История взрыва 1

Изобретение, история развития, исторические ошибки производства взрывчатых веществ

...Помимо гремучей ртути, азида свинца и тенереса, существуют и другие инициирующие вещества, но применяются они довольно редко. Поэтому не стоит засорять память экзотическими названиями и лучше перейти в другое отделение нашего арсенала и познакомиться с бризантными веществами - теми самыми, которые делают львиную долю работы. Первым дробящим веществом, широко вошедшим в промышленную практику, был уже хорошо знакомый нам динамит. Авторитет его долго был абсолютно непререкаем, и мало кто из современников подозревал, что 1867 год - дата изобретения не только динамита, но и взрывчатых составов на основе аммиачной селитры.

Аммиачная селитра известна человеку довольно давно. Одним из первых о ней упоминает Иоганн Глаубер в своей "Фармакопее" (ХVII век), благодаря чему она в течение долгого времени называлась "таинственная аммиачная Глауберова соль" (не надо путать ее с обыкновенной глауберовой солью - сернокислым натрием). Глаубер отметил, что в отличие от обычной селитры его "таинственная соль" при нагреве в тигле улетучивается без остатка. Поэтому на многие годы "саль секретум" получила название "нитрум фламманс" - "горящая селитра". В течение последующих веков аммиачная селитра была изучена весьма обстоятельно, и в наше время она производится в огромных масштабах. Собственно говоря, называть аммиачную селитру взрывчатым веществом даже как-то неудобно. Начнем с того, что она во всем мире известна как первосортное азотное удобрение, для чего и получается на сотнях заводов миллионами тонн. Этот белоснежный порошок хорошо растворим в воде, прекрасно усваивается растениями и дает внушительный прирост урожая. Каждая тонна аммиачной селитры - это семь тонн пшеницы, тридцать пять тонн свеклы, сорок тонн картофеля. При чем же тут взрывчатые вещества?

Удобрения получали и на крупнейшем химическом заводе в Оппау, в Германии. По условиям производства селитра содержала там некоторое количество сульфата аммония - тоже давно известного и широко применяемого удобрения. У аммиачной селитры есть одно неприятное свойство - она склонна впитывать влагу из воздуха, отсыревать и слеживаться в сплошную камнеобразную массу. Удобрения на поля вносятся обычно только осенью, и весь год завод работал впрок, наполняя склады целыми горами селитры. Дробить такие слежавшиеся горы кувалдами и отбойными молотками было слишком хлопотно, поэтому решили использовать для этой цели взрывы мелких зарядов. Пробные взрывы оказались настолько удачны, что новый способ быстро вытеснил кирку и лом. Двадцать тысяч взрывов прошли благополучно, но однажды, в роковой день 21 сентября 1921 года, при очередном дроблении селитры произошла одна из крупнейших катастроф в истории взрывчатых веществ: взорвался огромный склад, а вместе с ним и весь завод. Серьезно пострадал и город. Число убитых превысило пятьсот человек. На месте склада образовалось озеро глубиной двадцать и площадью сто шестьдесят пять на сто метров.

Этот печальный эксперимент доказал, что селитра сама по себе все-таки может взрываться (правда, в присутствии примесей). Но прямая связь между аммиачной селитрой и взрывчатыми веществами уже и тогда далеко не была новостью: ведь первая попытка использовать ее для получения пороха (вместо обычной селитры) была сделана еще во время Великой французской революции. Эти попытки оказались безуспешными. Порох с аммиачной селитрой не хотел взрываться и лишь медленно горел, выделяя большое количество дыма.

Энергия взрыва селитры, ее бризантность, работоспособность и прочие показатели, характеризующие взрыв, очень низки. Кислородный баланс аммиачной селитры явно положителен - она содержит кислорода много больше, чем ей это нужно для собственного окисления. Поэтому добавление к ней горючих материалов (например, сухого торфа или древесной муки) заметно усиливает ее взрывчатую мощь. К этому выводу пришли в 1867 году шведские химики Ульсон и Норрбин, взявшие на такие смеси патент. Патент купил Альфред Нобель в надежде организовать промышленное производство новых взрывчаток. Однако более пристальное изучение смесей на основе аммиачной селитры вызвало разочарование. Дело не только в том, что они были маломощны и далеко уступали динамиту. Аммиачная селитра очень инертна и не всегда взрывалась даже от хороших детонаторов. К тому же эта соль легко отсыревала, да и стоила она в те времена очень недешево. Поэтому Нобель потерял интерес к аммиачной селитре и продолжал расширять производство своего динамита. Аммиачная селитра оставалась на положении бедного родственника довольно долго, используясь от случая к случаю то тут, то там на разных шахтах. И постепенно горняки заметили одну странность: применение селитряных взрывчаток никогда не влекло за собой взрывов рудничного газа и угольной пыли. С тех пор как шахтеры начали добывать уголь, рудничный газ и угольная пыль стали их самым страшным бичом. Метан присутствует почти в каждой шахте, и горняки ждали взрыва каждую минуту. Мрачная темень угольных копей была страшнее преисподней, каждый спуск в которую мог оказаться последним. После того как английский химик Хэмфри Дэви изобрел свою знаменитую безопасную лампу, количество взрывов уменьшилось, но когда уголь стали дробить не только кайлом, но и взрывчаткой, вездесущий "гризу", как называют французские горняки рудничный газ, снова стал требовать жертв. За шестьдесят лет прошлого века на одних лишь шахтах Франции и Бельгии произошло 1200 взрывов рудничного газа! "Гризу" стал настоящей грозой для многих сотен тысяч рабочих, занятых и без того нелегким подземным трудом. Один только взрыв 1866 года на английской шахте в Йоркшире унес 360 жизней. В 1906 году вспышка нескольких динамитных патронов привела к взрыву угольной пыли на французском руднике "Курьер". Это была самая крупная катастрофа за всю историю горного дела. Взрыв охватил почти все выработки, имевшие общую протяженность свыше ста километров. Погибло 1099 человек, многие были тяжело ранены. В следующем году рекордным стал взрыв пыли в американской шахте "Мононга" в Виргинии. Из 370 шахтеров только 8 осталось в живых. Еще через год взорвался рудничный газ на одной из лучших шахт Германии - "Радбод". Жертвой взрыва стали 348 человек. Еще раз 1908 год: шахта номер четыре - бис, Юзовка - 270 убитых. 1913 год: шахта "Юниверсал", Кардифф, Англия,- 439 погибших. 1925 год: шахта "Министр Штейн", Германия,- 136 убитых, 9 оставшихся в живых...

Вот что такое рудничные взрывы. Поэтому когда от горняков стали поступать сведения о сравнительной безопасности аммиачной селитры, французская Комиссия по взрывчатым веществам под руководством неутомимого Марселена Бертло внимательно исследовала эти сообщения. Бертло не только подтвердил справедливость наблюдений шахтеров, но и смог объяснить причину безопасности смесей с аммиачной селитрой. Все дело оказалось в низкой температуре взрыва этой соли - всего 1600 градусов (а у динамита она превышает 4000 градусов). Между тем давно было известно, что метан способен взрываться лишь при высоких температурах.

Недостатки аммиачной селитры сразу были забыты. Трудно взрывается? Неважно, можно применять более мощные детонаторы. Легко размокает? Пустяки, можно упаковывать ее в патроны из восковой водонепроницаемой бумаги. Недостаточная мощность? Не страшно, уголь - порода мягкая. На основе селитры стали выпускаться так называемые "антигризутные" вещества, специально предназначенные для подземных взрывов в шахтах, опасных по газу и пыли. Теперь такие взрывчатки в нашей стране называют предохранительными. Предохранительные вещества не столь мощны, как обычные, но разве это имеет значение, если речь идет о жизни или смерти? Применение их означало настоящий переворот в горном деле. На современных шахтах почти не бывает рудничных взрывов по вине взрывчатых веществ.

С 1885 году французский ученый П.А.Фавье получил на основе аммиачной селитры мощные взрывчатые составы. В те времена на коммерческий успех могла рассчитывать лишь взрывчатка с громким названием, созвучным, по возможности, слову "динамит". Поэтому Фавье окрестил свою смесь аммонитом. Смеси селитры с простыми горючими стали известны как динаммоны. Истоки этих названий кроются в том, что когда-то еще египтянами газу аммиаку было дано имя в честь бога Аммона. Поэтому соли аммиака (на других языках - аммониака) именуются солями аммония (скажем, аммиачная селитра - это нитрат аммония). А отсюда уже понятны названия аммониты и динаммоны, применяемые и в наши дни. Аммониты Фавье быстро приобрели широкую популярность. Со временем они стали видоизменяться, совершенствоваться, выпускаться в разных вариантах. Это важное свойство аммиачной селитры - способность образовывать разнообразные смеси с универсальным набором свойств - обеспечивает ей преобладающее место среди современных взрывчатых соединений мирного назначения. Нелишне заметить также, что она значительно дешевле любого другого взрывчатого вещества. Аммиачная селитра проявляет свои дробящие свойства только в смесях, и мы еще вернемся к свойствам таких смесей позднее. Первым же индивидуальным соединением, проявившим мощные бризантные свойства и нашедшим широкое практическое применение, была пикриновая кислота.

Трудно сказать, кто и когда впервые получил пикриновую кислоту. Уже много веков назад было замечено, что при действии "духа селитры" (азотной кислоты) на многие органические соединения образуется желтая краска. Обычно честь получения пикриновой кислоты приписывается англичанину Вульфу, который в журнале Лондонского Королевского общества в 1771 голу сообщил, что с помощью индиго, обработанного азотной кислотой, можно красить ткани в желтый цвет. Однако соли пикриновой кислоты еще столетием раньше были известны Иоганну Глауберу. Иногда утверждают, что пикриновая кислота в течение долгого времени будто бы считалась безобидным красителем, и только много лет спустя случайно обнаружились ее взрывчатые свойства. Это совсем не так. Уже первым исследователям были известны опасные черты характера этой золотистой красавицы, а в 1799 году французский ученый Вельтер указал на способность пикриновой кислоты к взрыву совершенно недвусмысленно. Вельтер, детально описавший свойства пикриновой кислоты, которая тогда без лишних премудростей называлась просто "желтым веществом", предположил, что именно она придает желчи не только желтый цвет, но и горький вкус. Хотя скоро выяснилось, что это предположение ошибочно, желтое вещество стало называться "горьким". "Организатор химии" Берцелиус, создавший единую химическую терминологию, перевел слово "горький" на греческий и получил название "пикриназотная кислота" (предполагалось, что желтое вещество как-то связано с азотной кислотой). И наконец, известный французский химик Дюма (мы уже упоминали о нем) установил, что желтое вещество не содержит ни капли азотной кислоты и само по себе является кислотой. С тех пор она и получила современное техническое название. Впрочем, химики предпочитают именовать пикриновую кислоту более точно - тринитрофенол. Из этого названия следует, что она получается действием азотной кислоты на фенол.

Сначала пикриновую кислоту применяли исключительно в красильном деле: ведь даже сотая доля процента растворенного тринитрофенола придает воде заметный золотисто-желтый оттенок. Однако после изобретения Зининым метода синтеза более совершенных анилиновых красителей пикриновая кислота с конца пятидесятых годов прошлого века постепенно перестала использоваться для крашения, и в ее производстве наступил некоторый застой, оказавшийся, впрочем, непродолжительным. В 1873 году немецкий изобретатель Шпренгель нашел способ взрывать пикриновую кислоту с помощью детонатора, но это изобретение не вызвало широкого интереса (любопытно, что "шпренген" по-немецки означает "взрываться", но в данном случае это чисто случайное совпадение). Пикриновая кислота не была безопасной и отличалась капризным нравом: то её нельзя было взорвать никакими силами, то она сама взрывалась без малейших видимых оснований. На мирном фронте она не могла конкурировать с динамитом, а для военных целей явно не годилась. Снаряды с такой начинкой часто взрывались от толчка выстрела еще в стволе орудия. Поэтому боеприпасы по-прежнему продолжали снаряжать маломощным дымным порохом.

Пикриновая кислота предстала перед французской Комиссией по взрывчатым веществам. От всевидящего ока Марселена Бертло, взявшегося за ее изучение, не ускользнуло ничего. Было установлено, что пикриновая кислота-это мощнейшее бризантное вещество, уступающее разве только нитроглицерину, что кислорода в ее составе недостаточно и что желательно добавлять к ней какой-нибудь окислитель (только не селитру); что пикриновая кислота сама по себе относительно безопасна, но что она при хранении в неподходящих условиях легко образует очень чувствительные соли (пикраты), которые способны взрываться от трения и легких толчков; что чувствительность пикриновой кислоты можно понизить сплавлением ее с динитронафталином. Эти исследования положили начало полному перевороту во взглядах на пикриновую кислоту. Окончательно недоверие к новому взрывчатому веществу было рассеяно работами парижского химика Тюрпена, который показал, что литая пикриновая кислота неузнаваемо меняет свои свойства по сравнению с прессованным порошком и совершенно теряет свою опасную чувствительность (позднее оказалось, что в равной степени это относится и к другим веществам, например к тротилу). Если пи- криновую кислоту расплавить и охладить, то полученные слитки без всяких страхов можно применять для начинки снарядов. Расплавленная кислота своим янтарным цветом очень напоминает мед (по-гречески "мели"). Само собой разумеется, работы Тюрпена были строго засекречены. И когда в восьмидесятые годы французы стали выпускать новое взрывчатое вещество под таинственным названием "мелинит", оно вызвало колоссальный интерес во всех странах. Ведь ударное действие боеприпасов, снаряженных мелинитом, внушает должное уважение даже в наше время. Несмотря на все предосторожности, тайна мелинита вскоре стала, однако, секретом полишинеля. Уже в 1890 году Менделеев сообщал русскому морскому министру Чихачеву: "Что же касается до мелинита, разрушительное действие коего превосходит все данные испытания, то по частным источникам с разных сторон однородно понимается, что мелинит есть не что иное, как сплавленная под большим давлением остывшая пикриновая кислота".

В 1894 году пикриновая кислота стала производиться в России. Вскоре под самыми различными названиями - "лиддит", "пертит", "пикрит" и так далее - она была взята на вооружение всеми армиями мира. Расцвет ее производства пришел на годы первой мировой войны. Но к тому времени у пикриновой кислоты появился уже грозный соперник, быстро потеснивший ее и в тылу, и на фронте. Этим соперником оказался тринитротолуол.

Тринитротолуол впервые был получен немецким химиком Вильбрандом еще в 1863 году, но лишь в начале нашего века он нашел применение в качестве взрывчатого вещества. Работы по его освоению связаны с именем немецкого инженера Г.Каста. Каст был одним из крупнейших специалистов своего времени по взрывчатым веществам, опубликовавших немало работ по теории и практике их применения. Разработанный им метод определения дробящей способности ("бризантность по Касту") до сих пор широко применяется при исследовании особо мощных веществ. Под его руководством в 1905 году Германия получила первые сто тонн новой взрывчатки. Как водится, она была засекречена и выпускалась под ничего не значащим названием "тротил". Но уже в следующем году тайна тротила была расшифрована русским офицером В.И.Рдултовским, благодаря энергии которого новое взрывчатое вещество стали получать в России. Очень скоро производство тротила развернулось и в других странах. Ради удобства тринитротолуол редко называют его полным именем. Чаще всего используют либо сокращения (ТНТ, тол), либо его неправильное, но всем понятное исторически сложившееся название "тротил".

Едва появившись на мировой арене, тротил недолго оставался в аутсайдерах. Его выдающиеся достоинства позволили ему быстро обогнать, а затем и совершенно подавить своих конкурентов. Во время первой мировой войны пикриновая кислота еще могла соперничать с ним, но уже через двадцать лет, во время великой битвы народов с фашистским блоком, ТНТ стал почти монопольным боевым дробящим веществом и производился в фантастических количествах. Одни только Соединенные Штаты выработали в 1945 году свыше миллиона тонн тротила! Широчайшее применение он нашел и во всех видах промышленных взрывов мирного назначения. Недаром тротил стал своего рода эталоном, стандартом, опорным веществом для сравнения с ним других взрывчаток, а тротиловый эквивалент принят мерилом мощности ядерных зарядов.

Чем же так хорош тротил? Ведь он уступает по мощности и пикриновой кислоте, и гексогену, и тетрилу, не говоря уж о нитроглицерине, он не выделяет при взрыве больше всех газов, у него не самая высокая температура взрыва и не самая высокая скорость детонации. Главное достоинство ТНТ - безопасность. Его желтоватые шашки не более опасны, чем головки сыра. Литой тротил обладает настолько малой чувствительностью, что не взрывается даже от детонаторов. ТНТ не образует никаких опасных солей и не поддается натиску времени. Если выкопать из-под земли ржавый снаряд времен еще "первой германской", его тротиловая начинка будет такой же безобидной и такой же грозной, как многие десятилетия назад. Опасность таких снарядов заключена не в тротиле, а в детонирующих устройствах - они-то и могут в любую секунду спровоцировать взрыв. Тротил дешев. Он плавится всего при восьмидесяти градусах, что очень облегчает его заливку в снаряды и в любые другие формы. Тротил легко сплавляется с другими веществами, и эти смеси проявляют еще лучшие взрывчатые свойства, чем сам ТНТ. Вот почему тротил и по сей день занимает незыблемое положение, которое не может пошатнуть появление новых и новейших мощных и сверхмощных взрывчатых веществ. Только гексоген пытается оспорить его главенствующую роль, но, несмотря на свою небывалую мощь и другие уникальные свойства, вынужден довольствоваться пока второстепенным положением.

Гексоген получил свое название по внешнему виду его структурной химической формулы, полное же его название - циклотриметилентринитрамин. Впервые синтезировал его немецкий химик и инженер, сотрудник прусского военного ведомства Ленце. Гексоген в химическом отношении сродни известному лекарству уротропину, и вначале им заинтересовались преимущественно фармацевты. В 1899 году Геннинг взял патент на один из способов его производства, надеясь, что гексоген окажется еще лучшим лекарством, чем уротропин. Однако, к счастью, в аптеки гексоген не попал - вовремя выяснилось, что он - сильнейший яд. И только в 1920 году Герц показал, что гексоген представляет собой сильнейшее взрывчатое вещество, далеко превосходящее тротил, да и все другие бризантные вещества. По скорости детонации он опережал все остальные взрывчатки, а определение его бризантной способности обычным методом было невозможно, потому что гексоген всмятку разбивал стандартный свинцовый столбик.

Герц взял на свой относительно простой способ получения гексогена английский патент, и немедленно в Англии, а затем и в других странах начались усиленные исследования нового вещества и развернулось строительство заводов. В годы второй мировой войны гексоген уступал по масштабам производства только тротилу, а в наше время входит в состав многих боевых и промышленных взрывчатых веществ. Например, аммонит скальный №1, предназначенный для дробления особо крепких пород, содержит 24 процента гексогена. Чистый гексоген - белое как мел вещество. Он плавится при температуре, значительно более высокой, чем тротил (202 градуса), что и неудобно и опасно. Самое же главное, гексоген значительно чувствительнее тротила к удару и дороже его. Вот почему он пока держится на вторых ролях. Но время идет вперед и делает свое дело. Тротил давно уже достиг своего потолка, а производство гексогена продолжает совершенствоваться. Быть может, в будущем тротил и уступит ему свое место лидера, как когда-то пикриновая кислота уступила его тротилу.

Выпишем теперь химические названия взрывчатых соединений, которые мы уже знаем. Все они начинаются с приставки І три- І : тринитроглицерин, тринитрорезорцинат свинца, тринитрофенол, тринитротолуол... В подавляющем большинстве взрывчатых веществ молекулы содержат в лучшем случае три нитрогруппы. А между тем с точки зрения теории взрывчатого разложения было бы лучше, чтобы этих групп было не три, а больше. Ведь каждая из них несет кислород, а кислорода большинству взрывчатых соединений не хватает. Например, каждым ста граммам тротила для полного окисления нужно добавочных 74 грамма кислорода. Кислородное голодание приводит к потере мощности и бесполезной трате взрывчатки. Поэтому химики давно делали попытку ввести в молекулу взрывчатого вещества четвертую нитрогруппу. Однако хотя в молекуле того же толуола для нитрогруппы есть не четыре, а целых пять свободных мест, четвертая группа вводится с большим трудом, а когда ее все-таки удается присоединить, она очень легко отщепляется. В конце концов, четвертую нитрогруппу удалось присоединить к молекуле толуола остроумным способом - через промежуточный атом азота. Сделал это К.X.Мертонс в 1877 году. На радостях новое вещество назвали тетрил - ведь слово "тетра" означает "четыре". Приводить, здесь его научное химическое название нет никакого смысла - оно совершенно непроизносимо. Ленце - тот самый, который получил впоследствии гексоген - изучил в 1885-1886 годах взрывчатые свойства тетрила и убедился, что он действительно мощнее многих других веществ, но, к сожалению, и опаснее. Тетрил применяется иногда в детонаторах, где он помогает инициирующим веществам взрывать заряд. К мирным делам его допускают очень редко.

Четыре нитрогруппы содержит и другое популярное взрывчатое вещество - пентаэритриттетранитрат. Мы позволим себе некоторую фамильярность и вместе со всеми будем называть его просто ТЭН. Этот белый порошок был получен в 1894 году, а его взрывчатые свойства первым исследовал профессор С.Л.Вуколов. В химическом отношении тэн - ближайший родственник нитроглицерина, и у братьев оказался сходный нрав. Тэн тоже мощнейшее взрывчатое вещество, но и чувствительность его слишком высока. Обычно чрезмерную чувствительность тона умеряют добавкой воска или парафина и используют для заправки небольших, но мощных снарядов. Производство его во всех стадиях опасно. Нельзя сказать, чтобы он был и слишком стоек. К тому же этот белый порошок был получен в 1894 году, а его взрывчатые свойства первым исследовал профессор С.Л.Вуколов. В химическом отношении тэн - ближайший родственник нитроглицерина, и у братьев оказался сходный нрав. Тэн тоже мощнейшее взрывчатое вещество, но и чувствительность его слишком высока. Обычно чрезмерную чувствительность тона умеряют добавкой воска или парафина и используют для заправки небольших, но мощных снарядов. Производство его во всех стадиях опасно. Нельзя сказать, чтобы он был и слишком стоек. К тому же тэн стоит немалые деньги. По всем этим причинам он не может конкурировать с тротилом. Однако у тэна есть важное достоинство - он обладает хорошей инициирующей способностью, энергично заставляя детонировать другие взрывчатые вещества. Поэтому в мирных целях его используют в капсюлях-детонаторах и, главным образом, для изготовления детонирующего шнура.

Взрывчатых соединений еще очень много, но нам пора остановиться, чтобы не запутаться во второстепенных сведениях. Можно было бы еще долго приводить все новые названия и перечислять все новые свойства, но, по выражению одного древнего писателя, это скорее удовлетворит любопытство, чем принесет пользу. Теперь, когда мы знакомы почти со всеми основными взрывчатыми соединениями, знаем их историю и свойства, достоинства и недостатки, будет большим разочарованием узнать, что эти вещества... сами по себе почти не применяются в промышленности. Напрасно мы будем искать в справочниках промышленных взрывчатых веществ нитроглицерин, гексоген, аммиачную селитру... Мы не найдем там этих названий, зато увидим другие, нам совершенно незнакомые - "акваниты", "игданиты", "аммоналы" и так далее. Разгадка заключается в том, что в подавляющем большинстве взрывчатые вещества - это смеси. Иногда смеси состоят только из взрывчатых соединений, но чаще в них входят еще и вещества, на первый взгляд к взрыву никакого отношения не имеющие. Чтобы далеко не ходить за примером, вспомним обыкновенный дымный порох, ни одна составная часть которого не взрывается. Мы знакомы уже со сладкими взрывчатками, содержащими сахар, и теперь не удивимся, узнав, что есть взрывчатки соленые - они иногда на две трети состоят из поваренной соли! Есть взрывчатые смеси, которые, как сдобное тесто, содержат соду и муку (правда, древесную, но пшеничная была бы ничуть не хуже), а есть взрывчатые "похлебки" и "каши", содержащие много воды. Такие "водонаполненные вещества" считаются теперь самыми перспективными, они безопасны, просты в обращении, эффективны.