| 第四章 爆炸與炸藥的基本理論
教學目的和要求：
了解炸藥與爆炸的概念。
掌握化學爆炸的特點。
掌握炸藥的氧平衡。
教學內容
爆炸現象
化學爆炸三要素
炸藥的氧平衡
第一節 炸藥與爆炸概念
一、爆炸現象
爆炸：物質發生急劇變化并放出大量的能量對周圍介質做機械功，同時可能伴隨有聲、光、熱效應的現象，稱為爆炸 。
如：輪胎“放炮” 鍋爐爆炸 瓦斯煤層爆炸
炸藥爆炸 原子彈爆炸等等
爆炸的基本特征表現在：
速度高、威力大和破壞作用強等方面。
從安全角度出發，爆破時還應考慮爆炸的副作用，如地震效應、沖擊波、飛石、有毒氣體、噪聲以及其他對相鄰物體、構筑物和人身的影響等。
1.物理爆炸
只發生物態變化和能量轉換，不產生新的物質。
2.化學爆炸
不僅有物態和能量的轉化，還生成新的物質，并放出熱量。（分子結構發生了變化）
3.核爆炸
核 放出大量原子能和射線
（原子結構發生改變）
二、化學爆炸三要素
1.放出大量的熱
熱能是爆炸作功的能源，是必要條件
吸熱或放出的熱量不足，都不能使其延續
熱 機械功
草酸鉛 吸熱反應
Pb2C2O4 2CO2+Pb-69.9KJ
草酸銅 放出熱量少
CuC2O4 2CO2+Cu+23.9KJ
草酸銀 放熱量大，爆炸
Ag2C2O4 2CO2+2Ag+123.5KJ
硝酸銨在常溫或溫度低于1500C 時，其分解反應為放熱反應。
千卡
當加熱到200 0C左右，為放熱反應。若熱量不能及時散失，溫度不斷升高就會發生燃燒和爆炸。
迅速加熱到400-500 0C或用傳爆藥柱強力爆炸，由于放熱熱量增大，就會引起爆炸。
2.產生大量的氣體
氣體是能量轉換的載體
700－1000ml/kg
不生成氣體，放熱再多也不能爆炸
氣體具有膨脹性、可壓縮性
3.爆炸反應速度極快
是區別于一般化學反應的最顯著的特點
普通化學反應，能量大部分損失于熱的傳導和輻射中
2000－9000米/秒 以沖擊波完成能量傳遞
三、炸藥的概念及特點
炸藥：具備化學爆炸三要素的物質
特點：
1.具有相對安定性和化學爆炸性，極易釋放能量
（以便加工、運輸、儲存、使用
由化學不穩定體系 穩定體系）
2.具有很高的能量密度
（在微小的容積中蘊藏著大量能量）
3.能在與空氣隔絕處發生爆炸反應
?。– H O N 不需要外界供氧）
四、炸藥化學反應的形式
爆炸不是炸藥唯一的化學反應形式，在特定的反應條件下，同種炸藥可能有四種不同形式的化學反應：
熱分解、燃燒、爆炸和爆轟。
四種反應形式產生不同的物理化學效應。
(1) 熱分解
熱分解是炸藥化學反應的最低形式，表現為炸藥在常溫下緩慢的化學變化，使原物質發生本質的變化。
炸藥的熱分解過程沒有明顯的聲、光效應，通常不易覺查。
反應速度隨內外條件而變化，通常對溫度比較敏感，溫度越高，反應速度越快，濕度、壓力和通風條件對反應速度和結果也會產生不同程度的影響。
炸藥熱分解一般會帶來不良后果，炸藥因熱分解而變質直接影響炸藥的使用。
在一定條件下，熱分解會轉變為燃燒甚至爆炸，以致發生意外爆炸事故。
所以在炸藥的制造、貯存過程中應嚴格控制環境條件，避免炸藥的熱分解。
(2) 燃燒
燃燒是比熱分解更高一級的化學反應形式，往往是由受熱或火焰引起的。
燃燒是物質的氧化過程，所以一般物質燃燒需要外界提供氧，而炸藥本身含有豐富的氧和燃料，不需要外界的氧就可以燃燒，一旦炸藥燃燒，靠隔絕空氣的滅火方法不起作用，往往還會加速炸藥的燃燒。
燃燒速度低于爆轟波的傳播速度和炸藥中的聲速；
炸藥燃燒時對壓力比較敏感，壓力越大，燃速越高，甚至由燃燒轉變為爆炸，所以在密閉條件下燃燒是很危險的。
在炸藥貯存時，要注意創造不利于燃燒的條件，如改善通風條件。
(3) 爆炸
爆炸是炸藥的最高化學反應形式。
與燃燒的區別在于
燃燒靠熱傳導傳遞能量和激發化學反應，爆炸則靠沖擊波傳遞能量和激發反應區；
燃燒受環境影響較大，爆炸則基本上不受環境影響。
爆炸的反應速度、溫度和壓力都比燃燒高得多。所以爆炸表現出強烈的破壞作用。
爆炸是爆破安全的主要控制對象。
爆炸過程中遇到不利因素也可能導致爆炸中斷，使爆炸過程轉變為燃燒或熱分解。
(4) 爆轟
爆炸速度增長到穩定爆速的最大值時就轉化為爆轟，爆轟是指炸藥以最大穩定速度進行的反應過程。特定的炸藥在特定的條件下的爆轟速度為常數。
爆炸和爆轟并無本質上的區別，只不過是傳播速度不同而已。爆轟的傳播速度是恒定的，爆炸的傳播速度是可變的，就這個意義上講，也可以認為爆轟是爆炸的一種特殊形式，即穩定的爆炸。
炸藥爆炸已經在許多行業得到廣泛應用，尤其在工程爆破方面。在巖土工程中，無論在經濟方面還是在效率方面，爆破方式都比機械方式優勢強；在城市建設和企業改造中，控制爆破也發揮了重要作用。
炸藥化學反應的上述四種基本形式與各自必要的條件相對應，條件改變，反應形式也相應地改變，可以相互轉化，即它們之間有著非常密切的內在聯系。
從安全和爆破工程方面考慮，都希望炸藥按照預定的反應形式進行化學反應，即使反應形式發生轉變，也應在可以控制的范圍內，否則會引起預想不到的事故。
五、炸藥的爆炸反應
（一）炸藥的成分
C H O N
C H 為可燃元素
O 為助燃元素
N 為惰性元素
爆炸后產物：CO2 H2O CO C H2 NO NO2 CH4 NH3 N2 SO2 H2S
有毒氣體：CO NO NO2 SO2 H2S
CO：無色無味、比空氣稍輕，與人體紅血球中的血色素的親和力為氧的250－300倍，短時間內造成缺氧，0.4％致命。
NO2：紅褐色、比空氣稍重，易溶于水，對人的眼睛及呼吸器官有強烈的刺激作用。 NO2比NO毒性大好多倍，0.0255％人很快死亡。
CO、 NO、NxOy不僅都是有毒氣體，而且能對瓦斯爆炸反應起催化作用，因此這樣的炸藥就不應用于地下礦井的爆破作業。
（二）炸藥的氧平衡
氧平衡：炸藥中所含的氧量與可燃元素完全氧
化所需氧量的關系。
正氧平衡：炸藥中含氧量足夠將可燃元素完全氧化，并有剩
余的氧平衡。 NO NO2
零氧平衡：炸藥中含氧量剛夠將可燃元素完全氧化的氧平
衡。 CO2 H2O
負氧平衡：炸藥中含氧量不足以將可燃元素完全氧化的氧平
衡。 CO C H2
（三）炸藥爆炸時的反應方程式
炸藥爆炸的化學反應是極其復雜的
1.正氧平衡：
硝酸銨：NH4NO3 2H2O+N2+I/2O2
硝化甘油：
C3H5(NO3)3 3CO2+5/2H2O+3/2N2+I/4O2
2.負氧平衡的負值不大
黑索金（環三次甲基三硝胺）（均分氧）
C3H6N3(NO2)3 3CO+3H2+3N2+3/2O2
3/2CO2+3/2CO+3/2H2O+3/2H2+3N2
3.負氧平衡的負值較大
梯恩梯（三硝基甲苯） (先H后C)
C6H2 (NO2)3CH3 5/2H2O+7C+3/2N2+7/4O2
5/2H2O+7/2CO+7/2C+3/2N2
出現了固體C
（四）氧平衡的計算
若炸藥的通式為CaHbNcOd，則
單質炸藥氧平衡為
混合炸藥氧平衡為
混合炸藥也可按各組分百分率與其氧平衡乘機的總和來計算：
Mi、ki－－第i組分的百分率與其氧平衡值
例題：計算TNT和阿梅托（含TNT50％和NH4NO350％）炸藥的氧平衡
解：TNT－－三硝基甲苯C6H2 (NO2)3CH3
通式為： C7H5N3O6
氧平衡為
阿梅托
m1＝m2＝50％，k1＝-74％，k2＝20％
Kb＝-74％×50％+20 ％×50 ％＝-27 ％
根據氧平衡設計炸藥組分
當只有兩種組分時：令這兩種組分的配比和氧平衡率分別為x ，y，a，b，混合后炸藥的氧平衡值為C，
則 x+y=100%
ax+by=c
例題：銨油炸藥
x+y+4=100 x＝92.21
0.2x-3.42y-1.37×4＝0 y＝3.79
（五）研究氧平衡的意義
1.是研究炸藥爆炸反應的基礎；
2.是設計混合炸藥配方的依據；
3.是確定炸藥使用條件的依據。
只有 放熱量最大
不利于發揮最大威力
產生有害氣體，催化沼氣爆炸
所以，應該將炸藥設計為不大的正氧平衡
多余的氧，用來氧化包裝紙及紙上的蠟、炮眼中的煤粉
（六）炸藥的爆熱、爆溫和爆熱
1.爆熱：
單位質量的炸藥在定容條件下爆炸所釋放的熱量，用Kj/mol表示
是氣體膨脹做功的能源。700－1500千卡/kg
2.爆溫： 單質炸藥：3000－－5000℃
混合炸藥：2000－－2500℃
3.爆壓：幾萬－－十幾萬大氣壓
作業
1.說明化學爆炸三要素。
2.說明研究氧平衡的意義。
3.名詞：氧平衡 正氧平衡 零氧平衡
負氧平衡 |
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