Взрыв

Взрыв представляет собой химическую реакцию, в результате которой взрывчатое вещество превращается в газы. Эта реакция протекает с выделением тепла и идёт крайне быстро. Например, взрыв килограммовой шашки[2] широко известного взрывчатого вещества — тротила — может произойти за одну стотысячную долю секунды. За это время образовавшиеся газы не успевают заметно расшириться и занимают объём, практически равный объёму, который занимало взрывчатое вещество. Этот объём в несколько тысяч раз меньше, чем тот, который занимали бы газы взрыва при атмосферном давлении. Известно, что давление газа тем больше, чем меньше его объём. Поэтому газы в момент взрыва имеют огромное давление; к тому же это давление возникает крайне быстро и благодаря этому действует на окружающие взрывчатое вещество предметы как резкий и мощный удар, которого не может выдержать самая прочная сталь, самая крепкая горная порода. Давление взрыва так велико, что его нельзя непосредственно измерить каким–либо известным сейчас прибором — любой прибор разрушился бы при попытке такого измерения. По теоретическим! расчётам это давление составляет сотни тысяч атмосфер — при взрыве тротила, например, 190 000 атмосфер. По мере удаления от взорвавшегося взрывчатого вещества действие взрыва быстро падает; однако при взрывах больших количеств взрывчатых веществ давление даже на расстоянии нескольких километров достаточно, чтобы выбить стёкла в окнах домов.

Возникает естественный вопрос: почему же взрыв протекает с такой огромной быстротой? Ведь с химической стороны реакции, идущие при взрыве, очень похожи, а иногда и те же самые, что и реакции, происходящие при горении топлива. В основном — это окисление углерода с образованием углекислого газа (СО₂) или окиси углерода (СО) и водорода с образованием воды (Н₂O).

Более того, и сами взрывчатые вещества в большинстве своём способны не только взрываться, но и гореть. Та же шашка тротила, если её поджечь, будет гореть, и притом довольно медленно, спокойнее и медленнее, чем, скажем, бензин. Наоборот, самое простое горение, например горение угля, можно поставить в такие условия, что оно будет протекать как сильнейший взрыв. Если взять тонко измельчённый уголь, например в виде сажи, и распылить его в воздухе так, чтобы образовалось пылевое облако, то при поджигании такого облака произойдёт взрыв. Более сильный взрыв можно получить, если сажу пропитать жидким воздухом или кислородом[3]).

Почему же горение в обычных условиях протекает медленно и за счёт чего может быть достигнуто его ускорение?

Горение угля является химической реакцией соединения углерода с кислородом воздуха. Скорость химических реакций зависит от температуры и от давления. С повышением температуры скорость реакции быстро возрастает; если температуру повысить на 10 градусов, то скорость реакции увеличится в два — четыре раза. Расчёт показывает, что если от комнатной температуры перейти к температуре в 1000 градусов, то скорость возрастёт во много миллиардов раз. При увеличении давления скорость химических реакций также возрастает — для некоторых реакций пропорционально давлению, а для других даже быстрее — пропорционально давлению в квадрате, то есть если повысить давление от 1 до 1000 атмосфер, скорость реакции увеличится в 1000², или в миллион раз.

При горении угля выделяется много тепла. Один килограмм угля даёт при сгорании около 8000 больших калорий. Этого количества тепла хватило бы для нагрева до кипения 8 вёдер воды. За счёт выделения большого количества тепла при горении достигается очень высокая температура, особенно, если уголь горит в чистом кислороде. При горении на воздухе, содержащем, как известно, только 21 процент кислорода, выделяющееся тепло расходуется не только на нагрев. образующегося углекислого газа, но и на нагрев азота. Температура получается поэтому ниже, но всё же весьма высокая — она может достигать 2700 градусов. Таким образом, реакция горения угля происходит при очень высокой температуре, и скорость её могла бы быть чрезвычайно большой. Несмотря на это, горение протекает медленно. Причина этого заключается в том, что реакция может идти только на поверхности куска угля, где он соприкасается с воздухом, а эта поверхность обычно невелика. Кроме того, образующиеся при горении газы отделяют поверхность угля от воздуха и мешают поступлению к ней новых порций кислорода.

Из сказанного ясно, что для ускорения горения надо, с одной стороны, увеличить поверхность угля и, с другой, облегчить доступ к ней кислорода воздуха. Это и достигается тонким измельчением угля и распылением его в воздухе так, чтобы каждая пылинка была окружена нужным для сгорания количеством кислорода.