riesgo de detonación sin riesgo de detonación masiva, extremadamente insensible.
Para ver una tabla UNO completa, navegue por los Párrafos 3-8 y 3-9 de NAVSEA OP 5, vol. 1, Capítulo 3.
Grupo de compatibilidad de clase 1
Los códigos de grupo de compatibilidad se utilizan para indicar compatibilidad de almacenamiento para materiales HC / D Clase 1 (explosivos). Las letras se usan para designar 13 grupos de compatibilidad de la siguiente manera.
- A : sustancia explosiva primaria (1.1A).
- B : Un artículo que contiene una sustancia explosiva primaria y que no contiene dos o más características protectoras efectivas. Se incluyen algunos artículos, como ensamblajes de detonadores para voladura y cebadores, tipo tapa. (1.1B, 1.2B, 1.4B).
- C : sustancia explosiva propulsante u otra sustancia explosiva deflagrante o artículo que contenga dicha sustancia explosiva (1.1C, 1.2C, 1.3C, 1.4C). Estos son propelentes a granel, cargas propulsoras y dispositivos que contienen propelentes con o sin medios de ignición. Los ejemplos incluyen propelente de base única, propelente de doble base, propelente de base triple y propelentes compuestos, motores de cohete propelente sólido y municiones con proyectiles inertes.
- D : Sustancia explosiva detonante secundaria o polvo negro o artículo que contiene una sustancia explosiva detonante secundaria, en cada caso sin medios de iniciación y sin una carga propulsora, o artículo que contiene una sustancia explosiva primaria y que contiene dos o más características de protección efectivas. (1.1D, 1.2D, 1.4D, 1.5D).
- E : Artículo que contiene una sustancia explosiva secundaria detonante sin medios de iniciación, con una carga propulsora (que no contenga líquido inflamable, gel o líquido hipergólico) (1.1E, 1.2E, 1.4E).
- F que contiene una sustancia explosiva detonante secundaria con su medio de iniciación, con una carga propulsora (que no contenga líquido inflamable, gel o líquido hipergólico) o sin carga propulsora (1.1F, 1.2F, 1.3F, 1.4F).
- G : Sustancia pirotécnica o artículo que contiene una sustancia pirotécnica, o artículo que contiene tanto una sustancia explosiva como una sustancia iluminadora, incendiaria, productora de lágrimas o productora de humo (que no sea un artículo activado por agua o uno que contenga fósforo blanco, fosfuro o líquido inflamable o gel o líquido hipergólico) (1.1G, 1.2G, 1.3G, 1.4G). Los ejemplos incluyen bengalas, señales, munición incendiaria o iluminante y otros dispositivos que producen humo y lágrimas.
- H : Artículo que contiene tanto una sustancia explosiva como fósforo blanco (1.2H, 1.3H). Estos artículos arderán espontáneamente cuando se exponen a la atmósfera.
- J : Artículo que contiene tanto una sustancia explosiva como un líquido o gel inflamable (1.1J, 1.2J, 1.3J). Esto excluye los líquidos o geles que son espontáneamente inflamables cuando se exponen al agua o la atmósfera, que pertenecen al grupo H. Los ejemplos incluyen munición incendiaria llena de líquido o gel, dispositivos explosivos de combustible y aire (FAE) y misiles impulsados por líquidos inflamables.
- K : Artículo que contiene tanto una sustancia explosiva como un agente químico tóxico (1.2K, 1.3K)
- L Sustancia explosiva o artículo que contiene una sustancia explosiva y que presenta un riesgo especial (p. Ej., Debido a la activación con agua o presencia de líquidos hipergólicos, fosfuros o sustancias pirofóricas) que necesita aislamiento de cada tipo (1.1L, 1.2L, 1.3L). Las municiones dañadas o sospechosas de cualquier grupo pertenecen a este grupo.
- N : Artículos que contienen solo sustancias detonantes extremadamente insensibles (1.6N).
- S : Sustancia o artículo embalado o diseñado de tal manera que los efectos peligrosos derivados del funcionamiento accidental se limiten en la medida en que no obstaculicen o prohíban significativamente la lucha contra incendios u otros esfuerzos de respuesta de emergencia en las inmediaciones del paquete (1.4S).
Regulación
La legalidad de poseer o usar explosivos varía según la jurisdicción. Varios países de todo el mundo han promulgado leyes sobre explosivos y requieren licencias para fabricar, distribuir, almacenar, usar, poseer explosivos o ingredientes.
Países Bajos
En los Países Bajos, el uso civil y comercial de explosivos está cubierto por la Wet explosieven voor civiel gebruik ( Ley de explosivos para uso civil), de conformidad con la directiva de la UE nr. 93/15 / EEG (holandés). El uso ilegal de explosivos está cubierto por Wet Wapens en Munitie (Ley de Armas y Municiones) (holandés).
Reino Unido
El nuevo Reglamento sobre explosivos 2014 (ER 2014) entró en vigor el 1 de octubre de 2014
Estados Unidos
Durante la Primera Guerra Mundial, se crearon numerosas leyes para regular las industrias relacionadas con la guerra y aumentar la seguridad dentro de los Estados Unidos. En 1917, el 65º Congreso de los Estados Unidos creó muchas leyes, incluida la Ley de Espionaje de 1917 y la Ley de Explosivos de 1917 .
La Ley de Explosivos de 1917 (sesión 1, capítulo 83, 40 Stat. 385) se firmó el 6 de octubre de 1917 y entró en vigor el 16 de noviembre de 1917. El resumen legal es "Una ley para prohibir la fabricación, distribución, almacenamiento, uso, y posesión en tiempo de guerra de explosivos, proporcionando las normas para la fabricación, distribución, almacenamiento, uso y posesión seguros de los mismos, y para otros fines ". Esta fue la primera regulación federal de licencias de compras de explosivos. El acto fue desactivado después de que terminó la Primera Guerra Mundial.
Después de que los Estados Unidos entraron en la Segunda Guerra Mundial, la Ley de Explosivos de 1917 fue reactivada. En 1947, el acto fue desactivado por el presidente Truman.
La Ley de Control del Crimen Organizado de 1970 (Pub.L. 91-452) transfirió muchas regulaciones sobre explosivos a la Oficina de Alcohol, Tabaco y Armas de Fuego (ATF) del Departamento del Tesoro. El proyecto de ley entró en vigencia en 1971.
Actualmente, las regulaciones se rigen por el Título 18 del Código de los Estados Unidos y el Título 27 del Código de Regulaciones Federales:
- "Importación, fabricación, distribución y almacenamiento de materiales explosivos" (18 USC Capítulo 40).
- "Comercio en explosivos" (27 CFR Capítulo II, Parte 555).
Lista de explosivos
Compuestos
Acetiluros
- CUA, DCA, AGA
Fulmina
- HF, AUF, HGF, PTF, KF, AGF
Nitro
- MonoNitro: NGA, NE, NM, NP, NS, NU
- DiNitro : DDNP, DNB, DNEU, DNN, DNP, DNPA, DNPH, DNR, DNPD, DNPA, DNC, DPS, DPA, EDNP, KDNBF, BEAF
- TriNitro: RDX, DATB, TATB, PBS, PBP, TNAL, TNAS, TNB, TNBA, TNC, MC, TNEF, TNOC, TNOF, TNP, TNT, TNN, TNPG, TNR, BTNEN, BTNEC, Tetryl, SA, API, TNS
- OctaNitro: ONC
Nitratos
- Mononitratos: AN, BAN, CAN, MAN, NAN, UN
- Dinitratos: DEGDN, EDDN, EDNA, EGDN, HDN, TEGDN, TAOM
- Trinitratos: BTTN, TMOTN, NG
- Tetranitratos: ETEN, PETN, TNOC
- Pentanitratos: XPN
- Hexanitratos: CHN, MHN
Aminas
- Aminas terciarias: NTBR, NTCL, NTI, NTS, SEXO, AGN
- Diamines: DSDN
- Azides: CNA, CYA, CLA, CUA, EA, FA, HA, PBA, AGA, NAA, RBA, MAR, SIA, TEA, TAM, TIA
- Tetraminas: TZE, TZO, AA
- Pentaminas: PZ
- Octaminas: OAC, ATA
Peróxidos
- AP (TATP), CHP, DAP, DBP, DEP, HMTD, MEKP, TBHP
Óxidos
- XOTF, XDIO, XTRO, XTEO
Sin clasificar
- Ozonides de metal alcalino
- Clorato de amonio
- Perclorato de amonio
- Permaganato de amonio
- Azidotetrazolatos
- Azoclatratos
- Benzvalene
- Óxidos de cloro
- DMAPP
- Perclorato de flúor
- Oro fulminante
- Plata fulminante (varias sustancias)
- Hexafluroarsenate
- Ácido hipofluorado
- Heptóxido de manganeso
- Nitruro de mercurio
- Perclorato de nitronio
- Nitrotetrazolato-N-óxidos
- Peroxiácidos
- Ácido peroximonosulfúrico
- Complejos de cobre tetramina
- Tetranitruro de Tetrasulfur
Mezclas
- Aluminio Orphorite, Amatex, Amatol, mezcla de Armstrong, ANFO, ANNMAL
- Baranol, Baratol, Blackpowder, Granalla de gelatina, Butyl tetryl
- Composición A, Composición B, Composición C, Composición 1, Composición 2, Composición 3, Composición 4, Composición 5, Cyclotol
- Formulaciones CDP
- Cordón detonante, dinamita
- Ednatol
- Polvo de flash
- Hydromite 600
- Schneiderite, Semtex
- Tannerit simplemente, Tannerite, Tovex, Tritonal
Elementos e isótopos
- Metales alcalinotérreos
- Antimonio explosivo
- Plutonio-239
- Uranio-235