مواد قابل انفجار: مواد که در اثر ضربه، گرما یا اصطکاک منفجر میشوند
اصول و پایههای علمی انفجار
انفجار چیست؟ یک واکنش شیمیایی فوقسریع
به زبان ساده، انفجار یک آزادسازی بسیار سریع انرژی است. این انرژی میتواند به شکل گرما، نور، صدا و فشار شدید گازها ظاهر شود. در مورد مواد شیمیایی قابل انفجار، این پدیده معمولاً نتیجه یک واکنش شیمیایی به نام تجزیه یا اکسیداسیون است که با سرعت حیرتآوری رخ میدهد. تصور کنید یک چوب کبریت را آرام میسوزانید. این یک سوختن آهسته است. حالا اگر بتوانید کل انرژی موجود در آن چوب کبریت را در یک هزارم ثانیه آزاد کنید، یک انفجار کوچک رخ خواهد داد!
کلید درک این مواد، مفهوم پایداری است. مولکولهای برخی مواد به گونهای ساخته شدهاند که پیوندهای بین اتمهای آنها انرژی بسیار زیادی را در خود ذخیره کرده اما این پیوندها شکننده و ناپایدار هستند. یک ضربه، حرارت یا اصطکاک کوچک میتواند انرژی فعالسازی لازم را فراهم کند تا این پیوندهای ناپایدار شکسته شده و به پیوندهای پایدارتر (و با انرژی کمتر) تبدیل شوند. اختلاف انرژی به شکل انفجار آزاد میشود. این فرآیند را میتوان به صورت نمادین نشان داد:
$ ماده \ ناپایدار \ (ذخیرهکننده \ انرژی) \ \xrightarrow[اصطکاک]{ضربه، \ گرما} \ مواد \ پایدار \ + \ انرژی \ بسیار \ زیاد \ (گرما، نور، فشار) $
یک مثال معروف، نیتروگلیسیرین مایع است. فرمول شیمیایی آن $ C_3H_5N_3O_9 $ است. این مولکولها آنقدر ناپایدارند که یک تکان شدید یا افزایش دمای ناگهانی میتواند باعث تجزیه سریع آنها شود. در این تجزیه، گازهای زیادی مانند نیتروژن، دیاکسید کربن و بخار آب به سرعت تولید میشوند و حجم عظیمی را اشغال میکنند که منجر به انفجار میگردد.
| نوع ماده | مثالهای معروف | حساسیت به محرک | کاربرد اصلی |
|---|---|---|---|
| منفجرههای اولیه4 | آزید سرب5، فولمینات جیوه6 |
بسیار بالا
حتی یک ضربه یا اصطکاک سبک |
فیتیله یا چاشنی برای انفجار مواد قویتر |
| منفجرههای ثانویه7 | TNT، نیتروگلیسیرین (در دینامیت)، RDX8 |
متوسط
نیاز به یک انفجار اولیه قوی |
توده اصلی انفجار در معدنکاوی، تخریب و مهمات |
| مواد محترقه (باروت) | باروت سیاه (زغال، گوگرد، نیترات پتاسیم) |
کم (نسبتاً)
جرقه یا شعله مستقیم |
افروزش سریع، پرتابه در سلاحهای قدیمی، آتشبازی |
چگونه ضربه، گرما و اصطکاک باعث انفجار میشوند؟
این سه عامل، منابع تأمین انرژی فعالسازی هستند. آنها به مولکولهای ماده انرژی میدهند تا از سد پایداری اولیه عبور کنند و وارد مرحله واکنش فوقسریع شوند.
- ضربه (شوک): وقتی به یک ماده حساس مانند آزید سرب ضربهای وارد میشود، این انرژی مکانیکی مستقیماً به پیوندهای شیمیایی منتقل میشود. اگر انرژی ضربه از آستانه تحمل پیوندها بیشتر باشد، پیوندها میشکنند و زنجیرهای از شکستن پیوندها آغاز میشود. مانند این است که یک ردیف دومینو را با فشار محکم دست هل دهید.
- گرما (حرارت): افزایش دما باعث میشود مولکولها سریعتر حرکت کنند و انرژی جنبشی آنها زیاد شود. برخوردهای پرانرژیتر بین مولکولها احتمال شکستن پیوندهای ناپایدار را به شدت افزایش میدهد. یک شعله کوچک یا یک سیم داغ میتواند نقطه شروع باشد.
- اصطکاک: اصطکاک بین دو سطح، در واقع ترکیبی از گرمایش موضعی (به دلیل مقاومت در برابر حرکت) و تنش مکانیکی است. این گرمای تولیدشده در یک نقطه بسیار کوچک میتواند دمای آن ناحیه را به سرعت بالا ببرد و واکنش را کلید بزند. مثال کلاسیک آن، کوبیدن دو سنگ به هم برای ایجاد جرقه است که در واقع ذرات ریز فلز را گرم و مشتعل میکند.
یک آزمایش فکری: یک بسته پودر باروت را در نظر بگیرید. اگر آن را به آرامی روی آتش بریزید، میسوزد. اما اگر آن را در یک فضای محصور (مثل یک لوله) قرار دهید و با یک جرقه یا گرمای ناگهانی مشتعل کنید، سوختن آن آنقدر سریع میشود که تبدیل به انفجار میگردد و لوله را میترکاند.
از معدن تا فضا: کاربردهای سودمند و کنترلشده
شاید جالب باشد که بدانیم همین مواد خطرناک، پایهگذار بسیاری از پیشرفتهای صنعتی بودهاند. کلید استفاده ایمن از آنها، کنترل دقیق انرژی فعالسازی و میزان ماده منفجره است.
- معدنکاوی و عمران: رایجترین کاربرد مواد منفجره مانند دینامیت (که نیتروگلیسیرین جذبشده در یک ماده جاذب است) یا ANFO9، شکستن سنگهای سخت در معادن و پروژههای راهسازی است. مهندسان با محاسبات دقیق، چالههایی در سنگ حفر کرده و مواد منفجره را در آن قرار میدهند. انفجار کنترلشده، سنگ را خرد میکند بدون اینکه به اطراف آسیب گستردهای بزند.
- تخریب کنترلشده ساختمانها: در شهرهای بزرگ، برای ویرانسازی ساختمانهای بلند در فضای محدود، از شبکهای از مواد منفجره استفاده میکنند تا سازه در مسیر از پیش تعیینشدهای فرو بریزد.
- کیسههای هوا در خودرو: این یک مثال مدرن و جالب است. ماده مورد استفاده در کیسههوا، معمولاً آزید سدیم10 ($ NaN_3 $) است که یک ماده منفجره اولیه محسوب میشود. در هنگام تصادف، حسگر خودرو یک جریان الکتریکی کوچک میفرستد که باعث گرم شدن یک سیم و در نتیجه انفجار مقدار بسیار دقیقی از این ماده میشود. این انفجار کوچک و کنترلشده، گاز نیتروژن زیادی تولید میکند که کیسه هوا را در کسری از ثانیه باد میکند.
- موتورهای موشک و فضاپیما: سوخت جامد برخی موشکها در واقع یک ماده محترقه یا منفجره کنترلشده است که به آرامی و با سرعت ثابتی میسوزد (نه منفجر میشود) و گازهای خروجی، نیروی پیشران ایجاد میکند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاورقی
1 مواد قابل انفجار (Explosive Materials)
2 Nitroglycerin
3 Trinitrotoluene
4 Primary Explosives
5 Lead Azide
6 Mercury Fulminate
7 Secondary Explosives
8 Research Department Explosive (Cyclonite)
9 Ammonium Nitrate Fuel Oil (نوعی ماده منفجره صنعتی)
10 Sodium Azide
11 Detonation
12 Phlegmatizer (مادهای که حساسیت ماده منفجره را کاهش میدهد)
13 Diatomaceous Earth
14 Nitrocellulose
