化學(xué)性爆炸的特征2004-11-2 |
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化學(xué)性爆炸物質(zhì)不論是可燃物質(zhì)與空氣的混合物還是爆炸性物質(zhì)，它們都是一種相對不穩(wěn)定體系，在外界一定強(qiáng)度和數(shù)量的能量作用下，能夠發(fā)生高速的放熱反應(yīng)，此反應(yīng)的自由焓變（ΔG ＜0）所取負(fù)值較大，所以它能作大量的有用功。這些就是化學(xué)性爆炸的熱力學(xué)本質(zhì)。 當(dāng)化學(xué)性爆炸物質(zhì)由少量能量引爆發(fā)生爆炸時(shí)，爆炸物質(zhì)瞬間化為一團(tuán)火光，形成煙霧并產(chǎn)生轟隆巨響，附近形成強(qiáng)烈的爆炸風(fēng)，建筑物或被破壞或受到強(qiáng)烈振動。 分析上述爆炸現(xiàn)象，一團(tuán)火光表明爆炸物質(zhì)的爆炸過程是放熱的，這樣使爆炸產(chǎn)物獲得高溫而發(fā)光；爆炸瞬間完成，表明爆炸過程的速度極快；僅用一種較小的能量即可將爆炸物質(zhì)引爆，表明爆炸物中所產(chǎn)生的爆炸過程是能夠自動傳播的；煙霧表明爆炸過程形成大量氣體，而氣體的迅速膨脹則是建筑物和各種設(shè)施發(fā)生破壞或震動的本質(zhì)原因。 綜上所述，爆炸性物質(zhì)爆炸過程具有如下三個特征：即反應(yīng)過程放熱，過程速度極快并能自動傳播，過程中生成大量氣體產(chǎn)物。這三個條件是任何化學(xué)反應(yīng)能成為爆炸性反應(yīng)所必須具備的，而且這三者互相關(guān)聯(lián)，缺一不可。下面對每個條件的重要性和意義進(jìn)行概略的討論。 1． 反應(yīng)過程的放熱性 這是化學(xué)反應(yīng)能否成為爆炸反應(yīng)的最重要的基礎(chǔ)條件，也是爆炸過程的能量來源，沒有這個條件，爆炸過程就根本不能發(fā)生，當(dāng)然反應(yīng)也就不能自行延續(xù)，因此也就不可能出現(xiàn)爆炸過程的自動傳播。例如： ZnC2O4→2CO2+Zn-20.5kJ （1） PbC2O4→2CO2+Pb-69.9kJ （2） HgC2O4→2CO2+Hg-72.4kJ （3） Ag2C2O4→2CO2+2Ag-123.4kJ （4） 反應(yīng)（1）、（2）草酸鋅和草酸鉛的分解是吸熱反應(yīng)，它們需要外界提供熱量反應(yīng)才能進(jìn)行，所以它們不可能對外界做功，因而不能爆炸。反應(yīng)（3）、（3）是放熱反應(yīng)，能夠發(fā)生爆炸。又如硝酸銨的分解反應(yīng)： NH4NO3低溫加熱→NH3+HNO3-170.7kJ （5） NH4NO3用雷管引爆→N2+2H2O+0.5O2+126.4kJ （6） 反應(yīng)（5）是硝酸銨用作化肥在農(nóng)田里發(fā)生的緩慢分解反應(yīng)，反應(yīng)過程吸熱，根本不能爆炸。當(dāng)硝酸銨被雷管引爆，就按反應(yīng)（5）發(fā)生放熱的分解反應(yīng)，可以用作礦山炸藥。 爆炸反應(yīng)過程所放出的熱量稱爆炸熱（或爆熱）。它是反應(yīng)的定容熱效應(yīng)，是爆炸破壞能力的標(biāo)志，是炸藥類物質(zhì)的重要危險(xiǎn)特性。一般常用炸藥的爆熱約在3700～7500kJ/kg；對于混合爆炸物來說，它們的爆熱就是燃燒熱，有機(jī)可燃物的燃燒熱在48000kJ/kg左右。 2．反應(yīng)過程的高速度 混合爆炸物質(zhì)是事先充分混合、氧化劑和還原劑充分接近的體系，許多炸藥的氧化劑和還原劑共存于一個分子內(nèi)，所以它們能夠發(fā)生快速的逐層傳遞的化學(xué)反應(yīng)，使爆炸過程能以極快的速度進(jìn)行，這是爆炸反應(yīng)同一般化學(xué)反應(yīng)的一個最突出的不同點(diǎn)。一般化學(xué)反應(yīng)也可以是放熱的，而且有許多化學(xué)反應(yīng)放出的熱量甚至比爆炸物質(zhì)爆炸時(shí)放出的熱量大得多，但它未能形成爆炸現(xiàn)象，其根本原因就在于它們的反應(yīng)速度慢。例如1kg木材的燃燒熱為16700kJ，它完全燃燒需要10min；1kJ梯恩梯炸藥爆炸熱只有4200kJ，它的爆炸反應(yīng)只需要幾十微秒；兩者所需的時(shí)間相差千萬倍。由于爆炸物質(zhì)的反應(yīng)速度極快，實(shí)際上可以近似認(rèn)為，爆炸反應(yīng)所放出的能量來不及逸出，全部聚集在爆炸物質(zhì)爆炸前所占據(jù)的體積內(nèi)，從而造成了一般化學(xué)反應(yīng)所無法達(dá)到的能量密度。正是由于這個原因，爆炸物質(zhì)爆炸才具有巨大的功率和強(qiáng)烈的破壞作用。 例如每公斤煤塊和每公斤煤氣的燃燒熱都是29000kJ，一塊1kJ的整煤完全燃燒約需10min，而1kJ煤氣和空氣混合后，只需0.2s即可燒完，屬于爆炸過程；同樣這些煤氣和空氣的混合氣，在炸藥引爆的條件下只需0.7ms就能反應(yīng)完畢。根據(jù)功率與作功時(shí)間成反比的關(guān)系，可算出它們的功率如下：1kJ發(fā)熱量為29000kJ的煤塊燃燒時(shí)發(fā)出的功率為48kW；1kJ發(fā)熱量為29000kJ的煤氣和空氣的混合氣爆炸時(shí)發(fā)出的功率為1.4×105 kW， 1kJ發(fā)熱量為29000kJ的煤氣和空氣的混合氣發(fā)生爆轟時(shí)發(fā)出的功率為4.1×107 kW。這個例子清楚地說明爆炸過程的高速度和相應(yīng)的釋放反應(yīng)熱的高速度是爆炸過程的主要特征。 3．反應(yīng)過程必須形成氣體產(chǎn)物 氣體在通常大氣條件下密度比固體和液體物質(zhì)要小得多，它具有可壓縮性，它比固體和液體有大得多的體積膨脹系數(shù)，是一種優(yōu)良的工質(zhì)。爆炸物質(zhì)在爆炸瞬間生成大量氣體產(chǎn)物，由于爆炸反應(yīng)速度極快，它們來不及擴(kuò)散膨脹，都被壓縮在爆炸物質(zhì)原來所占有的體積內(nèi)，爆炸過程在生成氣體產(chǎn)物的同時(shí)釋放出大量的熱量，這些熱量也來不及逸出，都加熱了生成的氣體產(chǎn)物，這樣就導(dǎo)致在爆炸物質(zhì)原來所占有的體積造成處于高溫高壓狀態(tài)的氣體。這種氣體作為工質(zhì)，在瞬間膨脹就可以做功，由于功率巨大，就能對周圍物體、設(shè)備、房屋造成巨大的破壞作用。例如，1L炸藥在爆炸瞬間可以產(chǎn)生1000L左右的氣體產(chǎn)物，它們被強(qiáng)烈地壓縮在原有的體積內(nèi)，再由于3000～5000℃的高溫，這樣就形成了數(shù)十萬個大氣壓的高溫高壓氣體源，它們瞬間膨脹，功率是巨大的，破壞力也是巨大的。由上述可見，爆炸過程必須有氣體產(chǎn)物生成是發(fā)生爆炸現(xiàn)象的必要條件。 爆炸過程必須生成氣態(tài)產(chǎn)物才能造成爆炸作用。這一結(jié)論也可以通過一些不生成氣體產(chǎn)物的強(qiáng)烈放熱反應(yīng)不具備爆炸作用，來說明生成氣體產(chǎn)物是產(chǎn)生爆炸作用的必要條件。例如，鋁熱劑反應(yīng)： 2Al+Fe2O3=Al2O3-2Fe+841kJ 來源：中國防爆網(wǎng) |
| 編 輯：蘭天 |