История в тротиловом эквиваленте: эволюция взрывчатки

В своем новом телевизионном проекте «Дикие эксперименты Адама Сэвиджа», который идет на Discovery Channel Адам собирает всевозможные устройства от машин из «Безумного Макса» до пушки, стреляющей хот-догами, и добивается их работоспособности, а один из выпусков программы будет посвящен нитроглицерину. Вместе с Александром Ивановым, младшим научным сотрудником Физтеха УрФУ, автором проекта «Химия — Просто», мы решили разобраться в истории взрывчатки и эволюции этих гремучих смесей.

Одной из первых горючих смесей, которую открыло для себя человечество, стал греческий огонь. В историографии его изобретение относят к середине VII века нашей эры, а родиной называют Византию. Предполагается, что это была смесь смолы, серы, вероятно, сырой нефти и прочих горючих и липких веществ. Эта смесь помещалась в глиняный горшок, поджигалась и забрасывалась на вражеский корабль. Там она растекалась и уничтожала судно: потушить такое не представлялось возможным, поэтому для корабля зачастую подобные атаки становились фатальными. Греческий огонь очень похож на дикий огонь из сериала «Игра престолов», с помощью которого потопили флот Станиса, а потом Серсея взорвала септу с фанатиками. Строго говоря, греческий огонь нельзя причислить к взрывчатке, поскольку, выражаясь современным языком, это был просто своеобразный коктейль Молотова, а взрывчатка — это то, что умеет детонировать. Однако в реалиях раннего средневековья зажигательная смесь, способная взрываться при соприкосновении с другими объектами, могла быть отнесена к первым попыткам человечества изобрести взрывчатку.

Источник: https://fishki.net/add/ © Fishki.net

На протяжении долгих веков порох оставался практически единственным взрывчатым веществом в арсенале человечества. Он прост в изготовлении: всё, что нужно, — это мельница, хороший помол компонентов и гранулирование под определённый калибр. Порох засыпали в дуло, затем клали кусок свинца, а сзади дула был фитиль либо кремень, который создавал огонь или искры. Все гениальное действительно просто.

Следующим шагом в развитии взрывчатых веществ стало открытие пикриновой кислоты: в 1771 году ирландский химик Питер Вульф получил тринитрофенол, воздействуя азотной кислотой на природный краситель индиго. Долгое время тринитрофенол использовался как краситель для шерсти и шёлка — он давал желтый цвет — и вообще не ассоциировался с взрывчаткой, пока в 1873 году не была продемонстрирована способность тринитрофенола к детонации. Наибольший вклад в «милитаризацию» пикриновой кислоты сделал французский инженер Тюрпен, который в 1886 году обнаружил, что тринитрофенол может детонировать, если его сплавить или сильно спрессовать — значит, его можно использовать в качестве боеприпасов. После этого тринитрофенол начали широко применять как мощное бризантное взрывчатое вещество.

Несмотря на то, что черный порох показал себя как эффективное взрывчатое вещество, ученые во всем мире не оставляли попыток улучшить его. Так, в 1786 году во Франции появился хлоратный порох, состоящий из хлората калия, серы и угля. Его открытие принадлежит Клоду Бертолле, поэтому и хлорат калия впоследствии был назван бертоллетовой солью. Хлоратный порох был, конечно, мощнее тем, что скорость его горения гораздо выше, чем у черного пороха, но он очень чувствителен к давлению: чем оно выше, тем выше скорость горения. Тонкость заключается в том, что снаряд можно разогнать резко, а можно и спокойнее. Классический черный порох делает это плавно за счёт стабильного горения. То есть гранулы должны гореть пока, грубо говоря, нос снаряда не покажется из ствола пушки. С хлоратным порохом снаряд не успевает пройти и полпути, а реакция уже идет полным ходом. Поэтому получается ударный эффект — от него часто взрывались стволы пушек и гибли артиллеристы.

Конец XVIII века добавил в оружейную палату человечества еще одно взрывчатое вещество — «гремучее серебро». Серебряную соль фульминовой кислоты AgCNO открыл британский химик Эдвард Ховард в ходе исследовательского проекта по получению самых разных фульминатов. «Гремучее серебро» обладает высокой мощностью, однако его использование ограничено из-за его чрезвычайной чувствительности к ударам, нагреву, давлению и электричеству. Взрыв может вызвать даже легкое прикосновение пера, падение одной капли воды или небольшой статический разряд. Агрегирование больших количеств фульмината серебра невозможно из-за тенденции к самодетонации соединения под действием собственного веса, поэтому в истории гремучее серебро не получило широкого применения, а сегодня используется в развлекательных целях.

Изобретение пироксилина (тринитроцеллюлозы) в чем-то похоже на историю с пикриновой кислотой: впервые это вещество получил в 1832 году французский ученый А. Браконно, однако тщательно изучить его свойства он почему-то не посчитал нужным, и взрывчатый потенциал пироксилина тогда оказался не раскрыт. Зато в 1846—1848 гг. российский академик Г. И. Гесс и полковник А. А. Фадеев, вплотную занявшиеся исследованием пироксилина, обнаружили, что его мощность в разы превосходит дымный порох — неслучайно название этого соединения переводится как «огонь» и «срубленный лес», то есть, метафорически выражаясь, пламя, способное уничтожить целый лес. Безопасный способ производства одной из разновидностей пироксилина был предложен Д.И. Менделеевым в 1890 году: свое изобретение химик назвал пироколлодийным порохом, а в состав его входили хорошо растворимая нитроклетчатка, непосредственно растворитель и различные присадки для стабилизации газообразования.

Сложный эфир глицерина и азотной кислоты впервые был синтезирован итальянским химиком Асканио Собреро в 1846 году, а представил свое открытие он год спустя под названием пироглицерин. Русское же название не совсем корректно, поскольку вещество относится к нитроэфирам, а не к нитросоединениям. Нитроглицерин обладает высокой чувствительностью к ударам, трению, резкому нагреву, поэтому очень опасен в обращении. Кроме того, проникая в организм через кожу, он вызывает головную боль — так были открыты его фармакологические свойства. На них впервые обратил внимание сам Собреро: он заметил, что при пробе на язык малых количеств нитроглицерина, у него начинается мигрень.

Поскольку в чистом виде нитроглицерин крайне неустойчив и опасен, ученые начали искать способ его стабилизации, и наибольших успехов в этой области достиг Альфред Нобель: в 1863 году он создал инжектор-смеситель для производства нитроглицерина и капсюль-детонатор. Испытать на себе взрывоопасность и потенциал нитроглицерина берется Адам Сэвидж: в проекте «Дикие эксперименты Адама Сэвиджа», который выходит на Discovery Channel по вторникам в 22:00, знаменитый «разрушитель легенд» проведет серию смелых и красочных опытов, чтобы продемонстрировать зрителям всю сокрушительную мощь этого вещества.

Одно из самых известных сегодня взрывчатых веществ — тротил — было открыто в 1863 году в Германии Юлиусом Вильбрандом. Тринитротолуол отличается достаточной мощностью и при этом он не слишком чувствителен к внешним воздействиям, в отличие от того же самого «гремучего серебра». Поэтому он и стал одним и самых популярных взрывчатых веществ: уже в 1891 году Германия наладила промышленное производство тротила, а с 1902 года в германской и американской армиях он вытеснил пикриновую кислоту и стал основным снарядом для боеприпасов. Сегодня тротил остается одним из самых распространенных взрывчатых веществ и даже используется в качестве универсальной единицы вычисления мощности взрыва.

Продолжая искать способы стабилизации нитроглицерина, один из самых известных химиков в мире, Альфред Нобель, пришел к выводу, что обезопасить его можно с помощью абсорбентов. В 1867 году Нобель запатентовал динамит — взрывчатую смесь из твёрдых абсорбентов, пропитанных нитроглицерином и спрессованных в цилиндрическую форму. Смесь Нобель поместил в бумажную упаковку-патрон, а подрыв заряда предложил осуществлять с помощью капсюля-детонатора. Нитроглицерин в такой форме было гораздо удобнее использовать и хранить, поэтому динамит быстро стал практически самой востребованной взрывчаткой на долгие десятилетия. Примечательно, что журналисты, поверив ложным слухам о смерти Нобеля, выпустили некролог с заголовком «Торговец смертью мертв» — это настолько задело химика, что он решил начать работать не только над новыми изобретениями, но и над своей репутацией и впоследствии основал знаменитую премию, которую мы знаем как Нобелевскую.

В 1867 году в Швеции случилось еще одного «взрывное» открытие: химики И. Норбин и И. Ольсен получили аммиачную селитру из безводного аммиака и концентрированной азотной кислоты. В чистом виде она уступает большинству известных взрывчатых веществ, но чем выше влажность и чем резче перепады температуры, тем взрывоопаснее она становится. Наибольшую распространенность аммиачная селитра получила в горном деле, а в военной отрасли используются смеси аммиачной селитры с другими горючими материалами и веществами (дизель, аквонал, астролит и т. д.). Кроме того, аммиачная селитра активно используется в качестве удобрения, однако при хранении и транспортировке следует помнить о взрывоопасном потенциале вещества.

В 1884 году французский химик Поль Вьель изобрел бездымный порох из нитроцеллюлозы с добавлением нитроглицерина. У черного пороха при горении образуются сульфиды и дисульфиды калия — они гигроскопичны и взаимодействуют с влагой воздуха, переходя в гидроксиды и сероводород. Вот почему и запах от черного пороха, как от несвежих яиц. Также образуется немного недогоревшего нитрита калия, что и приводит к появлению дыма. У бездымного пороха при сгорании выделяется только углекислый газ, поэтому дыма почти нет. Бездымный порох дал зеленый свет развитию многих видов современного полуавтоматического и автоматического оружия: при его сгорании образуется крайне мало побочных твердых продуктов, поэтому можно легко перезаряжать оружие, состоящее из множества подвижных секторов.

История гексогена в чем-то перекликается с историей нитроглицерина, только отражается под другим углом: изначально его предполагали использовать в качестве лекарства, и только впоследствии выяснилось, что он обладает взрывоопасным потенциалом. В 1890-х годах гексоген синтезировал немецкий химик Ленце: он обнаружил, что у вещества схожие свойства с уротропином, который использовался для лечения инфекций мочевыводящих путей. Экспериментируя с формулами и пытаясь добиться еще большей эффективности, химик Ганц Геннинг пришел к выводу, что гексоген как лекарство, может быть, и не лучше уротропина, зато как взрывчатка многократно превосходит тротил. Это открытие он совершил в 1920 году, тогда же Геннинг установил, что скорость детонации гексогена превышает все известные на тот момент взрывчатки. Точнее определить бризантную способность он не мог, поскольку гексоген просто разбивал свинцовый столбик, используемый для вычислений. Сегодня гексоген остается одним из востребованных взрывчатых веществ наряду с тринитротолуолом, аммоналом и их комбинациями вместе с пластификаторами.