Баланс кисеоника
Баланс кисеоника (ОБ, ОБ% или Ω) је израз који се користи да означи степен до којег експлозив може бити оксидован, [1] како би се утврдило да ли молекул експлозива садржи довољно кисеоника да потпуно оксидује остале атоме у експлозиву. На пример, потпуно оксидовани угљеник формира угљен-диоксид, водоник формира воду, сумпор формира сумпор-диоксид, а метали формирају металне оксиде. За молекул се каже да има позитиван баланс кисеоника ако садржи више кисеоника него што је потребно, а негативан баланс кисеоника ако садржи мање кисеоника него што је потребно. [2]
Експлозив са негативним балансом кисеоника доводи до непотпуног сагоревања, што обично производи угљен-моноксид, који је токсичан гас. Експлозиви са негативним или позитивним балансом кисеоника се често мешају са другим енергетским материјалима који су позитивни или негативни на кисеоник, како би се повећала снага експлозива. На пример, ТНТ је експлозив са негативним балансом кисеоника и често се меша са енергетским материјалима или горивима који имају позитиван баланс кисеоника како би се повећала његова снага. [3][4]
Израчунавање баланса кисеоника
Поступак за израчунавање баланса кисеоника у смислу 100 грама експлозивног материјала подразумева одређивање броја молова кисеоника који су у вишку или дефициту за 100 грама једињења.
- <матх>\теxт{ОБ}\% = \фрац{-1600}{\теxт{Мол. wт. оф цомпоунд}} \тимес (2X + Y/2 + M - З)</матх> [5]
X = број атома угљеника, Y = број атома водоника, З = број атома кисеоника, а M = број атома метала (произведени метални оксид).
У случају ТНТ-а - (C6Х2(НО2)3ЦХ3),
Молекулска маса = 227,1
X = 7 (број атома угљеника)
Y = 5 (број атома водоника)
З = 6 (број атома кисеоника)
Дакле,
- <матх>\теxт{ОБ}\% = \фрац{-1600}{227.1} \тимес (14 + 2.5 - 6)</матх>
- ОБ% = −73.97% за ТНТ
Примери материјала са негативним балансом кисеоника су:
- ПЕТН (10,1%),
- метил нитрат (-10,4%),
- CL-20 (-11%),
- Хексоген (-21,6%),
- Октоген (-21,6%),
- Нитроцелулоза (-24,2%),
- нитрометан (−39,3%),
- Пикринска киселина (-45,4%),
- Тетрил (-47,4%),
- Хексанитростилбен (-67,5%),
- тринитротолуен (−74%),
- алуминијумски прах (−89%),
- сумпор (−100%) или
- угљеник (−266,7%).
Примери материјала са позитивним балансом кисеоника су:
- нитроглицерин (+3,5%),
- Манитол хексанитрат (+7,1%),
- амонијум хлорат (+15,8%),
- амонијум-нитрат (+20%),
- амонијум перхлорат (+27,2%),
- калијум-хлорат (+32,6%),
- калијум-нитрат (+39,6%),
- Калијум перхлорат (+40,4%),
- натријум хлорат (+45%),
- тетранитрометан (+49%),
- литијум перхлорат (+60%),
Примери материјала са балансом кисеоника од нула су:
- Етилен-гликол динитрат има баланс кисеоника од нула, као и теоретски спој тринитротриазин. [5]
- Хексанитробензен
- Октанитрокубан
Баланс кисеоника и снага
Пошто осетљивост, бризантност и снага експлозива зависе од сложених хемијских реакција, једноставна релација као што је баланс кисеоника не може се сматрати поузданом за постизање универзално конзистентних резултата. Када се користи баланс кисеоника за предвиђање својстава једног експлозива у односу на други, може се очекивати да експлозив са балансом кисеоника ближим нули буде бризантнији, снажнији и осетљивији; међутим, постоје многи изузеци од овог правила.
Једна област у којој се баланс кисеоника може применити јесте у припреми смеша експлозива. Група експлозива под називом аматоли су смеше амонијум-нитрата и ТНТ-а. Амонијум-нитрат има баланс кисеоника од +20%, док ТНТ има баланс кисеоника од −74%, па се чини да би смеша која даје баланс кисеоника од нула такође резултирала најбољим експлозивним својствима. У пракси, смеша од 80% амонијум-нитрата и 20% ТНТ-а по тежини даје баланс кисеоника од +1%, што резултира најбољим својствима свих смеша, уз повећање снаге од 30% у односу на ТНТ.
Остале употребе
Баланс кисеоника се не користи само у експлозивима, већ и у другим врстама сагоревања. У системима за грејање и моторима са унутрашњим сагоревањем, који користе горива која сагоревају уз кисеоник из ваздуха и користе ослобођену енергију за грејање или за обављање механичког рада, важна је одговарајућа квантитативна пропорција ваздуха за сагоревање и горива (минимална количина ваздуха потребна по јединици масе горива за потпуно сагоревање, минимални захтев за ваздухом) како би се што боље искористила хемијска енергија похрањена у гориву. Однос између стварне количине доведеног ваздуха и количине која је теоретски потребна за потпуно сагоревање назива се однос ваздуха и обично се означава са λ. Идеално сагоревање, које прати стехиометријски однос ваздуха, има λ = 1. Мешавине горива и ваздуха које садрже вишак горива називају се богатим мешавинама, λ < 1, док се оне са вишком ваздуха називају сиромашним мешавинама, λ > 1.
Референце
- ↑ „Тхе Оxyген Баланце фор Тхермал Хазардс Ассессмент”. иомосаиц.цом. Приступљено 2022-10-11.
- ↑ Меyер, Рудолф; Кöхлер, Јосеф; Хомбург, Аxел (2007). Еxплосивес (6тх изд.). Wилеy ВЦХ. ИСБН 978-3-527-31656-4.
- ↑ Цампбелл Ј (1985). Навал wеапонс оф Wорлд Wар Тwо. Лондон: Цонwаy Маритиме Пресс. стр. 100. ИСБН 978-0-85177-329-2.
- ↑ У.С. Еxплосиве Орднанце, Буреау оф Орднанце. Wасхингтон, D.C.: У.С. Департмент оф тхе Навy. 1947. стр. 580.
- ↑ 5,0 5,1 Баррон, Андреw. Цхемистрy оф тхе Маин Гроуп Елементс.