Гремучий газ формула химическая: ГРЕМУЧИЙ ГАЗ • Большая российская энциклопедия

Водород технический по ТУ 6-20-00209585-26-97

измерительные приборы, аналитическая аппаратура, лабораторное оборудование, расходные материалы

Данное оборудование указано в следующих разделах каталога:

• Чистые газы, технические газы

Водород — бесцветный горючий газ без запаха. Водород получают электролитическим разложением воды и очищают криоадсорбционным методом. Водород применяют в химической, нефтехимической, металлургической, фармацевтической, электронной и других отраслях промышленности. Водород физиологически инертен, при высоких концентрациях вызывает удушье. Наркотическое действие проявляется при высоком давлении. С воздухом и кислородом образует взрывоопасную смесь, смесь с кислородом (2:1) гремучий газ.

Технические характеристики

Техническое наименование	Водород технический газообразный
Химическая формула	Н2
Номер по списку OOН	1048
Класс опасности при перевозках	2,3

Физические свойства	Физическое состояние при нормальных условиях	газ
	Плотность при нормальных условиях (101,3 кПа, 20 °C), кг/м³	0,0837
	Температура кипения при 101,3 кПа, °С	-252,8
	Температура тройной точки, °С и равновесное ей давление (мПА)	-1259,1 (0,0072)
	Растворимость в воде	незначительная
	Пожаро- и взрывоопасность	пожаро-взрывоопасен
Стабильность и химическая активность	Стабильность	стабилен
	Реакционная способность	Активно вступает в реакцию с кислородом и другими окислителями при малой энергии активации
Температура воспламенения, °С	с воздухом	580. ..590
	с кислородом	580…590
Пределы воспламенения, объемные доли, % газа	с воздухом	4…74,2
	с кислородом	4.65…93.9
Опасность для человека	ПДК, мг/м³
	Токсическое воздействие	не токсичен
	Экологическая опасность	Вредного влияния на окружающую среду не оказывает. В замкнутых объемах создает взрывоопасные смеси.
	Средства пожаротушения	применимы любые средства пожаротушения

Требования к составу

Давление при 20 °С, кгс/см²	150
Водород, % об., не менее	99,98
Азот, % об., не более	0,01
Содержание водяных паров при нормальных условиях, г/м³, не более	0,050
Содержание кислорода+аргона, % об. , не более	0,01

Особо чистый водород поставляют в блоках баллонов, изготовленных по конструкторской документации Гипрокислорода и стальных (ГОСТ 949-73) баллонах средней емкости (до 50 дм³). Баллоны должны быть окрашены в темно-зеленый цвет. Вентили латунные (ВВ-88 и аналогичные) с левой резьбой.

Почтовый адрес: 190013, Санкт-Петербург, а/я 120
Офис: Клинский проспект, д. 25
Телефон: +7 (812) 336-90-86 (многоканальный)
Транспортный отдел: +7 (931) 535-80-69
Факс: +7 (812) 336-90-86

Водород

Водород
Атомный номер	1
Внешний вид простого вещества	газ без цвета, вкуса и запаха
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	1,00794 а. е.м. (г/моль)
Радиус атома	79 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	1311,3 кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	1s1
Химические свойства
Ковалентный радиус	32 пм
Радиус иона	54 (−1 e) пм
Электроотрицательность (по Полингу)	2,20
Электродный потенциал
Степени окисления	1, −1
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность вещества	0,0000899 (при 273K (0 °C)) г/см³
Молярная теплоёмкость	14,235 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	0,1815 Вт/(м·K)
Температура плавления	14,01K
Теплота плавления	0,117 кДж/моль
Температура кипения	20,28K
Теплота испарения	0,904 кДж/моль
Молярный объём	14,1 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a=3,780 c=6,167 Å
Отношение c/a	1,631
Температура Дебая	110 K

H	1
1,00794
1s1
Водород

Водород является первым элементом периодической системы элементов. Широко распространён в природе. Катион (и ядро) самого распространённого изотопа водорода ¹H— протон. Свойства ядра ¹H позволяют широко использовать ЯМР-спектроскопию в анализе органических веществ.

Трое из пяти изотопов водорода имеют собственные названия: ¹H— протий (Н), ²H— дейтерий (D) и ³H— тритий (радиоактивен) (T).

Простое вещество водород— H₂— лёгкий бесцветный газ. В смеси с воздухом или кислородом горюч и взрывоопасен. Нетоксичен. Растворим в этаноле и ряде металлов: железе, никеле, палладии, платине.

История водорода

Выделение горючего газа при взаимодействии кислот и металлов наблюдали в XVI и XVII веках на заре становления химии как науки. Прямо указывал на выделение его и М. В. Ломоносов, но уже определённо сознавая, что это не флогистон. Английский физик и химик Г. Кавендиш в 1766 году исследовал этот газ и назвал его «горючим воздухом». При сжигании «горючий воздух» давал воду, но приверженность Кавендиша теории флогистона помешала ему сделать правильные выводы.

Французский химик А. Лавуазье совместно с инженером Ж. Менье, используя специальные газометры, в 1783г. осуществил синтез воды, а затем и её анализ, разложив водяной пар раскалённым железом. Таким образом он установил, что «горючий воздух» входит в состав воды и может быть из неё получен.

Происхождение названия водород

Лавуазье дал водороду название hydrogène (отὕδωρ— «вода» и γενναω— «рождаю»)— «рождающий воду». Русское наименование «водород» предложил химик М.Ф.Соловьев в 1824 году— по аналогии с ломоносовским «кислородом».

Распространённость водорода

Во Вселенной

Водород — самый распространённый элемент во Вселенной. На его долю приходится около 92% всех атомов (8% составляют атомы гелия, доля всех остальных вместе взятых элементов — менее 0,1%). Таким образом, водород — основная составная часть звёзд и межзвёздного газа. В условиях звёздных температур (например, температура поверхности Солнца ~6000 °C) водород существует в виде плазмы, в межзвёздном пространстве этот элемент существует в виде отдельных молекул, атомов и ионов и может образовывать молекулярные облака, значительно различающиеся по размерам, плотности и температуре.

Земная кора и живые организмы

Массовая доля водорода в земной коре составляет 1%— это десятый по распространённости элемент. Однако его роль в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых среди остальных элементов составляет 17% (второе место после кислорода, доля атомов которого равна ~52%). Поэтому значение водорода в химических процессах, происходящих на Земле, почти так же велико, как и кислорода. В отличие от кислорода, существующего на Земле и в связанном, и в свободном состояниях, практически весь водород на Земле находится в виде соединений; лишь в очень незначительном количестве водород в виде простого вещества содержится в атмосфере (0,00005% по объёму).

Водород входит в состав практически всех органических веществ и присутствует во всех живых клетках. В живых клетках по числу атомов на водород приходится почти 50%.

Получение Водорода

Промышленные способы получения простых веществ зависят от того, в каком виде соответствующий элемент находится в природе, то есть что может быть сырьём для его получения. Так, кислород, имеющийся в свободном состоянии, получают физическим способом— выделением из жидкого воздуха. Водород же практически весь находится в виде соединений, поэтому для его получения применяют химические методы. В частности, могут быть использованы реакции разложения. Одним из способов получения водорода служит реакция разложения воды электрическим током.

Основной промышленный способ получения водорода— реакция с водой метана, который входит в состав природного газа. Она проводится при высокой температуре (легко убедиться, что при пропускании метана даже через кипящую воду никакой реакции не происходит):

СН₄ +2Н₂O =CO₂↑ +4Н₂ −165 кДж

В лаборатории для получения простых веществ используют не обязательно природное сырьё, а выбирают те исходные вещества, из которых легче выделить необходимое вещество. Например, в лаборатории кислород не получают из воздуха. Это же относится и к получению водорода. Один из лабораторных способов получения водорода, который иногда применяется и в промышленности,— разложение воды электротоком.

Обычно в лаборатории водород получают взаимодействием цинка с соляной кислотой.

Получение водорода в промышленности

1.Электролиз водных растворов солей:
2NaCl +2H₂O → H₂↑ +2NaOH +Cl₂

2.Пропускание паров воды над раскаленным коксом при температуре около 1000°C:
H₂O +C ⇄ H₂↑ +CO↑

3.Из природного газа.

Конверсия с водяным паром:
CH₄ +H₂O ⇄ CO↑ +3H₂↑ (1000°C)
Каталитическое окисление кислородом:
2CH₄ +O₂ ⇄ 2CO↑ +4H₂↑

4. Крекинг и риформинг углеводородов в процессе переработки нефти.

Получение водорода в лаборатории

1.Действие разбавленных кислот на металлы. Для проведения такой реакции чаще всего используют цинк и разбавленную соляную кислоту:
Zn +2HCl → ZnCl₂ +H₂↑

2. Взаимодействие кальция с водой:|
Ca +2H₂O → Ca(OH)₂ +H₂↑

3.Гидролиз гидридов:
NaH +H₂O → NaOH +H₂↑

4.Действие щелочей на цинк или алюминий:
2Al +2NaOH +6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] +3H₂↑
Zn +2KOH +2H₂O → K₂[Zn(OH)₄] +H₂↑

5.С помощью электролиза. При электролизе водных растворов щелочей или кислот на катоде происходит выделение водорода, например:
2H₃O⁺ +2e^— → H₂↑ +2H₂O

Дополнительная информация про Водород

Биореактор для производства водорода

Физические свойства Водорода

Спектр излучения водорода

Эмиссионный спектр водорода

Равновесная мольная концентрация пара-водорода

Разделить модификации водорода можно адсорбцией на активном угле при температуре жидкого азота. При очень низких температурах равновесие между ортоводородом и параводородом почти нацело сдвинуто в сторону последнего. При 80 К соотношение форм приблизительно 1:1. Десорбированный параводород при нагревании превращается в ортоводород вплоть до образования равновесной при комнатной температуре смеси (орто-пара: 75:25). Без катализатора превращение происходит медленно (в условиях межзвездной среды— с характерными временами вплоть до космологических), что даёт возможность изучить свойства отдельных модификаций.

Водород — самый лёгкий газ, он легче воздуха в 14,5 раз. Очевидно, что чем меньше масса молекул, тем выше их скорость при одной и той же температуре. Как самые лёгкие, молекулы водорода движутся быстрее молекул любого другого газа и тем самым быстрее могут передавать теплоту от одного тела к другому. Отсюда следует, что водород обладает самой высокой теплопроводностью среди газообразных веществ. Его теплопроводность примерно в семь раз выше теплопроводности воздуха.

Молекула водорода двухатомна — Н₂. При нормальных условиях — это газ без цвета, запаха и вкуса. Плотность 0,08987 г/л (н.у.), температура кипения −252,76 °C, удельная теплота сгорания 120.9·10⁶ Дж/кг, малорастворим в воде — 18,8 мл/л. Водород хорошо растворим во многих металлах (Ni, Pt, Pd и др.), особенно в палладии (850 объёмов на 1объём Pd). С растворимостью водорода в металлах связана его способность диффундировать через них; диффузия через углеродистый сплав (например, сталь) иногда сопровождается разрушением сплава вследствие взаимодействия водорода с углеродом (так называемая декарбонизация). Практически не растворим в серебре.

Фазовая диаграмма водорода

Жидкий водород существует в очень узком интервале температур от −252,76 до −259,2 °C. Это бесцветная жидкость, очень лёгкая (плотность при −253 °C 0,0708 г/см₃) и текучая (вязкость при −253 °C 13,8 спуаз). Критические параметры водорода очень низкие: температура −240,2 °C и давление 12,8 атм. Этим объясняются трудности при ожижении водорода. В жидком состоянии равновесный водород состоит из 99,79% пара-Н₂, 0,21% орто-Н₂.

---

Твердый водород, температура плавления −259,2 °C, плотность 0,0807 г/см₃ (при −262 °C) — снегоподобная масса, кристаллы гексогональной сингонии, пространственная группа P6/mmc, параметры ячейки a=3,75 c=6,12. При высоком давлении водород переходит в металлическое состояние.

Изотопы

Давление пара для различных изотопов водорода

Водород встречается в виде трёх изотопов, которые имеют индивидуальные названия: ¹H— протий (Н), ²Н— дейтерий (D), ³Н— тритий (радиоактивный) (T).

Протий и дейтерий являются стабильными изотопами с массовыми числами 1и 2. Содержание их в природе соответственно составляет 99,9885±0,0070% и 0,0115 ± 0,0070%. Это соотношение может незначительно меняться в зависимости от источника и способа получения водорода.

Изотоп водорода ³Н (тритий) нестабилен. Его период полураспада составляет 12,32 лет. Тритий содержится в природе в очень малых количествах.

В литературе также приводятся данные об изотопах водорода с массовыми числами 4— 7и периодами полураспада 10⁻²²— 10⁻²³ с.

Природный водород состоит из молекул H₂ и HD (дейтероводород) в соотношении 3200:1. Содержание чистого дейтерийного водорода D₂ ещё меньше. Отношение концентраций HD и D₂, примерно, 6400:1.

Из всех изотопов химических элементов физические и химические свойства изотопов водорода отличаются друг от друга наиболее сильно. Это связано с наибольшим относительным изменением масс атомов.

	Температура плавления, K	Температура кипения, K	Тройная точка, K /kPa	Критическая точка, K /kPa	Плотность жидкий /газ, кг/м³
H2	13. 95	20,39	13,96 /7,3	32,98 /1,31	70,811 /1,316
HD	16,60	22,13	16,60 /12,8	35,91 /1,48	114,80 /1,802
HT		22,92	17,63 /17,7	37,13 /1,57	158,62 /2,310
D2	18,62	23,67	18,73 /17,1	38,35 /1,67	162,50 /2,230
DT		24.38	19,71 /19,4	39,42 /1,77	211,54 /2,694
T2		25,04	20,62 /21,6	40,44 /1,85	260,17 /3,136

Дейтерий и тритий также имеют орто- и пара- модификации: p-D₂, o-D₂, p-T₂, o-T₂. Гетероизотопный водород (HD, HT, DT) не имеют орто- и пара- модификаций.

Химические свойства

Доля диссоциировавших молекул водорода

Молекулы водорода Н₂ довольно прочны, и для того, чтобы водород мог вступить в реакцию, должна быть затрачена большая энергия:

Н₂ =2Н − 432 кДж

Поэтому при обычных температурах водород реагирует только с очень активными металлами, например с кальцием, образуя гидрид кальция:

Ca +Н₂ =СаН₂

и с единственным неметаллом— фтором, образуя фтороводород:

F₂ +H₂ =2HF

С большинством же металлов и неметаллов водород реагирует при повышенной температуре или при другом воздействии, например при освещении:

О₂ +2Н₂ =2Н₂О

Он может «отнимать» кислород от некоторых оксидов, например:

CuO +Н₂ =Cu +Н₂O

Записанное уравнение отражает восстановительные свойства водорода.

N₂ +3H₂ → 2NH₃

С галогенами образует галогеноводороды:

F₂ +H₂ → 2HF, реакция протекает со взрывом в темноте и при любой температуре,

Cl₂ +H₂ → 2HCl, реакция протекает со взрывом, только на свету.

С сажей взаимодействует при сильном нагревании:

C +2H₂ → CH₄

Взаимодействие со щелочными и щёлочноземельными металлами

При взаимодействии с активными металлами водород образует гидриды:

2Na +H₂ → 2NaH

Ca +H₂ → CaH₂

Mg +H₂ → MgH₂

Гидриды— солеобразные, твёрдые вещества, легко гидролизуются:

CaH₂ +2H₂O → Ca(OH)₂ +2H₂↑

Взаимодействие с оксидами металлов (как правило, d-элементов)

Оксиды восстанавливаются до металлов:

CuO +H₂ → Cu +H₂O

Fe₂O₃ +3H₂ → 2Fe +3H₂O

WO₃ +3H₂ → W+3H₂O

Гидрирование органических соединений

Молекулярный водород широко применяется в органическом синтезе для восстановления органических соединений. Эти процессы навзывают реакциями гидрирования. Эти реакции проводят в присутствии катализатора при повышенных давлении и температуре. Катализатор может быть как гомогенным (напр. Катализатор Уилкинсона), так и гетерогенным (напр. никель Ренея, палладий на угле).

Так, в частности, при каталитическом гидрировании ненасыщенных соединений, таких как алкены и алкины, образуются насыщенные соединения — алканы.

Геохимия водорода

На Земле содержание водорода понижено по сравнению с Солнцем, гигантскими планетами и первичными метеоритами, из чего следует, что во время образования Земля была значительно дегазирована и водород вместе с другими летучими элементами покинул планету во время аккреции или вскоре после неё.

Свободный водород H₂ относительно редко встречается в земных газах, но в виде воды он принимает исключительно важное участие в геохимических процессах.

В состав минералов водород может входить в виде иона аммония, гидроксил-иона и кристаллической воды.

В атмосфере водород непрерывно образуется в результате разложения воды солнечным излучением. Имея малую массу, молекулы водорода обладают высокой скоростью диффузионного движения (она близка ко второй космической скорости) и, попадая в верхние слои атмосферы, могут улететь в космическое пространство.

Особенности обращения

Водород при смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь— так называемый гремучий газ. Наибольшую взрывоопасность этот газ имеет при объёмном отношении водорода и кислорода 2:1, или водорода и воздуха приближённо 2:5, так как в воздухе кислорода содержится примерно 21%. Также водород пожароопасен. Жидкий водород при попадании на кожу может вызвать сильное обморожение. Взрывоопасные концентрации водорода с кислородом возникают от 4% до 96% объёмных. При смеси с воздухом от 4% до 75(74)% объёмных.

Применение водорода

Атомарный водород используется для атомно-водородной сварки.

Химическая промышленность

При производстве аммиака, метанола, мыла и пластмасс

Пищевая промышленность

При производстве маргарина из жидких растительных масел.
Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E949 (упаковочный газ)

Авиационная промышленность

Водород очень лёгок и в воздухе всегда поднимается вверх. Когда-то дирижабли и воздушные шары наполняли водородом. Но в 30-х гг. XXв. произошло несколько катастроф, когда дирижабли взрывались и сгорали. В наше время дирижабли наполняют гелием.

Топливо

Водород используют в качестве ракетного топлива. Ведутся исследования по применению водорода как топлива для легковых и грузовых автомобилей. Водородные двигатели не загрязняют окружающей среды и выделяют только водяной пар.

В водородно-кислородных топливных элементах используется водород для непосредственного преобразования энергии химической реакции в электрическую.

Водород, Hydrogenium, Н (1)
Как горючий (воспламеняемый) воздух водород известен довольно давно. Его получали действием кислот на металлы, наблюдали горение и взрывы гремучего газа Парацельс, Бойль, Лемери и другие ученые XVI— XVIII вв. С распространением теории флогистона некоторые химики пытались получить водород в качестве «свободного флогистона». В диссертации Ломоносова «О металлическом блеске» описано получение водорода действием «кислотных спиртов» (например, «соляного спирта», т. е. соляной кислоты) на железо и другие металлы; русский ученый первым (1745) выдвинул гипотезу, о том что водород («горючий пар»— vapor inflammabilis) представляет собой флогистон. Кавендиш, подробно исследовавший свойства водорода, выдвинул подобную же гипотезу в 1766 г. Он называл водород «воспламеняемым воздухом», полученным из «металлов» (Inflammable air from metals), и полагал, как и все флогистики, что при растворении в кислотах металл теряет свой флогистон. Лавуазье, занимавшийся в 1779 г. исследованием состава воды путем ее синтеза и разложения, назвал водород Hydrogine (гидроген), или Hydrogene (гидрожен), от греч. гидор— вода и гайноме— произвожу, рождаю.

Номенклатурная комиссия 1787 г. приняла словопроизводство Hydrogene от геннао, рождаю. В «Таблице простых тел» Лавуазье водород (Hydrogene) упомянут в числе пяти (свет, теплота, кислород, азот, водород) «простых тел, относящихся ко всем трем царствам природы и которые следует рассматривать как элементы тел»; в качестве старых синонимов названия Hydrogene Лавуазье называет горючий газ (Gaz inflammable), основание горючего газа. В русской химической литературе конца XVIII и начала XIX в. встречаются два рода названий водорода: флогистические (горючий газ, горючий воздух, воспламенительный воздух, загораемый воздух) и антифлогистические (водотвор, водотворное существо, водотворный гас, водородный гас, водород). Обе группы слов представляют собой переводы французских названий водорода.

Изотопы водорода были открыты в 30-x годах текущего столетия и быстро приобрели большое значение в науке и технике. В конце 1931 г. Юри, Брекуэдд и Мэрфи исследовали остаток после длительного выпаривания жидкого водорода и обнаружили в нем тяжелый водород с атомным весом 2. Этот изотоп назвали дейтерием (Deuterium, D) от греч.— другой, второй. Спустя четыре года в воде, подвергнутой длительному электролизу, был обнаружен еще более тяжелый изотоп водорода 3Н, который назвали тритием (Tritium, Т), от греч.— третий.

Химические взрывчатые вещества

Химические взрывчатые вещества Введение в Военно-морское вооружение

---

Химические взрывчатые вещества

Основное назначение любой боеголовки — нанесение урона цель. Способ причинения ущерба может различаться в зависимости от типов боеголовок, но в самом общем смысле ущерб наносится передачей энергии от боеголовки к цели. энергия обычно имеет механическую природу и принимает форму ударная волна или кинетическая энергия осколков. В любом случае, необходимо высвобождать большое количество энергии. Для многих боеголовок эта энергия хранится в виде химических взрывчатых веществ.

Взрывные реакции

Есть много химических реакций, которые высвобождают энергию. Они известны как экзотермических реакций. Если реакция происходит медленно, высвобождаемая энергия будет рассеиваться и будет несколько заметных эффектов, кроме повышения температуры. С другой стороны, если реакция протекает очень быстро, то энергия не будет рассеиваться. Таким образом, большое количество энергия может быть помещена в относительно небольшой объем, а затем проявляется себя за счет быстрого расширения горячих газов, что, в свою очередь, может создать ударная волна или выброс осколков наружу на высокой скорости. Химическая взрывы можно отличить от других экзотермических реакций чрезвычайной быстротой их реакции. В добавок к бурное выделение энергии, химические взрывы должны обеспечивать означает преобразование энергии в механическую работу. Это выполнено расширением газообразных продуктов реакции. Если газов нет производится, то энергия останется в продуктах в виде теплоты.

Большинство химических взрывов связано с ограниченным набором простых реакции, все из которых включают окисление (реакция с кислородом). Относительно простой способ сбалансировать химические взрывчатые вещества. состоит в том, чтобы предположить, что следующие парциальные реакции имеют место для их максимальная степень (это означает, что один из реагентов полностью потребляется) и в порядке старшинства:

Таблица
1. Приоритеты взрывных реакций.

3 3 (GAS) (CO поступает (2)33333 3 (GAS

Priority	Reaction (to completion)
1	Metal + O Metallic Oxide (ex: ZnO or PbO)
2	C + O CO ( Газ)
3	2H + O H 2 O (GAS)
4	CO + O CO 2 (GAS) (CO происходит от реакции (2)
5	Избыток O,H и N O 2 , N 2 , & H 2 (газы)

Пример- баланс сжигания тротила: C ₇ H ₅ N ₃ O ₆ .

Нет металлов, поэтому начните с приоритета 2:
6C + 60 6CO, оставляя 1C, 5H, 3N;

Кислорода не осталось, пропустите приоритеты 3 и 4.

Наконец, газы объединяются:
3н 3/2 н ₂

5H 5/2 H ₂ , оставив 1 C не израсходованным.

Всего:
C ₇ H ₅ N ₃ O _{6 6CO + 5/2 h3} + 3/2 Н ₂ + С.

Общее количество энергии, выделившееся в результате реакции, равно называется теплотой взрыва . Его можно рассчитать по сравнение теплоты образования до и после реакции ДЭ = ДЭ _f (реагенты) — DE _f (продукты). Заезды образования для продуктов и многих обычных взрывчатых веществ (реагентов) приведены в табл. 2. Теплота взрыва определяется так, что это будет положительно для экзотермической реакции.

Таблица 2. Теплоты образования.

Наименование	Формула	MW (г/моль)	DE f (kJ/mol)
	CO	28	-111. 8
	CO 2	44	-393.5
	H 2 O	18	-240.6
Nitroglycerin	C 3 H 5 N 3 O 9	227	-333.66
RDX	C 3 H 6 N 6 O 6	222	+83.82
HMX	C 4 H 8 N 8 O 8	296	+104.77
PETN	C 5 H 8 N 4 O 12	316	-514.63
TNT	C 7 H 5 N 3 O 6	227	-54,39
TETHRA	287	+38,91

Примечания:
1) Предполагается, что CO,CO ₂ и H ₂ O _{находиться в газообразном состоянии.
2) ДЭ f для N 2 ,H 2 ,O 2 а все остальные элементы равны нулю.}

Пример: найти теплоту взрыва тротила.

Раньше: DE _f = -54,4 кДж/моль

После: DE _f = 6(-111,8) + 5/2(0) + 3/2(0) + 1(0) = -670,8 кДж/моль

ДЭ = (-54,4) + 670,8 — = 616,4 кДж/моль,

Поскольку DE > 0, реакция экзотермическая, теплота взрыва +616,4 кДж/моль.

В массовом выражении ТНТ выпускает

кДж/моль)(1000 Дж/1 кДж)(1 моль/227 г) = 2175 Дж/г.

1 кг тротила выделяет 2,175 х 10 ⁶ Дж энергии.

Поскольку большая часть энергии выделяется в результате окисления реакции количество доступного кислорода является критическим фактором. Если кислорода недостаточно для взаимодействия с имеющимся углеродом и водород, взрывчатое вещество считается дефицитным по кислороду. Обратное считается богатым кислородом. Количественная мера из этого называется кислородным балансом, определяемым как:

OB = -(100 %)MW(O)/MW(взрывчатое вещество) [ 2C + H/2 + M — O]

где:

C,H,M&O количество молей углерода, водорода, металла и кислорода в сбалансированной реакции, а MW — молекулярная масса кислорода (= 16 г/моль) или взрывчатого вещества.

Пример — найти кислородный баланс для тротила.

ОВ = -(100 %)(16/227)[2(7) + 5/2 — 6] = -72 %

Как правило, кислородный баланс должен быть близок к нулю. чтобы получить максимальное количество энергии. Другие проблемы, такие как стабильность или летучесть часто ограничивают кислородный баланс химических соединения. Тротил является примером относительно мощного взрывчатого вещества. то есть дефицит кислорода.

Некоторые взрывчатые вещества представляют собой смеси химических веществ, которые не вступают в реакцию и известны как композиты . Типичный пример — составной B-3, который состоит из смеси 64/36 гексогена (C ₃ H ₆ N ₆ O ₆ ) и ТНТ. Если записать в тех же обозначениях, это будет C _6,851 H _8,750 N _7,650 O _9,300 и будет иметь кислородный баланс, ОВ = -40,5%. АНФО, который 9Смесь 4/6 аммиачной селитры и мазута имеет -0,6% кислорода. баланс. Композитные взрывчатые вещества обычно имеют кислородный баланс. которые ближе к идеальному случаю нуля. Вот эти смеси используется для некоторых обычных композитных взрывчатых веществ:

Таблица 3. Композитные взрывчатые вещества.

А 90 МАТОЛ0002

Наименование	Состав	Формула
80/20 Ammonium nitrate/TNT	C 0.62 H 4.44 N 2.26 O 3.53
ANFO	94/6 Ammonium nitrate/#2 Diesel oil	C 0.365 H 4.713 N 2.000 O 3.000
COMP A-3	91/9 RDX/WAX	C 1. 87 H 3.74 N 2.46 O 2.46
КОМП Б-3	64/36 RDX/TNT	C 6.851 H 8.750 N 7.650 O 9.300
COMP C-4	91/5.3/2.1/1.6 RDX/Di(2 -Этхексил) себакат/полиизобутилен/моторное масло	C 1,82 H 3,54 N 2,46 O 2,51
Dynamite 9002
	70028
.

Сила взрывчатых веществ

Определяющий фактор преобразования теплоты взрыва в механическую работу — это количество продуктовых газов, доступных для расширения. В случае тротила образуется 10 молей газа. на каждый моль взрывчатого вещества. Мы можем использовать этот факт, чтобы сделать предсказания фактической взрывной силы других химических веществ. Это известно как приближение Бертло , которое утверждает что относительная взрывная сила материала (по сравнению к тротилу в пересчете на массу) может рассчитываться на основе двух факторы:

изменение внутренней энергии (DE) и

количество добытого газа. Если объединить эти факторы и положить в значениях для нашего эталона, тротила, получаем:

Относительная прочность (%) = 840 Dn DE /МВт ²

где:
Dn = количество молей газа на моль взрывчатого вещества
DE = теплота взрыва в кДж/моль
MW = молекулярная масса взрывчатого вещества в г/моль

Коэффициент 840 учитывает единицы и значения DE и Dn для тротила.

Пример: рассчитать относительную силу Berthelot для RDX

RDX: C ₃ H ₆ N ₆ O _{6 3CO + 3h3} O + 3Н ₂

MW = 222 г/моль
Dn = 9 моль

DE _f (ранее) = 83,82 кДж/моль

DE _f (после) = 3(-111,8) + 3(-240,6) = -1057,2 кДж/моль

Следовательно:
RS = 840 (9) (83,82 + 1057,2)/222 ²
RS = 175 %

Относительная взрывная сила, рассчитанная таким образом имеет ограниченное применение. Что действительно важно, так это реальная сила которую можно измерить только опытным путем. Есть множество стандартных испытаний, большинство из которых включает прямое измерение выполненной работы. Вот несколько примеров измерений для гексоген:

Испытание баллистическим минометом: 140 %
Блок-тест Трауцля: 186 %
Испытание на раздавливание песком: 136 %

, все из которых выгодно отличаются от нашего приближения Бертело.

Категории взрывчатых веществ

Взрывчатые материалы должны быть не только высокоэнергетическими, как характеризуется относительной силой, но они также должны бурно реагировать. Скорость реакции жизненно важна для сборки превращение большого количества энергии в малый объем. Реакции которые протекают медленно, позволяют рассеивать высвобождаемую энергию (это рассмотрение, связанное с взаимодействием ударной волны волна с мишенями). Взрыв создаст либо ударную волну, бросать осколки наружу наши оба. Если выделение энергии медленное, ударная волна будет постепенной и протяженной, а скорость фрагмента низкий. С другой стороны, бурная реакция будет характеризоваться очень резкой (короткой продолжительности, высокого давления) ударной волной и большие скорости осколков. Эта быстрота реакции называется brisance , или сокрушительный потенциал взрыва. Это свойство материала и степень удержания. Если взрыв сдержать на начальном этапе, он может создать большой давление и добиться того же эффекта. Быстрота реакции используется как метод классификации взрывчатых веществ.

Взрывчатые материалы, которые очень бурно реагируют (бризанты) известны как бризантные взрывчатые вещества . Они используются исключительно для их разрушительная сила. Напротив, некоторые материалы которые реагируют медленнее. Они известны как маловзрывчатые вещества . Они выделяют большое количество энергии, но за счет относительно медленная скорость реакции, энергия более полезна в качестве топлива где расширение газов используется для движения снарядов. Примером может служить порох, который, хотя и довольно энергичен, классифицируется как слабовзрывчатое вещество и используется в основном в качестве метательного взрывчатого вещества. Это правда, что заточение повысит остроту пороха. но есть большое разнообразие материалов, которые реагируют гораздо сильнее быстро и яростно, чем порох.

Инициирование взрывной реакции

Хотя реакции окисления с выделением энергии в взрывные реакции энергетически возможны, они не происходят спонтанно. Обычно есть небольшой барьер, который должен быть преодолена вводом энергии, которая запустит реакцию, который затем будет продолжаться сам по себе до завершения. Вход энергии для преодоления барьера называется инициированием (или детонацией). Иногда требуется только механическое усилие, как в случае нитроглицерина. В других ситуациях требуется тепло, например от спички или электричества. Легкость, с которой взрывчатое вещество может взорвать это чувствительность . Из соображений безопасности, взрывчатые вещества делятся на три категории: которые легко детонируют, называемые чувствительными или первичными взрывчатыми веществами ; те, для взрыва которых требуется немного больше энергии, называемые промежуточными взрывчатые вещества ; и те, которые требуют относительно больше энергии детонировать, называемые нечувствительными или вторичными взрывчатыми веществами . Термины относятся к тому, как различные материалы будут физически сконфигурирован в работающее взрывное устройство.

Таблица 4. Распространенные взрывчатые вещества и их применение.

Первичное высшее образование (детонаторы)	Промежуточный Г.Е. (бустеры)	Среднее высшее (Основные сборы)
Mercury Fulminate	Tetrytol	RDX
Свидец Azide	PETN	COMP-A, B	PETN	. 0002
Lead styphnate	Tetryl	Cyclotol
Tetracene	TNT	HBX-1,3
DDNP		H-6
		МИНОЛ 2
		Пикрат аммония

Первичные взрывчатые вещества используются для детонации всей взрывное устройство. То есть они обычно связаны с каким-то внешнее устройство, запускающее детонацию. В этом качестве, первичное взрывчатое вещество называется взрывателем. Энергия от Для взрыва используется взрывная детонация основного материала. бустер, который, в свою очередь, запускает основной заряд, который производится из вторичного (нечувствительного материала). Это сочетание небольшое количество чувствительного материала, используемого для выделения большого количества вторичного материала известен как взрывной поезд. это называется поездом, потому что события происходят последовательно. Главный заряд должен быть изготовлен из нечувствительного материала для безопасности тех, кто работает с устройством. На практике предохранитель редко храниться вместе с устройством до тех пор, пока оно не потребуется для использования. В этом образом, устройство остается относительно безопасным, так как оно сделано только состоит из вторичного (нечувствительного) материала и не может взорваться.

Рисунок 1. Фугасное взрывчатое вещество
тренироваться.

После установки предохранителя все устройство требует особого ухода. в обращении, чтобы предотвратить непреднамеренную детонацию. Зачастую устройство устроен так, что цепь взрывчатых веществ должна пройти через небольшой физический порт, соединяющий взрыватель с основным зарядом. Этот порт может быть заблокирован до тех пор, пока устройство не будет использоваться. Как например, порт может состоять из двух вращающихся пластин со смещенным центром отверстия. Когда пластины выровнены, два отверстия совпадут. и разрешить операцию. Это называется постановкой устройства на охрану. В противном случае, отверстия не будут совмещены, и устройство будет в безопасности. механизм с пластинами называется предохранительно-взрывным устройством. Существуют и другие конфигурации, но все они выполняют одно и то же функция: предотвратить непреднамеренную детонацию и разрешить детонацию при авторизации.

Взрывная реакция водорода и кислорода с использованием воздушных шаров

Краткое описание:

Шесть шаров наполняются различными газами и поджигаются. Излучаются звуки разной интенсивности, причем самый громкий звук возникает при воспламенении водородно-кислородной смеси.

Цель/задача:

Иллюстрирует свойства газов и смесей легче воздуха и дает возможность показать учащимся различные аспекты научного метода.

Пояснение к эксперименту:

При воспламенении газообразный водород взрывоопасно соединяется с газообразным кислородом в пропорциях от 4,1 до 71,5% водорода — температура воспламенения ок. 580°С. Газообразная реакция представляет собой

2 H ₂ (г) + O ₂ (г) → 2 H ₂ O (г)

В результате этой экзотермической реакции образуется 232 кДж/моль воды. Быстрое высвобождение значительного количества энергии вызывает внезапное расширение окружающего воздуха, что приводит к резкому взрыву. При воспламенении чистого водорода реакция с окружающим воздухом протекает менее быстро, звук становится менее громким и образуется значительно большее пламя. Сравнительно тихие звуки, издаваемые при воспламенении гелиевых шаров, вызваны их разрывом и выходом газа. Взрывы вызваны внезапным эффектом давления за счет воздействия тепла на образующиеся или соседние газы.

Подготовка материалов:

Шесть воздушных шаров (два красных, два желтых и два синих — цвета могут различаться) готовятся вместе с ок. Шнуры длиной 1,5–2,0 м, прикрепленные к грузам. Должны быть доступны источники гелия, водорода и кислорода. Синие воздушные шары наполняются гелием, завязываются и прикрепляются к нитям, прикрепленным к грузам — для прикрепления воздушных шаров к нитям можно использовать пластиковые крышки для воздушных шаров. Желтые шары наполнены водородом, а красные шары наполнены смесью водорода и кислорода 2:1, причем каждый шар закреплен таким же образом, как и гелиевые шары. Каждый из плавающих шаров помещается на лабораторный стол ок. 2,0 м друг от друга. Свеча именинника крепится к метровой палке или металлическому стержню. Подготавливается источник пламени — стационарную свечу в подстаканнике можно зажечь зажигалкой для барбекю, от которой можно зажечь именинную свечу на метровой палочке, или можно использовать исключительно зажигалку для барбекю — как показал опыт, стационарную свечу подготовка обеспечивает более плавный поток демонстрации. Поскольку демонстратор находится ближе всего к воздушным шарам и издает громкие звуки, настоятельно рекомендуется использовать средства защиты органов слуха.

Презентация:

Попросите аудиторию сделать замечания и прокомментировать шесть воздушных шаров. Когда зрителей спрашивают о цветах воздушных шаров, зрители обычно не говорят конкретно о том, что они видят — подчеркните тот факт, что существует определенное количество красных, желтых и синих воздушных шаров — не все воздушные шары бывают всех цветов — это важно подчеркнуть, поэтому которые знают важность хороших наблюдений в экспериментах. Попросите их прокомментировать их плавучесть — они могут добровольно сообщить, что воздушные шары наполнены гелием, основываясь на предыдущем опыте. Спросите их, является ли это единственным возможным газом, который могут содержать воздушные шары — более информированные люди могут упомянуть водород. Упомяните, что это первые два элемента в периодической таблице, и покажите это, если таблица доступна. Чтобы проверить гипотезу о том, что шарики содержат гелий, сообщите им, что водород является легковоспламеняющимся газом, а гелий — нет. С помощью зажженной свечи на измерительной линейке осторожно коснитесь пламенем синего шарика, наполненного гелием. Спросите зрителей о том, что они видели. Они скажут, что шарик лопнул и издал звук, но спросите их, есть ли что-то еще, что они должны прокомментировать. Неизменно большинство людей пренебрегают тем фактом, что пламя свечи также погасло — сообщите им, что это наблюдение подтверждает тот факт, что гелий содержался в воздушном шаре, не является горючим и что выходящий газ гасит пламя — одно из три вещи, необходимые для поддержки горения, были устранены. Повторение эксперимента также является частью научного метода — продолжайте повторять эксперимент и подкрепляйте тот факт, что их наблюдательные способности улучшились, поскольку теперь они знают, что искать. Перейдите к желтым воздушным шарам, сообщите зрителям, что они могут захотеть защитить свои уши, поместив в них пальцы, наденьте защитные наушники и зажгите первый — многие зрители будут поражены, когда они теперь увидят пламя и услышат громче. звук. Спросите аудиторию, что они видели в тот раз — вовлечение аудитории усилит впечатления от демонстрации. Сообщите им, что желтый шар содержит водород. Водород смешивается с кислородом воздуха, образуя взрывоопасную смесь. Поскольку водород и кислород должны смешаться, прежде чем произойдет взрыв, взрыв будет относительно медленным и рассеянным. Укажите, что удаленная свеча все еще горит. Поскольку этот эксперимент привел к излучению световой энергии, а также звуковой энергии, повторите эксперимент со вторым желтым шаром с выключенным светом — после эксперимента спросите, лучше ли эксперимент проводится на свету или в темноте. Подойдите к первому красному воздушному шару и зажгите его, всегда напоминая зрителям о необходимости защитить свои уши. В результате получается более громкий звук, сопровождаемый короткой вспышкой яркого света, чего зрители могут не ожидать, но, тем не менее, наслаждаться. Снова вовлеките аудиторию в обсуждение своих наблюдений. Сообщите им, что в последнем воздушном шаре была смесь водорода и кислорода — водорода было достаточно, чтобы удержать воздушный шар на плаву — взрыв происходит быстро в компактной области, производя более громкий и короткий хлопок. Сообщите им, что то, что они видели в желтых и красных шарах, является примером неконтролируемого возгорания — попросите их дать другое слово для этого, на что они должны ответить «взрыв». Сообщите публике, что эксперимент нужно повторить с выключенным светом — сделайте это — зрители обычно довольны грандиозным финалом.

Опасности:

Газообразный водород очень легко воспламеняется и образует взрывоопасные смеси с воздухом и кислородом.