ساخت باروت و مواد منفجره ( پرتال صنعت شرق )

مقدمه

چه می‌شود اگر هدف شیطان‌اندیشی که به دنبال اعمال مخرب است، این صفحه را بخواند؟ او (یا او، برای اینکه تا حد امکان فراگیر باشد) ممکن است برخی از مخلوط های انفجاری مورد بحث در اینجا را بسازد و از آن برای آسیب رساندن به مردم استفاده کند. شاید این اطلاعات باید با دقت محافظت شود و برای کسانی که جرات افشای اسرار را دارند جریمه نقدی و مجازات زندان وجود داشته باشد. اما به نظر من افراد بد اندیش برای انجام اقدامات تخریبی به این اطلاعات نیاز ندارند. اسلحه آزادانه در دسترس است، خواربارفروشی‌ها مملو از سم هستند (در بخش‌های خودرو و مواد شیمیایی خانگی، راهروی دوم پس از کارت‌های تبریک، قفسه بالا)، و باروت در هر جایی که لوازم بارگیری مجدد می‌فروشند، در پیشخوان فروخته می‌شود. اگر نگران این گونه افراد شیطان صفت هستید، مطمئن باشید که آنها راهی برای شرارت خواهند یافت، خواه اطلاعات این صفحات آزادانه باشد یا نباشد. اگر شما چنین آدم بد فکری هستید، احتمالاً از این صفحات خسته خواهید شد، مگر اینکه در مورد شیمی کارهای مورد نظر خود کنجکاو باشید.

باروت

باروت توسط کیمیاگران چینی قرن نهم به عنوان مخلوطی از گوگرد، زغال سنگ و نمکدان اختراع شد. در قرن 10 در چین در کاربردهای نظامی استفاده شد. در قرن سیزدهم این راز به آسیای اسلامی سرایت کرد و در آنجا علیه اروپاییان مورد استفاده قرار گرفت. از آن زمان، باروت جزء اصلی نهادهای نظامی و سیاسی بوده است.

در نتیجه مواد تشکیل دهنده باروت به ویژه گوگرد و نمک از اهمیت استراتژیک برخوردار بوده است. گوگرد از ذخایر زیرزمینی استخراج می شود. نمک نمک معمولاً از ذخایر غارها استخراج می شود، جایی که از گوانو شسته می شود. در واقع، سالپیتر در طول جنگ داخلی در ویرجینیا استخراج شد و در تلاش‌های جنگ کنفدراسیون نقش اساسی داشت. با این حال، بزرگترین ذخایر نیترات در شیلی است و تا دهه اول قرن بیستم، استخراج و حمل و نقل نمک نمک شیلی (نیترات سدیم) از منافع استراتژیک برای قدرت های جهانی بود.

نمکدان

نیترات یا نیتر نام رایج نیترات پتاسیم است. Biringuccio به ما می گوید که چگونه آن را در Pirotechnia خود استخراج کنیم:

همانطور که در فصل نمکها به شما گفتم، نمک نمک مخلوطی است از بسیاری از موادی که با آتش و آب از خاکهای خشک و گیاهی استخراج می شود، از رشدی که از دیوارهای جدید تراوش می کند یا از آن خاک سست شده ای که در مقبره ها یا غارهای خالی از سکنه یافت می شود. جایی که باران نمی تواند وارد شود اعتقاد من این است که در این خاکها از رطوبت هوائی که در خشکی خاکی نوشیده و جذب می شود به وجود می آید.

Biringuccio در ادامه روندی را برای استخراج نمک نمک از این "خاک دستی"، یعنی خاکی که از کود انسانی یا حیوانی تشکیل شده است، توصیف می کند. در سطح چنین خاکی یا در غارهای خاص یک پوسته سفید روی سطح خاک وجود خواهد داشت. ویژگی مهم این خاک این است که باید حاوی مواد آلی حاوی نیتروژن باشد: عمدتاً پروتئین ها و محصول تجزیه آنها، اوره. باکتری های موجود در خاک، این ترکیبات نیتروژن را به خانواده ای از نمک های نیترات اکسید می کنند: نیترات سدیم، نیترات پتاسیم و نیترات کلسیم، بسته به مواد معدنی دیگر موجود در خاک. این ترکیبات نیتراتی از جمله محلول‌ترین ترکیبات هستند. حلالیت نیترات سدیم، کلسیم و پتاسیم در آب جوش 952، 376 و 247 گرم در 100 میلی لیتر است. یعنی آب جوش بیش از 9 برابر وزن خود نیترات سدیم را حل می کند.

فرآیند ساخت نمک نمک بسیار شبیه به فرآیند تولید پتاس است که تفاوت اصلی در ماده اولیه است. قسمت محلول خاکستر چوب بیشتر کربنات پتاسیم است و بنابراین وقتی آن را با تبلور مجدد خالص می کنیم، محصول حاصل کربنات پتاسیم خالص شده است. بخش محلول این خاک های دستی بیشتر نیترات های مخلوط هستند. دلیل این امر این است که در حالی که ضایعات حیوانی اولیه ممکن است دارای طیف گسترده ای از مواد محلول بوده باشند، همانطور که آب از خاک عبور می کند و تبخیر می شود، قسمت های محلول کمتر از محلول خارج می شود و غلظت آن بیشتر و بیشتر می شود. تنها محلول‌ترین قسمت‌ها، در این مورد نیترات‌ها، به بالای خاک می‌رسند و هنگامی که آخرین ذره رطوبت تبخیر می‌شود، به صورت پوسته‌ای سفید روی سطح رسوب می‌کنند.

بنابراین شروع تولید نمکدان اولیه جمع آوری این پوسته سفید است که تا حد امکان خاک زیرین را پشت سر بگذارد. از بین سه نیترات موجود، نیترات پتاسیم مورد نیاز ماست. برای استخراج آن، از واکنش متاتز به همان روشی که قبلاً لیمو تولید کرده‌ایم استفاده می‌کنیم:

Ca(NO3)2(aq) + K2CO3(aq) -----> CaCO3(s) + 2 KNO3(aq)

این کار تمام کلسیم را به عنوان کربنات کلسیم نامحلول حذف می کند و بیشتر نیترات پتاسیم و کمی کربنات سدیم و پتاسیم باقی می ماند که می تواند با تبلور مجدد مکرر به همان روشی که ما پتاس تولید کردیم جدا شود.

نمک نمک در ویرجینیا، به ویژه در غارهای خشک دره Shenendoah استخراج شده است. بیشتر نیترات استخراج شده امروزه از شیلی می آید و به آن "شیلی نمکدان" می گویند که عمدتا نیترات سدیم است. با این حال، امروزه بیشتر نیترات مورد استفاده در مواد منفجره و کشاورزی از نیتروژن موجود در هوا به دست می آید (به اسیدها مراجعه کنید).

گوگرد

ما چندین ترکیب گوگرد را به شکل سنگ معدن سولفید دیده ایم: گالن، اسفالریت، پیریت و کالکوپیریت. اما برای باروت به گوگرد عنصری نیاز داریم. گوگرد یکی از معدود عناصری است که در طبیعت به صورت رایگان یافت می شود، یعنی به عنوان عنصر و نه به عنوان ترکیبات آن عنصر. این ماده جامد زرد رنگ با نقطه ذوب حدود 120 درجه سانتیگراد است. در بسترها، عمدتاً در ایتالیا، تگزاس، لوئیزیانا، جاوه، ژاپن و مکزیک وجود دارد. تا اوایل قرن بیستم، 95 درصد از تولید جهانی از سیسیل بود، جایی که به روشی بسیار شبیه به زغال سنگ استخراج می شد. بسترهای گوگردی وسیع تگزاس و لوئیزیانا در زیر لایه‌هایی از شن‌های روان قرار داشتند که حذف آنها با روش‌های مرسوم غیرممکن بود. در دهه اول قرن بیستم، هرمان فراش روشی را ابداع کرد که به موجب آن این گوگرد را می‌توان شبیه به نفت حفاری کرد نه مشابه زغال سنگ. یک چاه در بستر گوگرد حفر می‌شود و بخار فوق‌گرم شده با فشار به داخل چاه فرو می‌رود. این بخار گوگرد را ذوب می کند، که یک لوله متحدالمرکز در میل چاه بالا می رود. گوگرد مذاب در بالای زمین سرد می شود و به حالت جامد باز می گردد. در سال 1919، صادرات گوگرد آمریکا از کل تولید گوگرد ایتالیا بیشتر شد.

زغال چوبی

سومین ماده تشکیل دهنده باروت زغال چوب است. همانطور که دیدیم، زغال چوب از چوب با حرارت دادن آن در یک اتمسفر کاهنده، یعنی جوی کم اکسیژن، تولید می شود. زغال چوب تقریباً کربن خالص است، اما خواص مکانیکی زغال چوب، اندازه دانه، شکل و ساختار آن تا حدودی به چوب مورد استفاده در ساخت آن بستگی دارد. بید چوب سنتی انتخابی است و پس از آن درخت انگور، فندق، سنجد، لورل و مخروط کاج قرار دارند.

با این حال، زغال چوب تنها سوختی نیست که می توانیم استفاده کنیم. هر چیزی که می سوزد می تواند به عنوان سوخت در مواد منفجره باروت مانند استفاده شود. با زغال یا شکر باروت درست می کنیم.

مواد منفجره

هنگامی که یک گاز به طور ناگهانی به اندازه کافی منبسط می شود که یک موج شوک ایجاد کند، یک انفجار داریم. به عنوان مثال، اگر می‌دانی را در یک بطری شیشه‌ای با درب بسته درست کنید، فشار دی اکسید کربن به حدی افزایش می‌یابد که شیشه دیگر نمی‌تواند آن را نگه دارد. بطری منفجر می شود و تکه های شیشه و میل را به همه جا می فرستد. این ممکن است سرگرم کننده به نظر برسد، اما اگر کسی توسط این شیشه پرنده زخمی شود، این شوخی به زودی تمام می شود.

وقتی مردم در مورد مواد منفجره صحبت می کنند، معمولاً در مورد واکنش های احتراق صحبت می کنند که در مدت کوتاهی گرما و گاز زیادی تولید می کنند. انفجار ناشی از انبساط این گاز است. بنابراین در قلب مواد منفجره شیمیایی سوختی وجود دارد که می سوزد. بیایید یک سوخت رایج را که در این دوره مهم بوده است در نظر بگیریم: زغال چوب. زغال چوب بر اساس واکنش زیر در هوا می سوزد:

C(s) + O2(g) -----> CO2(g)

این واکنش واقعاً پرانرژی است. ما دیده‌ایم که یک آتش زغال با هوای کافی چقدر داغ می‌شود. اما این یک انفجار نیست زیرا فقط سطح زغال می سوزد و باید منتظر بماند تا هوای تازه به داخل دمیده شود تا لایه بعدی زغال بسوزد. دو راه برای مقابله با این مشکل وجود دارد. ابتدا می‌توانیم زغال‌سنگ را آسیاب کرده و به صورت پودر ریز دربیاوریم تا تا حد امکان سطح آن در معرض دید قرار گیرد. ثانیاً، می‌توانیم آن را با یک ماده اکسید کننده جامد مخلوط کنیم تا زغال چوب در حال سوختن مجبور نباشد منتظر هوای تازه بماند. بسیاری از عوامل اکسید کننده را می توان استفاده کرد، اما یکی از بهترین آنها ترکیبی است که قبلاً دیده ایم: نمک نمک یا نیترات پتاسیم. نیترات پتاسیم با زغال چوب مطابق با معادله نامتعادل زیر واکنش می دهد:

KNO3(s) + C(s) + S(s) -----> N2(g) + CO2(g) + K2S(s)

برای این پروژه به معادله ردوکس متعادل نیاز دارید. اگر مقادیر را دقیقاً به نسبت درست دریافت نکنیم، نه تنها مواد خام با ارزشی مانند نمک و گوگرد را هدر خواهیم داد، بلکه این مواد اضافی گرما را از واکنش دور می کنند و بنابراین گرمای کمتری برای گرم کردن گازهای محصول در دسترس خواهد بود. که پس از آن به سرعت گسترش نخواهد یافت. نتیجه: ضربه کمتری برای دلار!

شما از اصول استوکیومتری برای پاسخ به دو سوال مهم استفاده خواهید کرد:

برای واکنش با 1.00 گرم گوگرد به چه مقدار سوخت نیاز دارم؟

برای واکنش با 1.00 گرم گوگرد به چه مقدار نمک نیاز دارم؟

در اینجا سوخت ممکن است زغال چوب یا شکر باشد. مقادیر نسبی برای این دو سوخت متفاوت خواهد بود. وقتی این مشکلات را حل کردید، فرمول باروت خود را خواهید داشت. فرض کنید می خواهیم از 1 گرم گوگرد باروت درست کنیم. چقدر زغال چوب و نمک نیاز داریم؟

اگر دقیقاً از این نسبت ها استفاده کنیم و اگر واکنش واقعاً مطابق با واکنش متعادل ما پیش رود، تمام گوگرد، نمک و زغال چوب برای تولید حداکثر مقادیر گرما و گاز مصرف می شود. به عبارت دیگر، بیشترین ضربه برای دلار! در مورد چنین مخلوط کاملی، باقیمانده بسیار کمی باقی می ماند.

اکسیدان ها

همه مواد منفجره که در مورد آنها صحبت خواهیم کرد به دو بخش نیاز دارند: یک سوخت و یک اکسید کننده. تقریباً هر چیزی که می سوزد می تواند به عنوان سوخت عمل کند: زغال چوب، الکل، نفت کوره، شکر و حتی پودرهای فلزی مانند آلومینیوم و روی. اکسیدان های کمتری برای انتخاب وجود دارد. برخی از محبوب ترین آنها نمک نمک و نیترات آمونیوم هستند که هر دو از اسید نیتریک ساخته می شوند.

از لحاظ تاریخی، نمک نمکی اکسیدان انتخابی بود، زیرا تنها اکسید کننده (به غیر از هوا) بود که مردم درباره آن می دانستند. مواد منفجره ای که از نمک نمک به عنوان اکسیدان استفاده می کنند، نسبتاً آهسته می سوزند. این بدان معناست که احتراق در چند هزارم ثانیه اتفاق می افتد. در حالی که این صدا هنوز خیلی سریع به نظر می رسد، به اندازه کافی آهسته است که اگر ظرف سوراخ یا دوشاخه شل داشته باشد، بدون از بین بردن ظرف، دوشاخه را منفجر می کند. اگر ظرف سوراخ داشته باشد، ما موشک داریم. اگر ظرف دارای دوشاخه باشد، تفنگ داریم. در هر صورت مهم است که اسلحه یا موشک از بین نرود زیرا این کار مفید بودن آن را تضعیف می کند.

بنابراین مواد منفجره مبتنی بر نمکدان در طول تاریخ به عنوان باروت و پیشران موشک استفاده می شده است. عملکرد آنها صرفاً تولید گازهای داغ برای به حرکت درآوردن یک پرتابه است. تولید موج ضربه ای لازم نیست. در واقع باید از آن اجتناب کرد تا پرتابه از بین نرود.

یکی دیگر از اکسیدان های محبوب نیترات آمونیوم است، تا حدی به این دلیل که اکسیدان بسیار خوبی است اما عمدتاً به این دلیل که اکسیدان بسیار ارزانی است. به طور کامل از نیتروژن و اکسیژن هوا و هیدروژن از آب تولید می شود. در نتیجه عملا موادی برای خرید وجود ندارد. تنها هزینه سرمایه گذاری شده در نیروگاه و برق مورد نیاز برای راه اندازی آن است.

بر خلاف مواد منفجره مبتنی بر نمک نمک، مواد منفجره مبتنی بر نیترات آمونیوم منفجر می شوند. یعنی سوخت خود را در میلیونم ثانیه مصرف می کنند تا قبل از اینکه گاز فرصت انبساط پیدا کند، کل واکنش کامل شود. در نتیجه یک موج ضربه ای ایجاد می شود که هر چیزی را در نزدیکی خود از جمله ظرف را می شکند. چنین مواد منفجره ای را نمی توان به عنوان پیشران یا باروت استفاده کرد زیرا موشک، تفنگ یا توپ را از بین می برد. استفاده اصلی از این مواد منفجره در انفجار است، چه برای معدن و چه برای ساخت و ساز.

از آنجایی که نیترات آمونیوم بسیار ارزان و آسان است (هر مکانی که کود می فروشد)، برای مصارف صنعتی جذاب است. اما همین دلایل آن را برای تروریست ها نیز جذاب می کند. شاید به خاطر داشته باشید که نیترات آمونیوم اکسیدان مورد استفاده در ماده منفجره ای بود که مرکز تجارت جهانی در نیویورک و ساختمان فدرال در اوکلاهاما سیتی را ویران کرد. ممکن است فکر کنید که ممنوع کردن کل نیترات آمونیوم چیز خوبی است، اما استفاده های خوب و مشروع زیادی برای این ماده وجود دارد که من معتقدم این یک اشتباه است.

سایر صفحات Pyro

صفحه آتش سوزی تام پریگرین (یکی از بهترین ها)

سازمان موشکی پرقدرت طرابلس

مسابقه باروت

مسابقه باروت شامل سه سوال با موضوعات زیر خواهد بود:

بدانید نمک نمک، گوگرد، و زغال چوب از کجا می آیند.

نام‌ها و فرمول‌های شیمیایی نمک، نمک شیلی، گوگرد و زغال چوب را بشناسید.

قادر به تعادل هر واکنش ردوکس با استفاده از نمک نمک به عنوان اکسیدان باشید.

قادر به استفاده از استوکیومتری برای تعیین مقدار نمک نمک، گوگرد و سوخت مورد استفاده در ساخت باروت باشد.

یک مسابقه تمرینی آنلاین انجام دهید.

منبع