صفحة بال مون على الموقع التواصل الاجتماعي فيسبوك

-







مبادىء اولية في علم المتفجرات ....
العلوم الهندسية




المنتدى | upload|books-computer games-software| Palmoon Market| games العلوم الهندسية|الأرشيف|الرئيسية






***

مبادىء اولية في علم المتفجرات ....



[♥][Engineering (227) Station][♥] غزة عنوان وحدة ، لم تعرفه البشرية - مبادىء اولية في علم المتفجرات .... - l||l° مجلة فريق ( الـهندسة العــسكرية ) Military Engineering العدد 16] الملحق (1) لكم منا هدايا
العلوم الهندسية|الأرشيف|الرئيسية
****


السلام عليكم ورحمه الله وبركاته

اعضاء وزوار منتديات العلوم الهنديسه

علم المتفجرات
تعريف المتفجرات
هي عبارة عن مركبات أو خلائط كيميائية قادرة على التحول إلى كميه كبيرة من الغازات ذات حرارة عالية خلال فترة زمنية قصيرة جدا وبتأثير عامل خارجي محدثة ضغطا متزايدا ينتج عاملا ميكانيكا يسبب التدمير.


التفاعلات الانفجارية
الشرط المهم لحدوث التفاعل الانفجاري هو السرعة الكبيرة للتحول من الحالة الصلبة للمواد المتفاعلة إلى الحالة الغازية وانتشارها مع وجود الحرارة المصاحبة لها في زمن قصير وشرط أساسي آخر هو خروج الغازات الكثيرة فالبرغم من أن تفاعل الحديد مع الكبريت سريع وكذلك احتراق الألمنيوم إلا أن هذه التفاعلات ليس انفجارية لعدم خروج غازات من هذين التفاعلين وتعتبر تفاعلات عادية.

Fe+S ¾® FeS

4 Al+3 O2 ¾® 2 Al2O3



الاشتعال الوميضي والاشتعال المدوي
عند تغيير الظروف التي يتم فيها التفاعل وخاصة درجة الحرارة والتركيز أو الضغط أو أي شرط آخر عند ذلك يم كن لأي تف اعل أن يكون متفجرا أو غير متفجر وذلك عن طريق التحكم في السرعة الانفجارية التي يكون فيها الزمن قصيرا جدا بحيث أن حرارة التفاعل لا تستطيع أن تتنقل إلى الوسط الخارجي بالتناقلية والإشعاع مما يجعلها تتجمع في الغازات الناتجة على شكل طاقه حركية.



تعريفات
الاشتعال الوميضي: الانفجار يتم فيه بسرعة صغيرة وهو ليس بعملية بطيئة نسبيا فحسب بل هي كذلك سطحية وكيميائية بشكل واضح.

الاشتعال المدوي: الانفجار فيه يتم بسرعة كبيرة وسرعة الجزيئات الأولى المتحولة إلى غاز تكون كبيرة جدا إلى درجة تحمل معها حرارتها إلى باقي المتفجر الذي لم يصبح غازيا بعد، ونتيجة لذلك يتفكك المتفجر وتعود نتائج التفكك لتصدمه من جديد وهكذا تأخذ العملية مجراها بحركة موجية أطلق عليها اسم الموجة الانفجارية. وهكذا إذا أردنا الحصول على تأثير دفع باستخدام متفجر علينا أن نجعله يشتعل وميضاً . أما عندما نريد الحصول على التخريب والتدمير فمن الضروري تفكيكه على شكل اشتعال مدو وهكذا فيمكن للمتفجر نفسه أو الخليط أن يشتعل اشتعالا وميضاً أو مدويا بمجرد تغيير شروط الاشتعال. وهناك مركبات (أو خلائط) محضرة بشكل خاص من اجل الاشتعال الوميضي وهذه أطلق عليها اسم بارود. بينما المواد التي تشتعل مدوية أطلق عليها اسم متفجرات.

فالمتفجر: هو كل مادة أو خليط قادر على التفاعل في زمن قصير جدا بشكل ناشر للحرارة منتجا كمية كبيرة منها بحيث تكون المواد النهائية للتفاعل في مجملها أو على الأقل جزء كبير منها مواد غازية وبحيث تجتمع هذه الحرارة مع الغاز لتكوين طاقه حركيه تتحول إلى عمل ميكانيكي.

ونفهم من هذا أن الظروف التي يتم فيها التفاعل (الزمن، الحرارة، الصعق، الضغط وغيرها ..) لها أهميته كبيرة في التأثير على نتيجة التفاعل.



تصنيف المتفجرات
تصنف المتفجرات حسب ما يلي:

حسب طبيعة نواتج الاحتراق
1 - متفجرات ذات تحول غازي تام حيث لا تترك نواتج احتراق صلبه.

2 - متفجرات ذات احتراق تام حيث تتحول العناصر المكونة لها إلى أعلى حالة أكسدة.

3 - متفجرات بادئة (محرضة) وتستعمل لتفجير غيرها.

4 - متفجرات أمان حيث نواتج الانفجار منخفضة الحرارة.

حسب طبيعتها:
1- متفجرات صلبة : مثل Tnt، Rdx ، حامض البكريك.

2-متفجرات عجينية : مثل الجلجنيت ، C3، C4 .

3- متفجرات سائلة : مثل نيتروبنزين ، نيتروجلسرين ، نيتروميثان.

4- متفجرات غازية : مثل غاز الميثان (غاز الطبخ ) (ch4) ، غاز الهكسوجين.

حسب استخدامها:
أولا : متفجرات محرضة: وظيفتها تحريض غيرها من المتفجرات وهي اكثر المواد حساسية وهي حساسة للصدم والاحتكاك والحرارة ومفعولها التخريبي ضعيف . وتستخدم في صناعة الصواعق كبادئ للعملية الانفجارية ومن أهمها فلمنات الزئبق ، أزيد الرصاص ، أزيد الفضة ، بروكسيد الهكسامين ، بروكسيد الأسيتون.

ثانيا : متفجرات قاصمة : تتميز بقدرتها على التدمير و تستخدم في أعمال التخريب المباشر وهي اقل حساسية من المواد المحرضة وتنقسم بدورها إلى ثلاثة أقسام:

ا- شديدة الفاعلية : وتسمى متفجرات منشطة حيث تقوم بتنشيط الموجة الانفجارية المتولدة من المواد المحرضة وتقويتها لكي تكون قادرة على تفجير الشحنة الأساسية مثل : Rdx ، تترايل ، حامض البكريك ، C3، C4 وتستخدم في الصواعق(منشطات) كذلك تستخدم في صناعة الفتائل الصاعقة واحيانا تكون حشوة رئيسية في بعض الألغام والقنابل ، كذلك تخلط مع المتفجرات المتوسطة الفاعلية، واحيانا تستخدم كحشوة رئيسية.
ب- متوسطة الفاعلية : وهذا النوع هو الأكثر شيوعا واستخداما وهو المعتمد عليه في معظم التفجيرات مثل الديناميت بأنواعه والبلاستيك المتفجر ، Tnt .

ج- منخفضة الفاعلية : وهي عبارة عن أملاح ومن أهمها خليط أنفو Anfo . وبصفة عامة تحتاج هذه المتفجرات إلى شحنة متوسطة الفاعلية .

ثالثا : متفجرات للحرارة والإضاءة : مثل مسحوق المغنسيوم مسحوق الألمنيوم ومسحوق النحاس وجميعها تستعمل لرفع الحساسية للخليط المتفجر أثناء الانفجار وإنتاج حرارة وإضاءة بعد الانفجار غير أن المغنيسيوم يعطي إضاءة اكثر من الحرارة ولذا يستخدم في صناعة القنابل المضيئة أما الألمنيوم فعلا العكس فهو يعطي حرارة اكثر من الإضاءة .

رابعا : متفجرات دافعة : مثل وقود الصواريخ السائل ، البارود ، النيتروسليولوز وتستعمل لدفع الصواريخ والقذائف والطلقات كذلك يمكن أن تستخدم كمادة قاصمة .

حسب تركيبها
1- مركبات كيماوية : هي عبارة عن مواد كيماوية تتحد مع بعضها البعض وتتفاعل لينتج عنها مركبات كيماوية جديدة لها خصائصها الخاصة بها حيث تفقد كل من المركبات الداخلة في التفاعل خصائصها الأولية . مثلtnt .

2- مركبات فيزيائية : وهي عبارة عن مواد يمتزج مع بعضها البعض ليكون خليطا حيث تحتفظ كل مادة بخصائصها الأولية، مثل ا لديناميت الذي يتكون من نيتروجلسيرين ونشارة الخشب ورمل وفحم ، ومثل البارود الأسود ويتركب من نترات البوتاسيوم وفحم نباتي وزهر الكبريت .

حسب سرعتها:
1- المتفجرات البطيئة : وسرعة انفجار هذه المواد اقل من 1.000م/ث مثل البارود الأسود وسرعته التقريبية 400م/ث وتستعمل المتفجرات البطيئة كحشوة دافعة .

2- المتفجرات السريعة : وسرعة انفجارها اكثر من 1.000م/ث ويستخدم هذا النوع للتدمير والتحطيم مثل الديناميت وسرعته (7240م/ث) .



تأثير الأكسجين في المتفجرات
لكي تحدث الأكسدة في المتفجر لابد من وجود الأكسجين بحيث يؤكسد الأكسجين الكربون والهيدروجين إذا توافرت بنسب معينة ولنسبة الأكسجين هذه أهمية لكن ليست كبيرة حيث أنه من المعلوم انه ليس من المحتم في كل تفاعل أكسدة واختزال وجود ذرة أكسجين ومثال على ذلك وجود جزيئات متفجرة لا يوجد الأكسجين في تركيبها مثل الازيدات والاستليدات والنيتريدات فهي تتفاعل وتنفجر عن طريق الأكسدة والاختزال الإلكتروني وهذا الكلام عام حيث أنه لابد في كل انفجار من وجود ذرة على الأقل تتأكسد (أي تتخلى عن بعض الإلكترونات)وأخرى تختزل (أي تستولي على هذه الإلكترونات).

ال سبب المهم في قوة المتفجر هو سرعة الانفجار وهذا السبب مستقل عن وجود الأكسجين والدليل على ذلك وجود مواد غنية بالأكسجين لكنها بطيئة الانفجار مثل الأملاح (النترات ) وكذلك وجود مواد فقيرة بالأكسجين مثل جميع مركبات النيترو العطرية (RDX , TNT التترايل ...) لكنها سريعة الانفجار.

وهكذا فان المطلوب الحقيقي من المتفجر هو سرعة التفاعل وليس الكمون (وفرة الأكسجين).

ويجب أن نعرف أيضا أن النسبة المئوية للأكسجين التي تحدثنا عنها من قبل ليست وحدها التي تؤثر لكن الموضع الذي يشغله الأكسجين يؤثر أيضا وهناك مثال على ذلك:

أن ايزوسيانات الزئبق


وفلمنات الزئبق


مركبان متماثلات في التركيب وعدد ذرات العناصر، فالأول يستخدم في التعقيم وقتل الجراثيم والثاني متفجر بادئ شديد الحساسية وفي الحقيقة أن موضع الأكسجين له تأثير كبير في هذا الاختلاف فان ارتباط الأكسجين بالنتروجين (في فلمنات الزئبق ) اكثر استعداد للتفلت أو الانزلاق منه في الايزوسيانات، من اجل ذلك تعتبر الايزوسيانات اكثر استقرار.

معادلات التفجير
1 - معادلة الاحتراق التام:
عندما تكون نسبه الأكسجين الموجودة في الجزيء المتفج ر كافية لتحوي كل الكربون ألي ثاني أكسيد الكربون CO2*)) وكل الهيدروجين إلى ماء(H2O) عند ذلك يوصف المتفجر انه ذو احتراق تام وسوف تتحرر طاقته العظمى الكلية المتناسبة مع كمية الكربون والهيدروجين الموجودة ولما كان النتروجين حامل للأكسجين من حامض النيتريك فان الصيغة العامة لأي مادة متفجرة تكون:

Ca Hb Oc Nd

حيث: d, c, b, a عدد ذرات كل عنصر على الترتيب حيث تكون علاقة عدد ذرات الكربون( ) وعدد ذرات الهيدروجين (b) مرتبطة بعدد ذرات الأكسجين (c) بالعلاقة الآتية:

(1)

وهذه العلاقة تسمى ميزان الأكسجين ويمكن حسابه لأي مادة متفجرة عن طريق التعويض في العلاقة السابقة.

ملاحظة:

لاحظ من خلال العلاقة (1) أن طرفيها يمثل عدد ذرات الأكسجين وقد أوضحت ذلك بكتابتها بالخط العريض.

وخير مثال يدل على معادلة الاحتراق التام هو ثنائي نيتروالجليكول



والذي معادلة انفجاره هي:



C2 H4 O6 N2 ¾® 2 CO2* + ٌ 2 H2O + N2* ٌ



حيث أن :

d=2, b=4, a=2, c=6

وبحساب ميزان الأكسيجين له.



في هذه الحالة يكون ميزان الأكسجين لثنائي نتروا لجليكول يساوي صفر.



2 - معا;دلة احتراق المواد التي عندها وفرة في الأكسيجين

في هذه الحالة تكون:


وتكون معادلة انفجاره هي:



فمثلا معادلة انفجار النيتروجلسرين هي:

4 C3 H5 N3 O9 ¾® 12 CO2* +10 H2O + 6N2* + O2*


وميزان الأكسجين له:


وفي هذه الحالة يقال أن النيتروجلسرين يتمتع بوفرة في الأكسجين قدرها (0.5) ولكي نحصل على O2 وهو الأمر الطبيعي لتواجد الأكسجين نضرب في 4 ولهذا فان المعادلة السابق مضروبة كلها في4

4 X 0.5 = O2

وهذا الصنف ذو فائدة عظمة لأنه يسمح بتحضير خلائط ذات احتراق كلي وذلك بإضافة مواده بنسب ملائمة إلى مواد أخرى فقيرة بالأكسجين وسوف يوضح الخليط القادم إن شاء الله تعالى هذا المثال أبلغ توضيح

مبادىء اولية في علم المتفجرات
هناك مبدأ عملي معروف وهو ان المادة لا تفنى ولا تُستَحدَث ( الا بامر الله ) ولكن تتحول من شكل الى اخر وكثير من المواد الطبيعية تحتوي على طاقة كامنة رهيبة . واذا ما سمح لهذه الطاقة ان تخرج او تتحول الى شكل اخر نراها تفعل العجب العجاب ومن هذه المواد الطبيعية المواد المتفجرة ، وعملية تحو يل الطاقة في هذه المواد من شكل الى اخر يمكن ان يُعَبَرُ عنها بالإنفجار . ويحدث الإنفجار عندما يسمح للطاقة الكامنة او المحجوزة داخل المادة ان تنطلق فجأة لتؤثر على البيئة المحيطة. فالإنفجار هو انطلاق مفاجىء للطاقة غير ان العكس ليس صحيح كما في قنائن الغاز المضغوطة المستعملة في الطبخ وذلك ان الانفجار الذي يحدثُ في القنائن ناتج عن اختلاف الضغط . ولذلك فتعريف المادة المتفجرة بانها المادة ( او الخليط الناتج من عدة مواد ) الذي يتصف بالتالي :

1- قدرة عالية على انتاج غاز تحت ظروف الضغط العالي .

2- قدرة عالية على انتاج هذا الغاز وبسرعة عالية بحيث يجعل البيئة المحيطة تتعرض لضغط (اجهاد) ديناميكي قوي ومؤثر.

وللاغراض العلمية يمكن تقسيم المتفجرات الى قسمين :

1- مواد قابلة للاحتراق مثل ملح البارود .

2- مواد شديدة الإنفجار ( تتأثر بالصعق ) مثل الديناميت .



العوامل المؤثرة في الإنفجار
الاكسجين : التفاعل المتفجر يكون ناشراً للحرارة ( بالتعريف ) ولما كانت التفعلات التقنية من هذا النمط تفاعلات اكسدة إرجاعية بصورة عامة فانه لا بد في كل انفجار من وجود ذرة تتاكسد على الاقل أ ي تتخلى عن بعض الكتروناتها واخرى تستولي على هذه الالكترونات ولكي يكون تفاعل ما تفاعل اكسدة ارجاعية فانه ليس من المحتم وجود الاكسجين اذ ان الازيدات مثلا جزئيات متفجرة لا يدخل في تركيبها الاكسجين فهي تنفجر بتفاعل اكسدة ارجاعي ، غير ان المؤكسد الاول في تفاعلات الاكسدة كما في المتفجرات هو الاكسجين . إن للنسبة المئوية التي تدخل في التركيب المئوي لنوع كيماوي متفجر او لخليط متفجر اهمية ولكنها ليست كبيرة حيث ان السرعة الانفجارية في المقام الاول مستقلة عن الاكسجين اذ ان هناك متفجرات غنية بالاكسجين غير انها بطيئة ، ومتفجرات اخرى فقيرة الاكسجين كجميع مركبات النيترو العطرية ، غير انها سريعة ، وعلينا ان لا ننسى ان ما يطلب من المتفجرات هو القوة او سرعة التفاعل وليس الكمون او امكانية العمل الكلية ، زد على ذلك ان ما يؤثر ليس فقط النسبة المئوية كرقم مطلق بل هو كذلك البنية او الموضع الذي يشغله الاكسجين في الجزيء.

1- النسبة المئوية للمكونات في الخليط : ان العيار او التركيب الكمي للخلائط المتفجرة المتشكلة من مكونات مختلفة ( الوقود والحارق ) وهو عامل يؤثر في سرعة التفاعل .

2- الحرارة والضغط : تزداد سرعة الاحتراق بازدياد الضغط ودرجة الحرارة، وهي تتضاعف تقريباً كلما ازدادت درجة الحرارة بمقدار 10ْ مئوية .

3- كثافة المتفجر : ذرات المركبات الكيماوية التي تدخل في التفاعل اقرب الى بعضها البعض منها في الخلائط الفيزيائية ، وتكون السرعة التي يتطور فيها الفعل الكيماوي اكبر بكثير في الاولى منها في الثانية . الكثافه المطلقة أو الحقيقية هي كتلة وحدة الحجم من المادة المتفجرة التي لا يفصل بين ذراتها الهواء ، أما الكثافه الوزنية فهي وزن اللتر من المادة المتفجرة في الشروط العادية . وتؤثر الكثافة الحقيقية أو المطلقة في سرعة الاحتراق وتؤثر الكثافة الوزنية في الالتهاب ، أي تؤثر الاولى في انتشار الاحتراق داخلياً وتؤثر الثانية في انتشاره خارجياً.

4- كثافة الشحنة : وهي العلاقة الكائنة بين وزن المتفجر وحجم الحيزالذي يتم فيه الانفجار وتتمثل بازدياد ضغط الانفجار وسرعته مع زيادة كثافة الشحنة بحيث أنه اذا كانت كثافة الشحنة كبيرة أمكن تحويل الاشتعال الوميضي الى اشتعال مدو .

5- الكابح : ويطلق على العائق أو الصعوبة التي يجابه بها الحيز الذي تتم فيه العملية الانفجارية والغازات الناتجة عن الانفجار مانعاً إنتشارها فالكابح تابع لطبيعة الوعاء وإحكام إغلاقه . ففي حيز جيد الاحكام وذي خواص مميزة ملائمة تحول دون تحطمه قبل التحول الكلي للمتفجر الى غاز يزداد الضغط بتقدم العملية الانفجارية ، ولما كانت السرعة تابعة للضغط فان ما يبدأ كاحتراق بسيط يمكن أن ينتهي الى إنفجار مدو ، فالبارود يتقد في الهواء ويشتعل اشتعالاً وميضياً في ماسورة المدفع .

6- الوسائط : وهي مواد تؤثر في سرعة التفاعلات إما بزيادتها وتسمى (وسائط ايجابية ) او بإبطائها وتسمى (وسائط سلبية ) ولما كانت الانفجارات اجراءات كيماوية فأنها تتاثر ككل الاجراءات الاخرى بالوسائط المناسبة ، مثل الحامض في النيترسليولوز الذي يعرضه للخطر عند الحفظ .

أنواع الإنفجارات
1- الإنفجارات الكيماوية :

وهي تحول المادة المتفجرة بشكل سريع ومفاجىء الى غازات قد يصل حجمها من (10.000 الى 15.000 )مرة من حجم المادة المتفجرة الاصلية وقد سبق الحديث عنها.

2- اللانفجارات الميكانيكية :

هي انفجارات ناتجة عن ارتفاع الضغط في حيز مغلق مثل غاز او بخار مضغوط

في طنجرة (اوعية ) الضغط للطبخ ، أو كما إذا وضعت مادة وأشعلت في وعاء محكم الإغلاق فان إشتعالها يعطي غازاً مما يؤدي الى انفجار الوعاء ، ومثال ذلك ايضاً إنفجار انبوبة الغاز المستعملة في البيوت فان هذه الانبوبة إذا ثقبت فانها تنفجر بسبب إختلاف الضغط الخارجي عن الضغط الداخلي للانبوب .

3- الإنفجارات الذرية :

وهي عملية انشطار او اندماج الذرة في المادة المتفجرة يصاحبه انتشار طاقة حرارية كبيرة وغازات بكميات هائلة وهي التي تحدث في القنابل النووية والهيدروجينية .



الآثار الناتجة عن الإنفجار
1- الآثار الرئيسية :

ا- الضغط .

عند انفجار شحنة متفجرة ينشأ عنها كتلة غازية كبيرة جدا ، فمثلا (1م3) من المتفجرات تتحول إلىما بين (10.000 - 15.000م3) من الغازات في فترة قياسية مقدارها (1/10.000 ) من الثانية وبسرعة قدرها (100.000) كلم/ثانية ويتولد ضغطا مقداره (108.5) طن/سم3 . وهذا الضغط يحطم أي جسم يقع ضمن هذا المجال بإذن ربه . ويكون لهذا الضغط طورين :

(ا) الطور الإيجابي : عند انفجار حشوة متفجرة فان موجة الضغط الناتجة تضغط الهواء المحيط وتكون موجة الضغط على شكل كرة سريعة الانتشار تصعق وتدمر بشكل مفاجىء الاجسام التي تقع في مجالها . وهذا ما يحدث معظم التدمير .

(ب) الطور السلبي : وي حدث فور انتهاء الطور الايجابي كنتيجة لرد الفعل حيث يعود الهواء ليملاء الفراغ الذي خلفه الطور الايجابي ويكون التاثير ضعيفاً مقارنةً بالطور الايجابي .

ب- التدمير .

إذا فجرت شحنة مدفونة تحت سطح الأرض أو تحت سطح الماء فإنها تنتج تمددا عنيفا للغازات والحرارة والصدمة والصوت الشديد وما يشبه الهزة الأرضية الخفيفة لكن لها نفس القدرة التدميرية في المجال المفتوح وبما انهما ( الماء والرض )غير قابلان للإنضغاط فان التدمير ينحصر في المحيط المجاور . أما إذا وضعنا الشحنة فوق السطح فسيكون تأثير الموجة لمكان ابعد وبتأثير اقل .

ج- الحرارة .

يتفاوت هذا التأثير باختلاف نوع المادة المتفجرة حيث أن المادة البطيئة الإنفجار تأخذ وقتا اكبر للاحتراق . لكن المادة السريعة تسبب حرارة أعلى وهذا التأثير لكلا النوعين تستغرق أجزاء من الثانية ويبدو بشكل كرة نارية ووميض في لحظة الإنفجار . لذا فان الإنفجار البطيء يحرق جميع العشب في منطقة التأثير بعكس الشحنة السريعة فقد تحرق ولكنها لا تحرقه كاملا . والتأثير الحراري للمتفجرات هو اضعف التأثيرات الثلاثة .

2- الآثار الثانوية:

1- الانعكاس .

تنعكس الموجات الانفجارية كما تنعكس الموجات الصوتية والاشعة الضوئية ، اذا ما واجهت حاجز ، وهذا الانعكاس يؤدي الى فقدان الموجة الانفجارية جزءاً من قوتها وسرعتها ومع استمرار الانعكاس تفقد الموجة قوتها وتتلاشى .

2- الاحتراق .

ان الاحتراق والنيران المتكونة بعد الانفجار سببها الرئيسي هو الحرارة المتولدة من انفجار المادة المتفجرة ، وحتى يبدأ الحريق لا بد من مواد قابلة للاشتعال ، وهكذا يمكن تفجير خزانات الوقود واسطوانات الغاز واثات البيوت ، وايضاً قد يؤدي الانفجار الى التماسات كهربائية تؤدي الى حرائق .



3- التشظي .

وهو من التاثيرات الثانوية ، فالقنبلة المتشظية البسيطة تتألف من مادة متفجرة في قطعة من انبوب مياه مغلق من الطرفين ولها صاعق . فعندما تنفجر القنبلة تنطلق القطع المتشظية باتجاه مستقيم وبسرعة عالية . وذلك اضافة الى ضغط الانفجار، ويكون متوسط سرعة الشظايا (8.387 كم/ساعة) ، ونتيجة للانفجار وتمدد الغازات السريع يتمدد الانبوب من (1-1.5 ) مرة قبل أن يتشظى .

ويستهلك التشطي نصف القدرة الناتجةعن الانفجار والجزء الباقي يستهلك في دفع الشظايا بسرعة ، وإذا كانت المادة المتفجرة من ا لنوع السريع فان الشظايا تكون حادة ورقيقة بسبب الضغط والحرارة الناشئة عن الانفجار أما إذا كانت المادة المتفجرة بطيئة فان الشظايا تكون اكبر حجماً واقل تمدداً ، وفي كلا الحالتين فان تحزيز الوعاء المتفجر باخاديد متقاطعة يؤدي الى تكون شظايا متماثلة شكلا وحجما ومن الافضل ان يكون التحزيز من الداخل .

يمكن إضافة بعض الاجسام الصغيرة مثل المسامير والكرات الحديدية (الصدئة ) أو بعض اشواك السياج الحديدي سواء ضمن القنبلة أو بلصقها على الجدار من الخارج ويمكن وضع بعض السموم على اشظايا . وهذه الشظايا الحمراء المتوقدة يمكن ان تسبب حرائق .

تعريف المتفجرات
تعتبر المتفجرات افضل سلاح في حرب العصابات لفعاليتها الفائقة في التدمير . وهي عبارة عن خلائط فيزيائية او مركبات كيماوية قابلة للتحول بواسطة محرض خارجي الى كميات هائلة من الغازات ذات حرارة شديدة جدا وبسرعة مذهلة محدثة ضغطا شديدا ومتساويا الى حد ما في جميع الاتجاهات.



تصنيف المتفجرات
تصنف المتفجرات حسب ما يلي:

حسب طبيعتها:

1- متفجرات صلبة : مثل Tnt، Rdx ، حامض البكريك.

2-متفجرات عجينية : مثل الجلجنيت ، C3، C4 .
3- متفجرات سائلة : مثل نيتروبنزين ، نيتروجلسرين ، نيتروميثان.

4- متفجرات غازية : مثل غاز الميثان (غاز الطبخ ) (ch4) ، غاز الهكسوجين.

حسب إستخدامها:

اولا : متفجرات محرضة: وظيفتها تحريض غيرها من المتفجرات وهي اكثر المواد حساسية وهي حساسة للصدم والاحتكاك والحرارة ومفعولها التخريبي ضعيف . وتستخدم في صناعة الصواعق كبادئ للعملية الإنفجارية ومن اهمها فلمنات الزئبق ، أزيد الرصاص ، أزيد الفضة ، بروكسيد الهكسامين ، بروكسيد الاسيتون.

ثانيا : متفجرات قاصمة : تتميز بقدرتها على التدمير ولذلك تستخدم في اعمال التخريب المباشر وهي اقل حساسية من المواد المحرضة وتنقسم بدورها الى ثلاثة اقسام:

ا- شديدة الفاعلية : وتسمى متفجرات منشطة حيث تقوم بتنشيط الموجة الإنفجارية المتولدة من المواد المحرضة وتقويتها لكي تكون قادرة على تفجير الشحنة الاساسية مثل : Rdx ، تترايل ، حامض البكريك ، C3، C4 وتستخدم في الصواعق(منشطات) كذلك تستخدم في صناعة الفتائل الصاعقة واحيانا تكون حشوة رئيسية في بعض الالغام والقنابل ، كذلك تخلط مع المتفجرات المتوسطة الفاعلية ، واحيانا تستخدم كحشوة رئيسية .
ب- متوسطة الفاعل ية : وهذا النوع هو الاكثر شيوعا واستخداما وهو المعتمد عليه في معظم التفجيرات مثل الديناميت بانواعه والبلاستيك المتفجر ، Tnt .

ج- منخفضة الفاعلية : وهي عبارة عن املاح ومن اهمها خليط أنفو Anfo . وبصفة عامة تحتاج هذه المتفجرات الى شحنة متوسطة الفاعلية .

ثالثا : متفجرات للحرارة والاضائة : مثل مسحوق الماغنسيوم مسحوق الالمنيوم ومسحوق النحاس وجميعها تستعمل لرفع الحساسية للخليط المتفجر اثناء الانفجار وانتاج حرارة واضائة بعد الانفجار غير ان المغنيسيوم يعطي اضائة اكثر من الحرارة ولذا يستخدم في صناعة القنابل المضيئة اما الالمنيوم فعلا العكس فهو يعطي حرارة اكثر من الاضائة .

خامسا : متفجرات دافعة : مثل وقود الصواريخ السائل ، البارود ، النيتروسليولوز وتستعمل لدفع الصواريخ والقذائف والطلقات كذلك يمكن ان تستخدم كمادة قاصمة .

حسب تركيبها

1- مركبات الكيماوية : هي عبارة عن مواد كيماوية تتحد مع بعضها البعض وتتفاعل لينتج عنها مركبات كيماوية جديدة لها خصائصها الخاصة بها حيث تفقد كل من المركبات الداخلة في التفاعل خصائصها الاولية . مثلtnt الجلجانيت ويتركب من نيتروجلسرين (c3 ،c4 ) .

2- مركبات فيزيائية : وهي عبارة عن مواد يمتزج مع بعضها البعض ليكون خليطا حيث تحتفظ كل مادة بخصائصها الاولية، مثل الديناميت الذي يتكون من نيتروجليسيرين ونشارة الخشب ورمل وفحم ، ومثل البارود الاسود ويتركب من نترات البوتاسيوم وفحم نباتي وزهر الكبريت .

حسب سرعتها:

1- المتفجرات البطيئة : وسرعة انفجار هذه المواد اقل من 1.000م/ث مثل البارود الاسود وسرعته التقريبية 400م/ث وتستمعل المتفجرات البطيئة كحشوة دافعة .

2- المتفجرات السريعة : وسرعة انفجارها اكثر من 1.000م/ث ويستخدم هذا النوع للتدمير والتحطيم مثل الديناميت وسرعته (2.745م/ث) .

سلسلة التفجير
وهي عبارة عن سلسلة من الإنفجارات المرتبة التي تعتمد على بعضها البعض مما يؤدي في النهاية الى حدوث الإنفجار المطلوب ليؤدي الغرض المراد منه . وفقدان اي حلقة من هذه السلسلة يؤدي الى عدم حدوث الإنفجار ، وسلسلة التفجير بصورتها العامة عبارة عن مادة محرضة تنفجر بواسطة مؤثر خارجي وتولد موجة انفجارية ضعيفة الى حدا ما . ونقوم بتنشيطها بواسطة مادة منشطة شديدة الفعالية تقوي الموجة الإنفجارية وتجعلها قادرة على تفجير الشحنة الاساسية اي المادة المتوسطة الفا علية . اما اذا كانت الشحنة الاساسية ضعيفة الفاعلية فيجب تنشيطها و تقويتها بمادة متوسطة الفعالية(وذلك باضافة مادة متوسطة الحساسية اليها مثلt N T).

بعض الملاحظات في السلامة العامة
إن معظم المواد الكيماوية خطرة وسامة وتتفاوت درجة السمية والخطورة من مادة الى اخرى فقد تكون سامة مثل سيانيد البوتاسيوم (kcn) وقد تكون حارقة مثل حامض الكبريتيك (h2so4) وقد تكون مشتعلة مثل فسفور P وقد تكون متفجرة مثل كلورات البوتاسيوم Kclo3) )وهي اما أن تكون على شكل غازات أو سوائل أو صلبة ومنها ما هو سريع الاشتعال سام حارق ومنها مواد تتفاعل مع الهواء أو الماء أو مع بعضها البعض وينتج عنها حرارة أو اشتعال أو انفجارٌ لذلك فان المعلومات في السلامة العامة تجعل الدارس والمدرس يقبل على العمل بدون خوف مما يزيد من فرص التعليم .

وصايا عامة في التعامل مع المواد الكيماوية
1. يجب عدم الاستهتار في التعامل مع المتفجرات لان خطئك الأول هو الأخير .

2. يجب قراءة التجربة اكثر من مرة وفهمها فهما جيدا ومعرفة التفاصيل قبل البدء في التجربة .

3. يجب عمل التجربة في مكان ذي تهوية جيدة أو في الهواء الطلق .

4. يجب توف ير كمية من الماء أثناء التجربة وعدم التساهل في ذلك لان الماء ضروري لوقف التفاعل في بعض الأحيان .

5. يجب هدوء الأعصاب والصبر أثناء التجربة لان الكثير من التجارب يحتاج إلى وقت طويل .

6. يجب شرب الحليب بعد أي تجربة تنتج غاز .

7. يجب إحضار كل المواد اللازمة للتجربة والتعرف عليها قبل البدء بالتجربة .

8. يجب الالتزام الحرفي بالتعليمات والخطوات مع مراعاة التسلسل في الخطوات .

9. يجب جراء التجربة من قبل شخص ذي تجربة عملية .

10. يجب التحريك بهدوء وتجنب العجلة .

11. يجب استخدام كمية قليلة في التجربة للسيطرة على التفاعل المفاجئ .

12. يجب عدم رمي مخلفات التجربة أو الأحماض على أرضية المختبر .

13. يجب قص الأظافر الطويلة لكي لا تحمل المواد السامة .

14. يجب عدم حك العينين بالأصابع وغسل اليدين بعد التجربة .

15. ويجب ارتداء القفازات ولبس الكمامات وقت التجربة تغطية الجروح جيدا.

16. يجب عدم اللعب بالمواد وخلطها ببعض لمجرد حب الاستطلاع .

17. يجب مسك الزجاجات من اعلى ومن اسفل عند نقلها .

18. يجب تغطية الاوعية عند الانتها ء منها مع عدم ابدال الاغطية .

19. يجب ابلاغ المدرب باي حادث يطرئ اثناء التجربة .

20. يجب مراعاة عدم الاحتكاك عند اغلاق الاغطية حتى لا يحدث اشتعال .

21. يجب ان يحتوي المختبر على صيدلية الاسعافات الاولية .

22. يجب المحافظة على نظافة المختبر والاحتفاظ بكل مادة في موضعها .

1- يجب ان يكون اثاث المختبر مغطى بمواد غير قابلة للاحتراق .

2- يجب عدم استعمال اي وعاء مستعمل قبل غسله وتجفيفه ، كذلك يجب عدم استخدام الاوعية المعدنية او الخشبية.

تعريفات ومصطلحات
1- يتم تخزين المواد الكيماويه في درجة حراره ( 20 - 25 ْم ) في ظل بعيد عن الرطوبه .

2- لسهولة تخزين في الاجواء الحارة يمكن تخزين معظم المحرظات والمنشطات في الماء ( إنظر الخواص الكيماوية ) .

3- الحمام الثلجي هو وعاء به ثلج او ماء مثلج يوضع به المحلول لخفض درجة الحرارة .

4- حمام الماء الساخن هو تسخين لمحلول اومادة كيماوية عن طريق الاناء الذي يحتويها في الماء الساخن .

5- التسخين المباشر هو وضع الاناء المراد تسخينه على المصدر الحراري مباشرة دون حائل .

6- التسخين الغير مباشر هو وضع الاناءالمراد تسخينه على المصدر الحرارى بوجود حائل بينهما مثل لوح معدني .

7- تحريك السوائل والمحاليل الكيماوية يتم بواسطة قضيب من الزجاج او الخزف ( ليس بواسطة ميزان الحرارة ) .

8- تخزن المواد الكماوية في اناء مظلم قاتم اللون يمكن غلقه باحكام .

9- يحذر استعمال المطحنة الكهربائية وكذا الهاون المعدني .

10- دائماً اضف المادة الاكثر كثافة الى المادة الاقل كثافة .

11- عند ارتفاع درجة الحرارة ( الى حد غير مرغوب فيه) فوراً توقف عن الخلط وابدأ بالتبريد .

12- لاخذ درجة حرلرة السوائل ىوضع الميزان تحت السطح بقليل حيث يتم التفاعل .

13- تركيز الاحماض المخففة 65-89% اما المركزة فتكون 90% او اكثر .

14- للتخلص من الاحماض نغسل بالماء ، او بمحلول كربونات الصوديوم ، او بالايثانول .

15- معامل الفاعلية التاثيرية هو القدرة التدميرية للمتفجر بالنسبة الى الtnt حيث تعتبر قوته القوة المعايرية ومعامله هو واحد .

16- السرعة الانفحارية هي سرعة انتقال الصعقة بين ذرات المادة المتفجرة ويدل على حساسية المادة المتفجرة .

معادلة احتراق المواد التي عندها نقص في الأكسجين وكيف يمكننا معالجة ذلك.
ينتج في التفاعل الرئيسي للانفجار ذي الاحتراق الناقص ثاني أكسيد الكربون(CO2*) وأكسيد الكربون (CO*) والميثان (CH4*) والهيدروجين (H2*)والازوت (N2*) وآثار من أكسيد الازوت (NO*) ولكن التحليل الكيميائي لا يدل على وجود الميثان بل على وجود الماء (H2O)

هذا ويمكن تمثيل الأجراء الكلي لانفجار خليط ذي احتراق جزئي بالمعادلة التالية:

Ca Hb Oc Nd + M Ca` Hb` Oc` Nd` ¾®



حيث a + ma` = µ + b

b + mb = 2( µ + d )

c + mc` = 2a + b + d



ولا يمكن حل هذه المعادلات الثلاثة التي بها مجاهيل أربعة إلا بوجود معادلة راوجة وهي معادلة التوازن بين تركيزي اكسيد الكربون والماء من جهة وتركيز ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين من جهة أخرى.



حيث K ثابت التوازن وهي تابعة لدرجة الحرارة وقد بحث عن قيمة هذا الثابت حتى درجات حرارة متزايدة حتى T=1600 فكانتK =4.24 وهذه الدرجة منخفضة جدا عن جميع درجات الانفجارات (T في الديناميت الغازي 3185 T في البارو د الأسود 3218) لذلك نستخدم قيم تقريبية ( K لتكوين خلائط متفجرة ذات احتراق تام حيث أحدهما عنده نقص بالأكسجين والآخر عنده وفرة في الأكسجين تسد هذا النقص. فلكي يكون احتراق الخليط للمتفجرين (غالبا ما يكونا عضويين) صيغتهما العامة هما:

Ca Hb Oc Nd



Ca` Hb` Oc` Nd`



لكي يكون احتراقا كاملا ينبغي أن ينفجر حسب المعادلة العامة التالية:



Ca Hb Oc Nd + m Ca` Hb` Oc` Nd` ¾® N2





حيث m عدد جزئيات المتفجر الثاني الذي يوافق جزيئا واحدا من المتفجر الاول، وفي التفاعل السابق ينبغي ان تتحقق المعادلة الوزنية التالية:



وهي تعني تساوي ذرات الاكسجين في طرفي المعادلة وبفك الاقواس وايجاد قيم mتساوي



واليك مثال على ذلك خليط مركب عضوي ناقص الأكسجين مثل TNT وملح معدني مثل نيترات الامونيوم (NH4NO4) عنده وفرة في الاكسجين. ينفجر هذا الخليط حسب المعادلة التالية (عامة)



أما بالنسبة لـ TNT فانه يمثل مركب ناقص الأكسجين ومعادلة انفجاره هي:

2 C7H5(NO2)3 ¾® 2 CO + 5H2 + 3N2 + 2C

(حيث يتبقى الكربون الصلب بدون أن يؤ كسد أكسجين لعدم توفره وهو الذي يسبب الدخان الشديد الأسود المميز للاشتعال المدوي لجميع مركبات العطرية المنترجة).

ولهذا يمكننا خلط (TNT)بنترات الامونيوم كما ذكرنا من قبل لتعويض نقص الأكسجين وذلك بنسبه وزنية موافق للأكسدة الكلية وتحسب من العلاقة:



وبذلك تكون معادلة الانفجار بالشكل التالي:



وبضرب طرفي المعادلة بالعدد 2

¾® 2C7H5 (NO2)3 *+ 2 NH4NO3



¾® 14CO2* + 47H2O + 24 N2*



وهي معادلة المتفجر المسمى تجاريا النيتراميتا والذي يوافق النسبة 20% ((TNT إلى 80 % نترات أمونيوم.

وبتطبيق العلاقة لنترات الامونيوم

21 عدد الجزيئات في المعادلة X 80 الوزن الجزيئي = 1680

وبتطبيق العلاقة لل(TNT) = 2 X215 = 430 = 1 ْ(72 + 5 + 42 +96 )x2

\\ تكون العلاقة بين نترات الامونيوم الى الTNT

1680 430

4 : 1 وهذا يعني نفس النسبة .

تعريف ميزان الأكسجين:
تطلق عبارة ميزان الأكسجين على الزيادة أو النقص في الأكسجين التي يحويها متفجر كيميائي معبرا عنه بالنسبة المئوية من وزنه الجزئي.

ولذلك فان ميزان الأكسج ين في متفجرات الاحتراق الكلي (مثال ثنائي نيتروجليكول) تساوي صفرا.

ويكون موجبا في المتفجرات التي فيها وفرة في الأكسجين (مثال النيتروجلسرين).

ويكون سالبا في المتفجرات التي فيها نقص في الأكسجين مثل TNT))

مثال لحساب ميزان الأكسجين للنيتروجلسرين المعادلة العامة هي:



\\ معادلة النيتروجلسرين هي:



4 C3H5N3O9 ¾® 12 (CO2*) + 10(H2O) + 6 N2* + 2O2*

4 جزيئلت من نيتروجلسرين تنتج جزيئين من الاكسجين (O2 )

\\ 4 جريئات من نيتروجلسرين

= 2 x 16 (الوزن الجزئي للاكسجين)

= 32

\\ كم تعادل الوفرة بالأكسجين في جزيء NG الواحد ؟



\\

في ميزان الأكسجين للنيتروجلسرين حسب التعريف يكون:




العوامل الأخرى المؤثرة في الانفجار
لان الانفجار إجراء كيميائي فهو يخضع لقوانين الكيمياء العامة ولكي يحدث احتراق لابد من اجتماع الوقود والحارق والتسخين إلى درجة حرارة الالتهاب ويتوقف كذلك على الضغط والتركيز وهكذا كلما أثرنا على الشروط البدائية يمكننا توجيه الانفجار حسب رغبتنا من حيث جعله احتراق بطيء أو عادي أو اشتعال وم يضي أو مدو.

1- النسبة المئوية لمكونات الخليط:
إن هذه النسبة بين الوقود والحارق هي عامل يؤثر على سرعة التفاعل ونأخذ على ذلك مثال: انفجار غاز الميثان مع الهواء ولكي يتم هذا الانفجار لابد أن تكون عدد جزيئات الوقود (الميثان) والحارق الأكسجين كافيا وبحيث انهما يكونان متقاربان حتى يتم الالتهاب بغير تأخير أما في حالة ما إذا كانت جزيئات الميثان منتشرة في الهواء ومتباعدة عن بعضها ومفصولة بجزيئات الازوت والأكسجين فان عملية الاحتراق لا يمكن أن تنتشر إلا بصعوبة كبيرة وببطء يستحيل معه تشكل الموجة الانفجارية المطلوبة.

وهكذا حتى يتمكن الاحتراق من الانتشار لابد أن يكون تركيب الخليط موجود بنسب معينه ومحصور بين هذه النسب التي تسمى حدي الالتهاب وهما يتوقفان على عدد من العوامل مثل الضغط ودرجة الحرارة الابتدائية لمكونات الخليط وحجم الحيز وسطحه وشروط التبريد واتجاه انتشار الأجزاء على طول الخليط.

2 - درجة الحرارة والضغط:
تزداد سرعة الاحتراق بازدياد الضغط ودرجة الحرارة فان هذه السرعة تتضاعف تقريبا كلما ازدادت درجة الحرارة 10 ْم درجات وتؤثر درجة حرارة جدران الوعاء الحاوي للانفجار تأثيرا كبيرا على سرعة الاحتراق فهي التي تسمح للاحتراق بالانتشار من طبقه إلى أخرى إلى أن يصبح الالتهاب في حالة اتزان.

وكذلك الضغط فكلما زاد الضغط كلما ازدادت سرعة الاحتراق وتؤثر قيمة في مجرى التفاعل بشكل مماثل بحيث يمكن بواسطة زيادة الضغط تحويل الاشتعال الوميضي إلى اشتعال مدو (نظرية الكبح).

3 - كثافة المتفجر d:
كلما ازدادت كثافة المادة المتفجرة كلما ازدادت سرعة التفاعل وهناك فرق بين الكثافة المطلقة (أو الحقيقية) والكثافة الوزنية أما الأولى فهي كتلة وحدة الحجم من المادة المتفجرة التي لا يفصل الهواء بين دقائقها وتمثل بالرمز d (دلتا).

أما الكثافة الوزنية فهي وزن لتر من المادة المتفجرة في الشروط العادية وتمثل بالحرف (density) d.

أما الأولى فهي تؤثر في سرعة الاحتراق وانتشاره داخليا والثانية تؤثر في الالتهاب (الانتشار خارجيا).

4 - كثافة الشحنة المتفجرة:
هي العلاقة الكائنة بين وزن المتفجر وحجم الحيز الذي يتم فيه الانفجار وتمثل D

Dوتزداد سرعة وضغط الانفجار بازدياد كثافة الشحن وإذا كانت هذه الكثافة كبيرة (يعني عملية ضغط وكبس المتفجر داخل الحاوية شديدا) أمكن تحويل الاشتعال الوميضي إلى اشتعال مدو.

5 - الكبح :
هو تابع لطبيعة الوعاء الانفجاري وإحكام إغلاقه (ففي حيز جيد الإحكام وذي خواص مميزة ملائمة تحول دون تحطيمه قبل التحول الكلي للمتفجر إلى غاز يزداد الضغط بتقدم العملية الانفجارية ولما كانت السرعة تابعة للضغط فان ما يبدأ كاحتراق بسيط يمكن أن ينتهي كاشتعال مدو).

ومثال على ذلك عملية كبح البارود الأسود أو الرمادي أو الفضي أو غيره. ولا تستلزم جميع المتفجرات الكابح نفسه فمثلا فلمنات الزئبق تكتفي بالهواء الذي يحيط بها لتشتعل مدوية نجد البعض الآخر يتطلب عوائق معينه مثال ذلك النيتروجلسرين إذا طرقنا جزء منه على سندان بمطرقة لا ينفجر منه شيء سوى القسم المطروق أما إذا غطينا النيتروجلسرين بصفيحة من الورق قبل صدمه فان كل كتلته تنفجر عند ما يتلقى ذلك القسم أو غيره الطرقة نفسها علما بان البارود الأسود وخليط الامونال يتطلبان كوابح عظيمه.

6 - الوساطة:
هي مواد تؤثر في سرعة التفاعل أما بالزيادة أو بالنقصان وهي بهذه الحالة تعادل رفع الحرارة أو خفضها أمثلة على ذلك :

1. وجود وسيط كالحامض داخل النيتروسليلوز يسرع من اشتعاله أثناء التخزين لذلك لابد أن يخضع لمعالجات قبل حفظه .

2. لابد أن تكون الكلورات خالية من اليودات لأنها تمثل وسط إيجابي بإمكانه التسبب في انفجار خليط الكلورات المسمى شديتا في درجة الحرارة العادية.

3. ويلعب نفس اليود وسيط سلبي في الخلائط الغازية المتفجرة (خليط الميثان مع الهواء) لذلك ينشر على هيئة رذاذ في أجواء المناجم للفحم لإبعاد خطر الانفجارات المدوية.


المميزات الكيميائية للمتفجرات المدمرة
كما عرفنا من قبل أن الانفجار ظاهرة احتراق سريعة جدا تحتوي دائما على وقود وواقد (مؤكسد) قد يكونان معا في الجزيء نفسه (المواد المتفجرة مثل Tnt, Rdx, تترايل ... الخ) أو في جزيئات مختلفة (خلائط) ففي الخلائط تستعمل النيترات والكلورات وفوق الكفورات وغيرهما كمواد مؤكسدة حيث أن المواد الانفجارية فيها ( ماعدا الازيدات والفلمنات ) تنتج من تفاعل حامض مع جزيئات عضويه(الهيدرو كربونات، الكحولات، الأمينات، غيرها...)

ويتفاعل حامض النيتريك ليعطي نوعين مختلفين من المركبات العضوية أحدهما ينتج من تثبيت الجذر الحامضي No2 في أكسجين الكحول الهيدروكسيلي مثل تفاعل حامض النيتريك مع الحكول الايثيلي

C2h5o2 + H2o ¬¾® C2h5ono2 + H2o

معطيا استرا نيت ريا أو نيترات

وينتج النوع الآخر من تثبيت الجذر ¾ No2* على كربون الجزيء العضوي حسب التفاعل الآتي:

C6h6 + Hno3 ¬¾® C2h5no2 + H2o

معطيا مركبات النترو.

وهناك مركبان متشابهان تماما من ناحية الصيغة الجزيئية المجملة نفسها ينتجان من كلا الفاعلين السابقين المتشابهين وهما استرالاثيل (c2h5ono) والنترواثيل (c2h5no2) لكن يمكن التفريق بينهما بالتفاعل مع الهيدروجين المتولد

إذن الاستيرات تعطي الكحول المتولد.

C2h5ono + 6h ¾® C2h5oh + Nh3 + H2o



بينما ترجع مركبات النترو إلى الأمينات

C2h5no2 + 6h ¾® C2h5nh2 + 2h2o



وكذلك يمكن التمييز بينهما في التفاعل مع القلويات فان الأسيرات تتفاعل معها هكذا:

C2h5ono + Naoh ¾® C2h5oh +nano2



أما مشتقات النترو فلا تتفاعل مع القلويات .هذا ويمكن تحضير مركبات النترو بتفاعل مركبات يود الالكيل مع نيتريت الفضة بالترسيب والتبادل المشترك

2c2h5i + 2agno2 ¾® C2h5no2 + C2h5ono + 2agi

قاعدة عامة: إذا نشأت المواد المتفجرة من المعالجة الوظيفية العضوية بحامض النيتريك عن طريق سلسلة مفتو حة فهي استيرات مثل النتروجليكول، النيتروجلسرين وغيرها .

أما إذا نشأت عن طريق سلسلة عطرية حلقية فهي مشتقات نيترو مثل حامض البكريك والتنزيل و Tnt وخلافه.

ويمكن أن تكون الصيغة البنائية لحامض النيتريك هكذا



تكون النيترات العضوية (الاستيرات) فصيغتها هكذا



إما الصيغة العامة لمركبات النترو فتكون هكذا



حيث R تمثل هيدروكربون معين.

وهناك حالات خاصة في مركبات النترو ذلك عندما يرتبط جذر النيترو ¾no2 بذرة نتروجين بدلا من ذرة الكربون وتسمى هذه المركبات نيترو الأمينات


الاستقرار الكيميائي
تعتبر مركبات النيترو اكثر استقرارا بكثير من مركبات الاستيرات. فان مركبات النيترو لا تتفاعل مع الهيدروكسيدات القلوية أما مركبات الاستيرات الحامضية فهي تتفاعل معها وتتصبن وتتحول إلى مكونات أخرى صعبة الإرجاع.

كذلك فان درجات بدء انفجار النيترات (الاستيرات) أقل من درجة بدء انفجار مركبات النيترو وهي اشد حساسية منها لذلك فهي تمتص في مواد مسامية أو تتهلمن.

ويمكن تفجير الاستيرات بالمواد المحرضة فقط بينما مركبات النترو تتطلب مواد منشطة قوية حتى تشتعل مدوية والسبب في ذلك هو ان تفاعل الاسترة مع أنه ناشر للحرارة لكن نشره للحرارة ضعيف جدا إذ ان كل مجموعة نيترو مثبتة في الاسترات تنشر من 5 - 11 حرة بينما مجموعة النيترو المثبتة في المركبات العطرية تنشر 36 حرة.

وكذلك حرارة التشكل لمركبات النيترو اكبر من حرارة التشكل لمركبات الاسترات وعلى هذا فأحادي النيترو اكثر ثباتا من أحادي النيترات (الاسترات) وكذلك البنية الجزيئية.

كذلك فان وجود الآثار الحمضية في مركبات النيترات تعمل على تفكيكها بسهوله ويمكن بذلك ان تنفجر بينما مركبات النيترو لا تتعرض لهذا الخطر.

درجة النترجة : من الممكن تعدد مجموعة النيترو ¾no2* في جزيء الاستر وهكذا يمكن الحصول على مختلف درجات النترجة مثل أحادى نتروالتولوين وثنائي وثلاثي التولوين وهم على الترتيب (c7h7no) [c7h6 (no2)2] ، [c7h5(no2)3] .

وهكذا فان درجة نترجة الاستر أو أي مركب نيترو هي خاصية هامة تتوقف عليها كمية الأكسجين الفعال المتوافرة من اجل أكسدة الكربون والهيدروجين وتتوقف عليها كذلك الحرارة الناتجة من التفاعل هذا ويمكن عن طريق معرفة كميه ونسبه النتروجين الموجود في المادة مع بعض الاختبارات الفيزيائية البسيطة والسريعة مثل الكثافة ودرجة الانصهار التعرف على نوع المتفجر.

الدراسة الكيميائية للنترجة: كما عرفنا من قبل انه يوجد تفاعلين للنترجة أتحدهما تفاعل نترجة للاسترات الحامض مع الكحول.

(1) C2h5oh + Hno3 ¬¾® C2h5ono2 + H2o



وتفاعل النترجة للحصول على مركبات النترجة وذلك يتفاعل الحامض مع المركب الحلقي العضوي

(2) C6h6 + Hno3 ¬¾® C6h5 ¾no2 + H2o

وهذه العملية عملية النترجة تتوقف بعد قليل من البدء بسبب تساوي سرعتي التفاعل في الاتجاهين ويحسب ثابت التوازن K من قانون فعل الكتلة من معادلة رقم (1)
ولكي يسير التفاعل في اتجاه واحد نزيد تركيز الاستر ليزداد التفاعل من اليسار إلى اليمين ولكي يتم ذلك لابد من زيادة كبيرة من حامض النيتريك أو الكحول (يتم هذا التفاعل مخبريا) وهذا في الحقيقة مكلف جدا أما بالنسبة للطريقة الصناعية فيتم تنشيط التفاعل كي يسير في اتجاه واحد عن طريق سحب الماء كلما تكون وذلك عن طريق استخدام حامض الكبريتيك وتكون قيم التركيز [rono2] كبيرا عندما يكون الماء اصغر قيمة وذلك واضح من الرجوع للمعادلة رقم (3)

وفي الحقيقة يوضع مع حامض الكبريتيك غاز (so3*) و يسمى هذا الخيط خليط الاوليوم لاحظ ان خليط الاوليوم يتكون من غاز (so3*) مع حامض الكبريتيك يضاف إلى حامض الكبريتيك الموجود في التجربة) وهذا من شأنه امتصاص الماء مانعا توقف التفاعل ألا إن كمية الاوليوم بلا ماء تقل حتى ينتهي التفاعل ومن المعلوم أن هذا الخليط وحامض الكبريتيك لا يشاركان في التفاعل ولا يكتبان في المعادلة الأصلية (بل يكتبان على السهم التفاعلي) فهو يعمل عمل الوسيط لتحسين الإنتاج ويتبقى الخليط الحامض بعد نهاية العملية ويستخدم في تسميد الأرض وصناعة السماد الكيميائي (سوبر فوسفات الكالسيوم).

وتجدر الإشارة إلى انه لابد من عملية تنقية دقيقة للتخلص من الأحماض بعد عملية الإنتاج وذلك لتأمين استقرار الناتج ولتثبيته و إذا لم يتم التخلص من الحامض يتعرض مستقبل المتفجر إلى الخطر.


فيزياء المتفجرات (البيرو فيزياء)
هناك ثلاثة تأثيرات تظهر على وسط مقاوم عند ما تعمل فيه المتفجرات وهي الاجتثاث والتجزئة (التفتت) والانقذاف وهذه التأثيرات هي الغاية من حدوث الانفجار.

إما بالنسبة للمطلوب الأول وهو الاجتثاث فغالبا ما يكون هو الغرض الأساسي إما عملية التجزئة فالمراد منها يختلف حسب الحاجة مثل قطع الرخام من الجبال، أو حصى الطرقات، أو التدمير وخلافهكذلك الامر بالنسبة للانقذاف فهو يراد منه دفع القذيفة وهذا يمكن حدوثه بطرق معينة واجهزة خاصة لحذف تاثيرها . الاجتثاث والتجزئة في بارود المدافع وخلائط وقود المحركات الانفجارية.

تأثير دفع القذف ويمكن استخدام خاصية الانقذاف في أغراض مدنية أيضا وعموما فان كل المتفجرات تتمتع تقريبا بالقدرات الثلاثة ولكن بنسب مختلفة.

والهدف الأساسي من هذا الفصل هو إخضاع هذه التأثيرات الثلاثة لوحدات قياس تجعل المقارنة التقنية بين المتفجرات سهلة جدا لكن يجب معرفة أن هذه الخواص ليست خواص داخلية فحسب في المادة بل هي أيضا خواص خارجية عنها ويمكن إدراك ذلك عند تفجير عدة شحنات متطابقة متماثلة لكنها تسبب تأثيرات مختلفة جدا في الأجسام المختلفة فمن هنا نفهم أن عمليتي الاجتثاث والتجزئة تتوقفان بالإضافة إلى خواص المتفجر ذاته إلى الخواص الميكانيكية للوسط المعتدي عليه أيضا إما خاصية القذف فهي خاصة في بارود القذف وخلائطه.

وعموما يبدأ الاجتثاث ثم يليه التجزئة ولا يبقى للقذف سوى الطاقة التي لم تستهلك في الأثرين السابقين وهكذا فليس هناك وحدات لقياس هذه الآثار الثلاثة. ولتقدير القيمة العملية لها يمكننا اللجوء إلى أرقام أخرى أو ثوابت طبيعية تسمى المميزات النارية الساكنة للمتفجر ويقوم علم البيروفيزياء على حسابها نظريا وقياسها تجريبيا.

ويجب ملاحظة أن هذه المتحولات مثل حجم الغازات والضغط والحرارة ودرجة حرارة الانفجار وغيرها هي نواتج متزايدة في مدى زمني يشمل أجزاء من المليون من الثانية في حالات الاٍشتعالات الداوية.

أولا: قياس الحجم النوعي (الناتج من الانفجار)
سوف نتعرف بإذن الله بعد ذلك على صفة سوف نسميها القوة النوعية ومعلوم أن هذه القوة تتناسب تناسبا طرديا مع الاجتثاث ويتحكم في هذه القوة عاملان الأول درجة حرارة الانفجار والثاني الحجم النوعي للمتفجر الذي رمزه Vow)).

ويعرف على أنه الحجم الذي تشغله الغازات الناتجة من انفجار كيلو غرام واحد من المتفجر في درجة الصفر المئوي وضغط عمود من الزئبق طوله 760ملم.

لكن الحجم الجزئي الغرامي من أي غاز (في درجة الصفر وفي ضغط 760ملم يساوي 22.4 لترا ولذلك فان المعادلة العامة لمتفجر ذي تحول التام هي:

Ca Hb Oc Nd ¾® mCO2 + nCO + pH2O + q H2 + rN2



حيث r, q, p, n, m أعداد حقيقية



لذلك فان الحجم الغازي الذي يعطيه المتفجر هو

Vom = (m + n + p + q + r ) X22.4 مقدرة باللترات

ويكون حجم الغازات الناتجة من واحد كجم من المتفجر على افتراض pm هو الوزن الجزيئ للمتفجر Vok حيث:



وإليك مثال على صمغ الديناميت ولإيجاد الحجم النوعي نكتب أولا معادلة الانفجار

C24H32 O12 (ONO2) + 56 C3 H5 (ONO2)3 ¾® 192 CO2 + 156 H2O + 88 N2

\\

لترا Vom = (192 + 156 + 88 )X 22.4 = 9766.4



الحرارة النامية في التفاعلات الانفجارية
(كمية الحرارة الناتجة من الانفجار)
يمكن حساب هذه الحرارة بضرب حرارت تشكل الأجسام النهائية بعدد الجزيئات الغرامية لكل منها ثم جمع هذه الحرارة الجزيئية وطرح حرارة تشكل المتفجر منها ويمكن معرفة حرارة التشكل من الجداول الحرارية الكيماوية الخاصة وتكون الحرارة الناتجة هي Omp تحت ضغط ثابت هي الحرارة التي تبقى بعد ان يتحول جزء من الحرارة الناشئة إلى عمل ميكانيكي تمددي للغازات وذلك يتم أيضا بانخفاض ضغط الغازات من الضغط الإبتدائي P إلى الضغط الجوي.



إذن

الحرارة الناتجة = حرارة تشكل المتفجر - جميع الحرارت الجزئية الناتجة

Omp = Q2 -Q1



وتكون الحرارة الناتجة عن 1 كيلوغرام من المتفجر هي:



وإليك مثالا على هذه العملية:

احسب الحرارة الناتجة في متفجر (VAVIER) وهو خليط تام الأكسدة مكون من ثنائي نتروالنفتالين مع نيترات الامونيوم أولا معادلة الانفجار هي:

C10H6 (NO2)2 + 19 NH4NO3 ¾® 10 CO2 + 41 H2O + 20 N2



ويحسب الوزن الجزيئي للمواد المتفاعلة فيكون:

218 + 19 X80 = 1738



ولحساب قيمة (Q2) بمعرفة حرارة تشكل كل من (CO2) ،(H2O) ، (N2) من الجداول الحرارية

(1) حرة = 3333 (غاز خامل Q2 = (10 X 94.3) + ( 41 X 58.3) + O (



وبحساب قيمة Q1 وهي مجموعات حرارة تشكل المواد الداخلة في الانفجار

Q1 = 5.7+ (19 X 88.6) = 1678حرة

حيث - 5.7 هي حرارة تشكل ثنائي النفتالين.

ومن (1) ، (2) يمكن حساب Omp وهي :



Omp = Q2 - Q1 = 3333 - 1678 =1655 حرة

ومنها يكون Okp لمتفجر فافير يساوي





ولمعرفة كمية الحرارة التي تنشأ في لحظة الانفجار وقبل ان تبدأ الغازات بالتمدد وهي التي تشير إ لي قدرة المتفجر الميكانيكية ويرمز إليها بالرمز Omv لابد من معرفة الحرارة تحت ضغط ثابت من اجل الحرارة التي تنشأ تحت حجم ثابت لجزيئي غرامي

\\ Qmv = Qmp + C

حيث : Qmp: هي الحرارة التي تنشأ تحت ضغط ثابت.

C : هي الحرارة المستهلكة في التمدد وهي نفسها الحرارة المتحولة إلى عمل عند التمدد وهذا حسب علاقة التحويل الآتية:



وحيث ان العمل يساوي حاصل ضرب الضغط × تغير الحجم



حيث Vo قيمة صغيرة جدا يمكن إهمالها بالنسبة لحجم الغازات الممتدة V1 وهذا صحيح لجميع المتفجرات حيث:



وبهذا تهمل V0) )أمام (V1)وتكون

T = PV1

وحيث ان:

V1 = 22.4n (1 + 1/273 T)

T : هي درجة الحرارة المحسوبة فيها الجداول الحرارية وهي 15ْم .

n : عدد الجزيئات الغرامية للغازات الناتجة.



\\



يعني كمية صغيرة جدا يمكن إهمالها وعند ذلك تكون:

T = 22.4 p.n

\\



[حيث ان : يعبر عن الضغوط المتعلقة بالمكافئ الميكانيكي للحرارة]

ومنه يمكن حساب الحرارة النامية لجزيء من ثنائي نيتروالنفتالين.

حرة Qmv = Qmp + 0.544 n

وهي للكيلوغرام عند حجم ثابت

حرة

\\

Qmv = 1655 + 0.544 X71

= 1655 + 38.624

حرة =1693

\\

Qkv = 974 حرة





حساب درجة الحرارة
والمقصود منها هي درجة الحرارة الناجمة عن الانفجار وليست درجة الحرارة اللازمة لبدء الانفجار. أما درجة الحرارة الناتجة عن الانفجار فقد أمكن قياسها نظريا ونعبر عنهT بالدرجات المطلقة هي:

T= t + 273

حيث:

t = t1 + 15

حيث t1 هي الزيادة عن الدرجة 15 وهي الدرجة التي حسبت فيها الحرارة النوعية في الجداول الحرارية

\\

T = t1 + 273 + 15

ولما كانت الحرارة المنتشرة عن انفجار ما تساوي الحرارة النوعية C للأجسام مضروبة بالزيادة الحرارية t1 أي أن:

Qmv = C x t1



فانه يمكننا حساب قيم(t1) إذا كانت C ثابتة لكن C تتغير أيضا حسب العلاقة:

C = a + bt1

حيث a) )

هي الحرارة الجزيئية في الدرجة 15، و(b) هي الازدياد الموافق لقفزة حرارية تعادل درجة مئوية واحدة وبالتعويض.

\\







على اعتبار (Qmv) مقدرة بالحرة







ويمكن حساب t1 حيث أنها معادلة من الدرجة الثانية علما بأن (a = 4.8) ,(b=.0006) في الغازات ثنائية الذرة (O2,CO,N2,H2)



ولقد افترضنا هنا ان ناتج الانفجار هو جزيئي واحد غرامي غازي لكن الواقع غير ذلك لذلك ينبغي ضرب قيم الثابتين b,a بعدد الجزيئات الغرامية الغازية ثنائية وثلاثية الذرة وجمع نواتج الضرب ولنضرب على ذلك مثلا بحساب الحرارة الناتجة من انفجار صمغ الديناميت الذي يتألف من %8.33 نترو سليلوز، %91.67 نيترو جلسرين ومن المعلوم ان معادلة الانفجار لصمغ الديناميت تنشر (Omv = 21450) حرة.

أولا نكتب المعادلة:

C24 H32 O12 (ONO2)8 + 56 C3 H5 (ONO2)3 ¾® 192 CO2 + 156 H2O + 88N2

ونبحث في الجداول عن قيم b, a لكل من الغازات السابقه فنجد:

ل (N2) a= 4.8 ,b= .0006

ول(CO2) ِ a= 6.25 , b =.0037

ول (H2O) ِ a = 5.61 , b= .0033

ثم نحسب a), a تربيع ) لنواتج التفاعل

a = (6.25 x 192) + (5.61 x156) + (4.8 x 88)

= 6235009

ونحسب b كذلك

0.0033 x 156) + (0.006 x 88)= 1.278)+ b =(0.0037 x 192)

ثم نعوض في العلاقة السابقة:

\\



t1 = - 2497 + \\ الوثبة :

:t1 = 3121 Centigrade

آما درجة الحرارة الناتجة عن الانفجار تساوي

T = T1 + 273 + 15 = 3121 + 288 = 3409 K KALVIN

وللعلم فان درجات الحرارة الناتجة عن جميع المنفجرات متقاربة فمثلا هي للنتروجلسرين = 3780ْم وهي للديناميت العادي 3137 وللبارود الأسود 3506 وعند ما استخدام نترات الامونيوم كعامل مؤكسدة في الخلائط تقلل درجة حرارة الانفجار بمقدار 1000 درجة.

وهناك مثال آخر للمتفجرات ذات النواتج الصلبة التي لهذه البواقي الصلبة مضروبة في عدد الجزيئات الغرامية.

مثال: حساب درجة الحرارة الناجمة من انفجار الديناميت العاطل عيار %75 نتروجلسرين فان معادلة انفجاره هي

C3H5 (ONO2)3 + 1.25 SiO2 ¾® 3 CO2 + 2.5 H2O + N2 + 0.25 O2 + 1.2 5 SiO2

ولحساب a

a = (6.25 x 5.50 ) + (1.75 x 4.80) + (11.4 x 1.25) = 57.025



وقيم b

b = (0.0037 x 5.50) + (0.0006 x 1.75) = 0.0214



ومن المعلوم ان الحرارة (Omv) الناشئة عن جزيء غرامي من النترو جلسرين عند حجم ثابت تساوي 388 حرة

بالتعويض في العلاقة السابقة.

t1 = 2859 درجة مئوية

\\ T = t1 + 288 = 2859 + 288 = 3147 (KALVIN).

بعض المعلومات والتعريفات المفيدة
1- من المعلوم أنه بتغير شروط وظروف التفاعل تتغير نواتج وقوة انفجاره أو احتراق التفاعل ولنضرب على ذلك عدة أمثله:

ا- تفاعل أول أكسيد الكربون مع الماء

أولا: تحت ضغط متوسط

CO* + H2O ¾® CO2* + H2* + 10حرة

ثانيا: و تحت ضغط مرتفع (آي يتم التفاعل تحت ضغط مرتفع)

4CO* + 2H2O ¾®3CO2* + CH4* + 81 حرة



ب- ومن الأمثلة على ذلك وهي أمثلة عملية سوف تمر معنا في هذا البحث كثيرا هو تفاعل الكلورات مع السكر فعندما تكون نسبه الخليط متساوية تقريبا يكون التفاعل الناتج احتراقي

2 Kclo3 (244) + C6H12O6 ( 180) ¾® 2 Kcl + 6 CO2 + 6 H2



وعندما تكون نسبة الخليط تقريبا 1:9 يكون التفاعل الناتج انفجاري

14 KClo3 (1464) + C6H12O6 (180) ¾®14 Kcl + 6 CO2 + 6 H2 + 15 O2



وكذلك في تفاعل نترات الامونيوم مع بودرة الألمنيوم فعندما تكون النسبة بينهما بنسبه 8 0: 54 تكون المعادلة احتراقية اكثر من كونها انفجارية وعندما تتغير النسبة حتى تبلغ 9 نترات إلى 1 بودرة الألمنيوم تكون المعادلة انفجارية ويكون الخليط كما اتضح عمليا أقوى فعالية من ((TNT وسوف يمر هذا معنا عند صناعة الخلائط إن شاء الله تعالى.

2-تعريف الكثافة الحدية العملية للشحن المتفجرة D

هي الكثافة التي يتم الحصول عليها عندما تكون الشحن المتفجرة ذات فراغ مملوء ووزن نوعي تكون معه سرعة الدوي أعظميه.

3- سرعة التفاعل الانفجاري :
إن سرعة التفاعل الانفجاري تكون أعلى بكثير من سرعة التفاعلات غير الانفجارية وهي مختلفة النسب إلى درجة يجري معها الشرط الثالث الضروري والكافي كي يكون التفاعل انفجاريا وهذه الشروط هي:

أن يكون التفاعل ناشرا للحرارة

أن يكون نواتج التفاعل في مجموعها أو على الآفل في جزئها الأعظم غازية.

أن يكون زمن التفاعل صغيرا إلى درجة كبيرة يكون معه الضياع في الطاقة (بلا شعاع والنقلية) في الوسط المحيط خلال فترة الانفجارية مهملا وهذه السرعة للتفاعل تكون كبيرة.



تعريف كمون المتفجرات واستطاعتها:

يطلق الاسم كمون على العمل الأعظم الذي يمكن ان يقدمه كيلو غرام واحد من متفجر عندما تنتشر غازات انفجاره في الهواء عبر تمدد مضغوط غير محدود وهو يساوي:



W = Qkv X 425 = 0.425 Qkv طونمترا

وهذه كمية الحرارة الناشرة عند ثبات الحجم للكيلوغرام في الحقيقة فان الكمون عدد اصطلاحي يعطينا فكرة عن الكفاءة الميكانيكية لمتفجر وهذا العدد يعبر عن الطاقة الكلية وليست الطاقة التي يقدمها المتفجر فقط. إذ أنه من المعلوم ان قسم من الطاقة الانفجارية (مثل جميع العمليات الكيميائية) يقوم على تبخر الماء المتشكل عند الانفجار وهي التي تطرح عن الطاقة الكلية ولهذا فان الطاقة الحرة هي دائما اخفض من الكمون. أن الضغط والكمون مميزتان من أهم مميزات المتفجرات المدمرة إذا تتوقف على الأولى قدره الاجتثاث وعلى الثانية قدرة الانطلاق.



ضغط غازات الانفجار
المعادلة العامة للغازات الحقيقية (قانون كلايبرون)

P V = R T

حيث P) )يعبر عن الضغط، V) )يعبر عن حجم الغاز، (T)يعبر عن درجة حرارة الغاز، R)) ثابت.

لهذا القانون بعض العيوب منها هو تقلص الحجم بسبب زيادة الضغط حتى يصل إلى الصفر وهذا غير مقبول لأنه مهما ازداد اقتراب الجزيئيات من بعضها فسوف يكون لها قطر وهو على الآفل عند التماس نصف قطر كريات المادة نفسها في التركيز الاعظمي والحجم الاصغري لكن الواقع لا يؤدي إلى ذلك حيث ان المواد ليست قادر على تحمل الضغط المرتفعة جدا لان توازنها الداخلي يتحطم عندما تتخطي الضغوط مقاومتها التكعيبية والعيب الآخر هو افتراض ان ليس بين الجزيئيات تأثيرات متبادلة لكن لا يمكن قبول هذا الافتراض عند ما تكون الجزيئيات قريبة من بعضها واجريت من اجل ذلك تجارب أثبتت ان الغازات لا تتمتع بقابليات انضغاط متماثلة وان درجة تلك الانضغاطية تتغير بتغير الضغط الذي يخضع له الغاز وهذا يشير ان حجم الغاز الظاهري يميل نحو حد معين ولتعيين هذا الحد درس امانمات Amagat علاقة درجة الحرارة مع ضغط بعض الغازات مثل النتروجين والهيدروجين والاستيلين والكربون والميثان وجميع النواتج في مخططات (رسم بياني) تبين علاقة حاصل ضرب الضغط في الحجم (PV) مع تغيير الضغط في درجات الحرارة المختلفة .

وكانت النتيجة: هي خطوط مستقيم متوازية للهيدروجين تختلف باختلاف درجة الحرارة وان حاصل الضرب PV

يتناقص حتى حد معين ك لما زاد الضغط حتى حد معين للغازات الأخرى ثم يزداد ويتحول إلى خطوط متوازية مستقيم إلى ما لا نهاية كما هو واضح في الشكل السابق (شكل رقم 4)

ووجد ان معادلة أحد هذه الخطوط هي معادلة خط مستقيم ميله هو a وb هي نقطة النهاية الصغرى أو ترتيب بداية الخط وهذه المعادلة هي:

PV = ap + b

ومنها :

a = (d4)/(dx)

وإذا مر الخط المستقيم من المبدأ فان b = صفر

أي :

pv=pa

آي:

a=v

وحيث ان : (a) ثابتة لأنها ميل المستقيم فان الحجم يبقى ثابتا عند تغيرالضغط ويمكن كتابة المعادلة

على الصورة الآتية:

p (v- a) = b



وهذا يعني ان حاصل ضرب الضغط بالحجم منقوصا منه عدد ثابت يساوي عددا ثابتا آخر.

فانه عندما

( v- a = o )

عندها تصبح :

(¥ = p )

أي ان :

(v = a )

وعندها يسمى هذا الحجم المرافق أي أن (a)

هي الحجم المطلق للمادة أي الحجم الذي تنتهي اليه المادة فتتماس كريات الجزيئات تحت هذه الشروط في هذه العلاقة أؤخذ بعين الاعتبار الضغط الخارجي الناتج عن اصطدام جزيئات الغاز بجدران الوعا ء الحاوي له لكن هذه الجزيئيات أيضا تخضع إلى قوانين التجاذب المتبادلة بينها لذلك ادخل العالم فاندر فاكس تعديلين على معادلة الغازات المثالية أما الأول فهو يتعلق بالتجاذبات الجزيئية المتناسبة عكسيا مع مربع الحجم والتعديل الثاني يتعلق بالحجم الكلي الذي تشغله الكتلة الغازية منقوصا منه حجم الغاز الحقيقي a .



وبهذا تكون المعادلة الجديدة هي:



حيث K ثابت نوعي يطلق عليه اسم التجاذب النوعي ومن هذه المعادلة

و قد كلوزيوس Clausius العلاقة التالية لقانون الغازات الحقيقية



حيث, m ,b, a ثوابت صغيرة جدا.

ثم برهن سارو Sarrau أن هذه المعادلة السابقة توافق ما جاء به امانمات من قبل ولهذا المقدار المنقوص من المعادلة ينعدم في درجات الحرارة المرتفعة وتصبح m صغيرة جدا وتصبح المعادلة

علاقة سارو كآلاتي:

P(V-a) = RT



ولكن يمكن حساب قيم a وضع أمانمات هذه المعادلة بين ضغطين P1,P2 غير متباعدين

P1 (V1-a )= P2(V2- a)

واستنتج من ذلك من اجل التطبيقات العملية لعلم المتفجرات أن الحجم المرافق لجميع الغازات هو جزء من ألف من الحجم النوعي في د رجة الحرارة والضغط النظاميين طالما أن ضغط الانفجار لا يتعدى 4000كجم/ سم2.

وبالنسبة لمعادلة سارو يمكن معرفة الضغط منها عند ثبوت الحجم وبعد معرفة T درجة الحرارة المطلقة وقد لجأ نوبل وأبل إلى قياس P مباشرة بتفجير كتلا مختلفة من المتفجر في مخابير متينة مجهزة بمقاييس ضغط مناسبة واستنتاجا ان الضغط مرتبط بالوزن النوعي للشحن وبالحجم المرافق بالعلاقة التالية والتي تبينها المادلة المعروفة بعادلة نوبل وابل:



معادلة نوبل وأبل

حيث D الوزن النوعي = W /V) )النسبة بين كتلة المتفجر معبرا عنه بالكيلوغرام وحجم الوعاء معبرا عنه باللتر وثبت صحة هذه المعادلة وكمعرفة K تعود لمعادلة سارو



ولما كانت:



فان:

D=1 /V



لان:

W = 1


وبالتعويض في معادلة نوبل وآبل


وبمساواة الضغط في معادلة نوبل وآبل بالضغط في معادلة سارو ينتج ان:

K1/(V-a) = RT /(V-a)

أو

P = K = RT

ولنرمز له بالرمز F وحسب علاقة سارو فان:

F = RT/(V-a) = F /(V-a)

وعند فرض أن :

V- a = 1 تكون P=F

وتدعي F) ) القوة النوعية التي أشرنا إليها من قبل في صفحة 20 وهي مثل a

خاصة مميزة لكل متفجر وهي تمثل الضغط الذي تطبقه وحدة كتلة المتفجر على الوعاء عندما تنفجر في وحدة من الحجم النوعي أي أنها الضغط الذي يطبقه 1 كغم من المتفجر عند دويه تحت حجم ثابت في مخبار سعته 1 لتر مضافا اليه الحجم المرافق المتفجر وهي ليست قوة بالمعنى الميكانيكي ولا يمكن التغيير عنها بالكجم الثقلي وفي الحقيقة:



F = RT = P` / (273) Vok X T (1)



وحيث ان : P` = 1.033

فان :F = 0.003785 Vok T



وعلى هذا فان أبعادها أبعاد طاقة حيث ان أبعاد الضغط هيP`= F L-2 وابعاد الحجم هي Vo = L3

وبالتعويض في العلاقة رقم (1) ينتج ان

XT / (273)](F =[( FL -2 X L3

= L . F = قوة X مسافة


وتطابق قيمة F القيمة التي يأخذها الضغط عندما ينفجر واحدة كتلة المتفجر في وحدة حجم كتلة المتفجر في وحدة حجم من حيث ان هذا الحجم

= حجم الوعاء - قيمة الحجم المرافق.



ويمكن كتابة معادلة نوبل وآبل على الصورة الآتية:

والتطبيقات العملية دلت أن a تساوي جزءا من آلف من الحجم الن وعي عند ما يكون المتفجر ذا تحول غازي تام وتساوي في البارود الأسود والمتفجرات التي تترك بقايا صلبة القيمة التالية:

a= 0.001 Vok + a` (3)

حيث: a` حجم هذه البقايا الصلبة.

أهمية F
تعتبر القوة النوعية من أهم المميزات البيروستاتيكية في التطبيقات الصناعية والعسكرية وقد وضح أنها تتناسب طردا مع حجم الغازات الساخنة من العلاقة (2) ومن ثم تتناسب طردا مع العامل العائد إلى المتفجر الذي يؤثر في عملية الاجتثاث آي ان كمية المادة المخنثة تتناسب طردا مع القوة النوعية للمتفجر.

القيم العملية للحجم المرافق: وهو أنها في المتفجرات ذات التحول الغازي التام هي جزء من آلف من الحجم النوعي

أي:

a = 0.001 x Vok



وحيث أن هذا الحجم هو الحجم الحقيقي الذي تشغله المادة فيجب إضافة حجم البقايا الصلبة اليه في المتفجرات التي تترك بقايا صلبة ويتم ذلك بمعرفة الحجوم النوعية لكل مكون صلب وضربها بعدد الجزيئات وتجمع هذه الحجوم

مثال احسب الحجم المرافق لبيكرات البوتاسيوم

أولا نكتب المعادلة:

16 C6 H2 (NO2)3 OK ¾® 21 CO2 + 52CO + 6 CH4 +22 N2 +4 H2 +6 K2CO3 + 4 KCN+7C

وقد وجد من جدول الحجوم النوعية لكل من البقايا الصلبة

. 0427 لترا من KCN , 0.060 لترا من K2CO3, 0.0054 لترا من C



ثم نسجل وزن 16 جزئيا من بيكرات البوتاسيوم.

16 Pm = 16X 267 = 4272

وحجم الغازات المنطلقة من 16 جزئيا من البيكرات في الشرطين النظامين.

لترا Vom = (21 + 52+6+22+4)X22.4 = 2352

ونحسب حجم الغازات الناتجة من 1 كجم من المتفجر



ونحسب a`

a` =[(6X0.06+4X0.427+7X0.0054)X1000] / 16Pm

=(0.568X1000) / 4272

=0.133 لترا



ولنحسب قيمة a من العلاقة رقم (3)

لترا a = 0.001 X 550 + 0.133 = 0.683

تفيد هذه الطريقة في حساب الحجم المرافق في الحسابات الأولية عند ما يكون الضغط الأعظم محصورا بين 4000 - 1500كجم/سم

ولابد من تحديد قيم a,F تجريبيا بكثافة شحنة هي الكثافة التي سيستعمل فيها المتفجر.

القيمة العظمى للضغط في الانفجارات:
الكثافة الحدية النظرية للشحنة: حسب علاقة نوبل وآبل

وتؤكد التجربة ان الضغط يزداد بازدياد كثافة الشحنة وخاصة عندما ينعدم المخرج سيؤول الضغط إلى م ا لا نهاية وعندها تكون:

1 - aD = 0

أي:

1 = a D

أو:

D = 1 / a

لكن:

D = W / V



وإذا كانت كتلة الشحنة تساوي الوحدة أي:

(w =1)

تكون :

( V =a )

وهذا يعني ان ضغط الانفجار سيكون متناهيا في الكبر عندما يكون المتفجر محصورا في وعاء سعته تساوي سعة الحجم المرافق. ومن المعلوم ان الضغط له حد وإذا كانت كثافة الشحنة كبيرة بحيث يستحيل معها التحول الغازي فان المتفجر لا يدوي مهما كانت الإثارة الخارجية (قوة الصاعق والمنشط) عنيفة.

ان القيم العظمى للكثافة (D)

التي يمكن الحصول عليها عمليا عندما يدوي المتفجر في حجمه نفسه ولما كانت (a)

تتناسب طرديا مع W ) ) فان الضغط يزداد بازدياد الكثافة d

المتفجر وهذا هو السبب في وضع الشحنات الانفجارية في قوالب حديدية بواسطة الضغط الشديد وبذلك يحصل لنا قيم عالية للضغط اكبر مما لو كانت الشحنات مسحوقة أو منصهرة وهذا مما يزيد الانفجار.

ولابد من معرفة الحقيقة الآتية وهي ان التحول الغازي يزداد صعوبة كلما ازداد الوزن النوعي وهذا يعني ان حساسية المتفجر تنقص بازديا د الكثافة وهكذا نجد ان TNT المطحون ينفجر بمحرض عادي (كثافته 1.54جم / سم3) لكن إذا ضغط حتى تكون كثافته 1.69جم/سم3 فأنها تحتاج عندئذ إلى منشط أو واسطة مؤلفة من المادة نفسها مسحوقة أو مصهورة وإذا ما زادت الكثافة اكبر من ذلك حتى انتشار الموجة الانفجارية مستحيلا أي يصبح حجم الحبة اخفض من الحجم الحرج الذي يكون معه التحول الغازي ممكنا ولا يمكن في هذه الحالة تقوم العلمية الانفجارية في داخل الحبة بل تصبح العملية سطحية ويتحول التفكك إلى اشتعال وميض.

ولنضرب مثلا على ذلك ان النتروسليوز الناتج من القطن يمكن ان يدوي في حالته الطبيعية لكنه يمتنع عن ذلك عند تحويله إلى هلام غروي بعجنه مع الأسيتون أو خليط من الايثير الأثرى والكحول الايثيلي ان السبب في ذلك هو ازدياد d

الكثافة ومن هنا أيضا لابد من تحويل المتفجرات المخربة إلى بودرة حتى نضمن تفجيرها.

الكثافة الحدية العملية للشحنة:
لما كانت القوة (وهي الغرض من استعمال المتفجرات) تابعة لسرعة الدوي فان خير ما يطلب منها يتم بالحصول على شحنات ذات فراغ مملوء ووزن نوعي تكون معه سرعة الدوي اعظمية وهذا ما يسمى بالكثافة الحدية العملية للشحنة. وهذه هي بعض التجارب ونتائجها للحصول على اكبر سرعة للدوي المنفجر.

جدول (1)

المتفجر
كثافة
سرعة م/ث

TNT
1.69
7000

ثلاثي نترو الكريزول
1.62
6850

التترايل
.631
7210

النتريتا
1.71
8600

حمض البكريك
1.75
7650

فبهذا الوزن النوعي والفراغ المملوء (الذي يجعل D اعظمية) يجب شحن حفر الألغام للحصول على احسن التأثيرات.


الشذوذ الانفجاري:
عندما تكون كثافة الشحنة ذات قيمة عظمى تمتنع فيها المتفجرات عن الدوي ذلك حسب معادلة نوبل وآيل حيث:

أي:

V -a W = 0

أو :

V =aW



ولما كانت:
وبالتعويض ينتج أن:


لكن قبل الوصول إلى هذه الأوزان الذرية المرتفعة جدا يلاحظ شذوذ بعض المتفجرات التي تنفجر في شحن مساوية للحد النظري أو أعلى منه مثل الفلمنات ونيترات الامونيوم والنيتروجلسرين حيث :

المتفجر
الوزن النوعي
D كثافة الشحنة

الفلمنات
4.16
3.18 < BR>
نيترات الامونيوم
1.71
1.4

نيتروجلسرين
1.6
1.4




إذ يتم الحصول بهذه الأوزان النوعية وكثافات الشحنة على اشتعالات داوية على عكس ما هو منتظر وتكون الضغوط المقاسة اقل مما يتم الحصول عليه بكثافات شحنة أخرى اكثر انخفاضا ويفسر هذا الشذوذ بكل بساطة آن تفكك المتفجر غير تام إذا لا يشتعل منه مدويا سوى كسر (س) من الشحنة (W) تكون معه الكثافة الحقيقة للشحنة التي يدوي فيها المتفجر اقل من السابق والله اعلم.

استطاعة (قوة) المتفجرات
سرعة الاشتعال الوميضي تتوقف على التركيز أي على ضغط الغازات ولما كان الضغط متحولا ومتزايدا فان السرعة:

V = F (P)

وتسمى السرعة التي يتم فيها الاشتعال الوميض للبارود في الضغط الجوي باسم السرعة النوعية لذلك السرعة في لحظة ما هي:

V = K. p



حيث (K ) هي السرعة النوعية و P)) الضغط في اللحظة المعتبرة وغالبا ما يستعمل تعبير السرعة الوسطي للاشتعال الوميضي Vm) ) للتعبير عن السرعة التي يشتعل فيها المتفجر اشتعالا وميضيا في الضغط الوسطي Pm) ) أي في ضغط ثابت يطابق في كمونه أو ساحة عمله كمون المتفجر أو ساحة عمله.

أي :

Vm = K.Pm

مثال لحساب السرعة الوسطى لانفجار النيتروسليولوز العادي



حيث:

K =Pm 50.0000099 كغم 200000 =

وبالتعويض ينتج:

200000 x 0.0000099 = Vm

1.98 =

=0.198 دسم/ث

أي ان سرعة تقريبا 200 م/ث .

لكن عند مقارنة سرعة الاشتعال الوميضي بسرعة الاشتعال المدوي يكون الفارق كبيرا حيث تنحصر سرعة الاشتعالات المدوية للمتفجرات بين 3000 إلى 8000 م/ث أي أن هذه أكبر من الأولى بحوالي 10000 مرة وفارق أخر هو ان سرعة الاشتعالات الوميضية تابعة للضغط بينما الاشتعال الداوي مستقل عن ذلك بل هو تابع لهذا القانون:


حيث (d) هي أس الحجم في معادلة الغازات
وهو عدد يتغير من متفجر إلى آخر وهو لا يساوى 1.4 بالضبط بل يساوي عددا اصغر بصورة عامة ويتغير حسب شروط الشحنة أما قيمة (E )(مرونة نواتج الاشتعال الداوي الغازية) فهي العلامة بين ازدياد الضغط وتقلص الحجم بإشارة سالبة لان هذين المقدارين في اتجاهين متعاكسين فعندما نرمز( dp ) لازدياد الضغط تصبح المرونة من اجل الحجم V) ) تساوي:



لكن:



وكذلك:

لوحدة الحجم

لذلك فان


وبالتعويض في(E) فان :


إذن:


وبالتعويض في علاقة السرعة:

وهذا العلامة ليست لها فائدة كبيرة لأنه حتى تعرف سرعة دوي متفجر لابد من معرفة a الموافقة للضغط الحقيقي ومعرفة (d)

الملائمة للعملية التي تحدث الاشتعال الداوي وهي تعطي قيما منخفضة جدا لذلك تضرب في 2.

كمون المتفجرات واستطاعتها
تعريف الكمون:

W = Qkv x 425

= 0.425 x Qk طونمترا

وهكذا يساوي كمون متفجر فافير بالطونمتر

W = 0.425 x 977 = 515

وهكذا فان الكمون خاصية من خصائص الانطلاق أما الضغط فهو خاصية تتوقف عليها قدرة المتفجر على الاجتثاث فهو يلائم الاستعمالات الصناعية في المناجم والمقالع ففي هذه الحالة تستعمل متفجرات ذات ضغط كبير وكمون صغير يقوم على تجزئة الكتل الكبيرة من الصخور دون أن يحركها تقريبا. أما في الأغراض الحربية فتستعمل متفجرات ذات كمونات كبيرة تحمل شظايا القذائف إلى أماكن بعيدة.


أما زمن الانفجار De) ) فهو الزمن الذي يستغرقه المتفجر في الانطفاء عندما يدوي بالسرعة V المحسوبة سابقا وهو يساوي المسافة مقسومة على السرعة وقد اصط لح من اجل مقارنة قدرة المتفجرات المختلفة على حساب (De) لمفرقعة كروية وزنها 1كجم ويبدآ الدوي من مركزها ولنرمز بـ (r) لنصف قطر تلك المفرقعة وبـ V لسرعة دويها كان:



ولحساب r نرجع للعلاقة التي تربط بين حجم تلك الكرة والوزن النوعي والوزن

(1)



لكن :



من (1) وبالتعويض


وبالتعويض عن قيم r في العلاقة السابقة


ولابد أن نفهم أن المتفجرات تستعمل بصورة عامة من اجل الاستطاعة الحرة اكثر من استعمالها من اجل الكمون إذ يدخل في مفهوم الاستطاعة الحرة مفهوم الفعالية (القدرة على الاجتثاث).

وهكذا فان بتفجر فافير له كمون جيد غير أنه بطيء والمتفجرات البادئة أيضا بطيئة وضعيفة لكنها ذات كمون واستطاعة جيدة ومفهوم الاستطاعة في البيروستاتيكا هو نفسه مفهوم الاستطاعة في الميكانيكا أي أنها تساوي الطاقة لكل وحدة زمن.


طونمتراً/ث



ومن هذا القانون تعرف أن الاستطاعة تتناسب طردا مع الجذر التكعيبي للوزن النوعي ولهذه الخاصية أهمية كبيرة خاصة في المواد البادئة التي كثافتها كبيرة فهي ذات استطاعة كبيرة ويمكن تطبيق ذلك على فلمنات الزئبق مثلا أو أزيد الرصاص


حيث يتم حسابها بالتعويض في القانون وبالنسبة لصمغ الديناميت فهي

طونمتر/ث

القدرة على التدمير:
يمكن تطبيق العلاقة الآتية:


للحصول على عدد كبير يمثل كفاءة المتفجر على التجزئة (التدمير) الخاصة الثالثة وهكذا بالنسبة لصمغ الديناميت أيضا تساوي


أي أن قدرة صمغ الديناميت على التدمير تساوي 89%

فهو عندما ينفجر في 400 غم من رمل منخول قطر ثقبه 8. ملجم فانه يمرر بعد الانفجار %89 من الرمل المذكور من المنخل قطرة 5مجم والذي لم يكن يمرر منه شئ قبل الانفجار.




***


[♥][Engineering (227) Station][♥] غزة عنوان وحدة ، لم تعرفه البشرية - مبادىء اولية في علم المتفجرات .... - l||l° مجلة فريق ( الـهندسة العــسكرية ) Military Engineering العدد 16] الملحق (1) لكم منا هدايا
العلوم الهندسية|الأرشيف|الرئيسية


-----




****


--





palmoon tool bar
privacy policy