Explosivo

Un material explosivo, chamado tamén sinxelamente explosivo,^[1] é unha substancia reactiva que contén unha gran cantidade de enerxía potencial que pode producir unha explosión se é liberada repentinamente, usualmente acompañada dunha produción de luz, calor, son, e presión nun périodo moi breve de tempo. Un explosivo é un artefacto máis ou menos sinxelo, habitualmente provisto dun mecanismo accionador e dun material que se expande. Unha carga explosiva é unha certa cantidade de material explosivo, que pode estar composto por un só ingrediente ou unha combinación de dous ou máis.

Hai moitos tipos de explosivo segundo a súa composición química. En xeral, os materiais explosivos deben cumprir dúas características principais:

Son quimicamente inestables.
O proceso de iniciación produce unha expansión súbita do material e un cambio de presión, tipicamente acompañados dun flash e un forte ruído: a explosión.

O explosivo máis antigo coñecido é a pólvora. No século XIX inventouse a nitroglicerina, que é moi inestable, e máis tarde Alfred Nobel perfeccionouna e inventou a dinamita, que é máis estable.

Os explosivos son perigosos, e hainos de moitos tipos que se poden facer con produtos caseiros, do tipo de combinar ácido clorhídrico con ácido acetilsalicílico.

Historia

Great Western Powder Company de Toledo, Ohio, fabricante de explosivos, en 1905

As antigas armas do estilo do fogo grego, antecesoras dos explosivos, teñen existido dende antigo, mais considérase que o primeiro explosivo amplamente usado en guerras e minería foi a pólvora negra, inventada na China.^[2]^[3] Durante a dinastía Tang no século IX, os alquimistas da China taoísta trataban de atopar o elixir da inmortalidade.^[4] No proceso, tropezaron coa invención da pólvora, feita de carbón, salitre e sulfuro en 1044. A pólvora foi a primeira forma de explosivo químico e contra 1161 os chineses empregaron explosivos por primeira vez en nun conflito armada.^[5]^[6]^[7] Os chineses realizaron explosivos que disparaban tubos de bambú ou bronce. Tamén inseriron ratas dentro dos tubos de bambú para lanzar contra o inimigo, creando grandes ramificacións psicolóxicas, asustando os soldados inimigos e desbocando as cabalarías.^[8] Este material era sensible á auga, e emitía unha gran cantidade de fume negro.

O primeiro explosivo versátil máis forte que a pólvora negra foi a nitroglicerina, inventada no 1847. Como a nitroglicerina era inestable, foi substituída por nitrocelulosa, pólvora sen fume, dinamita e gelignita (as dúas últimas, inventos de Alfred Nobel). Durante a primeira guerra mundial adoptouse o TNT nos proxectís de artillaría. E na segunda guerra mundial viuse un uso extensivo de novos explosivos que, con posterioridade, foron substituídos na súa maioría por explosivos modernos como o trinitrotolueno (TNT) e o C-4. Con todo, o C-4 e o PETN reaccionan co metal e prenden lume facilmente, aínda que ao contrario que o TNT, son resistente á auga e maleables.^[9]

Amais, a crecente dispoñibilidade de produtos químicos ten permitido a construción de improvisados aparellos explosivos.

Clasificación de substancias explosivas

A clasificación das substancias explosivas de diferentes tipos pode efectuarse de moitos xeitos. Poden distinguirse explosivos químicos e exóticos.

Unha explosión é un tipo de reacción química espontánea que, unha vez iniciada, é impulsada tanto por un gran cambio exotérmico (gran liberación de calor) como por un gran cambio de entropía positiva (libéranse grandes cantidades de gases) ao pasar de reactivos a produtos, constituíndo un proceso termodinamicamente favorable ademais dun que se propaga moi rapidamente. Así, os explosivos son substancias que conteñen unha gran cantidade de enerxía almacenada en enlaces químicos. A estabilidade enerxética dos produtos gasosos e, polo tanto, a súa xeración provén da formación de especies fortemente unidas como o monóxido de carbono, o dióxido de carbono e o (di)nitróxeno, que conteñen fortes enlaces dobres e triplos con forzas de enlace de case 1 MJ/mol. En consecuencia, a maioría dos explosivos comerciais son compostos orgánicos que conteñen grupos -NO₂, -ONO₂ e -NHNO₂ que, cando son detonados, liberan gases como o mencionado (por exemplo, nitroglicerina, TNT, HMX, PETN, nitrocelulosa).^[10]

Un explosivo clasifícase como un explosivo baixo ou alto segundo a súa velocidade de combustión: os explosivos baixos arden rapidamente (ou deflagran), mentres que os explosivos altos detonan. Aínda que estas definicións son distintas, o problema de medir con precisión a descomposición rápida dificulta a clasificación práctica dos explosivos.

A mecánica dos explosivos tradicionais baséase na oxidación rápida do carbono e do hidróxeno sensible aos golpes a dióxido de carbono, monóxido de carbono e auga en forma de vapor. Os nitratos normalmente proporcionan o osíxeno necesario para queimar o carbono e o hidróxeno. Os explosivos altos adoitan ter o osíxeno, o carbono e o hidróxeno contidos nunha molécula orgánica, e os explosivos menos sensibles como o ANFO son combinacións de combustible e nitrato de amonio. Pódese engadir un sensibilizador como o aluminio en po a un explosivo para aumentar a enerxía da detonación. Unha vez detonada, a porción de nitróxeno da formulación explosiva emerxe como nitróxeno gas e óxidos nítricos tóxicos.

Ademais dos explosivos químicos, hai unha serie de materiais e métodos máis exóticos de causar explosións. Algúns exemplos inclúen os explosivos nucleares e o quecemento brusco dunha substancia ata un estado de plasma cun láser de alta intensidade ou arco eléctrico.

O quecemento con láser e arco úsase en detonadores láser, detonadores de cables de ponte en explosión e iniciadores de follas explosivas, onde se crea unha onda de choque e despois a detonación nun material químico explosivo convencional mediante o quecemento de arco láser ou eléctrico. Actualmente a enerxía eléctrica e láser non se usa na práctica para xerar a maior parte da enerxía requirida, senón só para iniciar reaccións.

Hai tres formas principais aceptadas de xeito xeral para clasificar os explosivos: por natureza, por sensibilidade e por utilización. Máis aínda, na clasificación é moi difícil e é frecuente atopar tipoloxías con base nun un grupo químico funcional e en nomes comerciais cando se trata de mesturas de substancias explosivas.

Substancias explosivas segundo a súa natureza explosiva

Deflagrantes

Son os explosivos nos que a reacción iníciase por mecanismos químicos tradicionais: activación termocinética. A velocidade destes no supera a velocidade do son (medida no medio explosivo, xa que, ó ser sólido ou líquido, é moi superior á do aire). A barreira do son modula a enerxía cedida, de xeito que non son moi potentes. O seu interese é pequeno: pirotecnia e algunhas aplicacións nas que se require baixa potencia.

Os propelentes considéranse subgrupo dos explosivos deflagrantes.

Exemplos:

Pólvora negra
Outras pólvoras ou explosivos que usan de oxidante o Nitrato de Potasio e o Clorato de Potasio polo xeral son deflagrantes.

Detonantes

A reacción neste grupo autoabastécese por unha onda de choque, supersónica (no medio que percorre), que activa ó explosivo ó ir chegando ó lugar no que está. Pola alta velocidade de reacción, son explosivos moi potentes. Nesta clase pódense incluír tódalas substancias explosivas seguintes:

Substancias explosivas por sensibilidade

Primarios

Son os explosivos que requiren cantidades mínimas de enerxía para activarse. Teñen un gran perigo e en xeral úsanse 'flegmatizados' (insensibilizados ou desensibilizados). De calquera xeito, a súa potencia é relativamente pequena en comparación coa dos demais subgrupos.

A enerxía liberada polos explosivos primarios na súa detonación nos casos máis comúns, representan calores de explosión arredor dos 1700 kJ/kg (400 kcal/kg), fronte a valores de 4000 kJ/kg, e superiores, típicos dos explosivos secundarios.

Triioduro de amonio
Fulminato de mercurio
Fulminato de prata
Azida de chumbo o nitruro de chumbo.
Azida de prata
Estifnato de chumbo o trinitroresorcinato de chumbo.
Hexanitrato de manitol
Acetiluro de prata

Secundarios

Responden con enerxías de activación intermedias (aínda que son abondo inhomoxéneos). As potencias son moi altas, na orde dos GW.

Nitroglicerina Moi sensible. En xeral, aplícaselle un desensibilizador.
Trilita ou TNT (Trinitrotolueno)
Hexóxeno, RDX Ciclonita (trinitrofenilmetilnitramina)
Pentrita, PT, PETN Tetranitrato de pentaeritrita
Ácido pícrico ou TNP (Trinitrofenol)
Picrato de amonio
Tetranitrometano
Octóxeno ou HMX (Ciclotetrametilentetranitramina)
Nitrocelulosa
Cloratita

Terciarios

Familia constituída case exclusivamente por NAFOS (nitrato de amonio e fuelóleo), é coñecida pola súa grande insensibilidade.

ANFO (en inglés; correspondendo a NAFO en galego)

Substancias explosivas por utilización

Iniciador

É un material enerxético, cunha enerxía de activación relativamente baixa, empregado para iniciar un explosivo secundario. Adoitan ser explosivos de alta sensibilidade (primarios) en combinación, de acordo ao impulso requirido: impacto, eléctrico ou térmico. Chámanse detonadores por estaren encartuchados comercialmente.

Carga

É a masa base que estoupará e é obxecto do deseño da voladura. O iniciador é o responsable de iniciar a carga. Algunhas substancias poden non requirir iniciador: a pólvora, a nitroglicerina ou a pentrita inflámanse con relativa facilidade baixo a chama.

Multiplicador

En ocasións a carga non detona co iniciador, polo que se require un explosivo intermedio que sexa sensible ao iniciador e á vez inicie a carga. Con moita frecuencia os ANFO requiren deste tipo de carga.

Propiedades

Sensibilidade: refírese á facilidade coa que se pode acender ou detonar un explosivo, é dicir, a cantidade e intensidade de choque, fricción ou calor que se requiren. Cando se usa o termo sensibilidade, hai que ter coidado de aclarar que tipo de sensibilidade está en discusión. A sensibilidade relativa dun determinado explosivo ao impacto pode variar moito da súa sensibilidade á fricción ou á calor.
Sensibilidade á iniciación: O índice da capacidade dun explosivo para iniciarse na detonación de xeito sostido. Defínese pola potencia do detonador que seguramente dirixe o explosivo a unha detonación continua e mantida. Fai referencia á escala Sellier-Bellot que consiste nunha serie de 10 detonadores, numerados do 1 ao 10, cada un dos cales corresponde a un peso de carga crecente. Na práctica, a maioría dos explosivos no mercado son sensibles como un detonador número 8, onde a carga corresponde a 2 gramos de fulminato de mercurio.
Velocidade de detonación: é a velocidade coa que se propaga o proceso de reacción na masa do explosivo. A maioría dos explosivos mineiros comerciais teñen velocidades de detonación que oscilan entre os 1800 m/s e os 8000 m/s. Hoxe, a velocidade de detonación pódese medir con precisión. Xunto coa densidade é un elemento importante que inflúe no rendemento da enerxía transmitida tanto pola sobrepresión atmosférica como pola aceleración do chan. Por definición, un "baixo explosivo", como o po negro ou a pólvora sen fume ten unha taxa de queimadura de 171 a 631 m/s.^[11] Pola contra, un "explosivo alto", xa sexa un primario, como un cable detonante, ou un secundario, como o TNT ou C-4, ten unha taxa de queima significativamente maior.^[12]
A estabilidade é a capacidade de almacenamento dun explosivo sen deterioración.
O termo potencia ou rendemento aplicado a un explosivo refírese á súa capacidade para traballar. Na práctica defínese como a capacidade do explosivo para realizar o que se pretende na forma de entrega de enerxía (é dicir, proxección de fragmentos, explosión de aire, chorro de alta velocidade, choque subacuático, enerxía de burbullas etc.). A potencia ou rendemento explosivo avalíase mediante unha serie de probas a medida para avaliar o material para o seu uso previsto.
Ademais da resistencia, os explosivos presentan unha segunda característica, que é o seu efecto esnaquizante ou brisura (da palabra francesa para "romper"), que se diferencia da súa capacidade total de traballo. Esta característica ten unha importancia práctica para determinar a efectividade dunha explosión en fragmentar cunchas, bombas, granadas e similares. A rapidez coa que un explosivo alcanza a súa máxima presión (potencia) é unha medida da súa brisura.
A densidade de carga refírese á masa dun explosivo por unidade de volume.
A volatilidade é a rapidez coa que se vaporiza unha substancia. A volatilidade excesiva a miúdo resulta no desenvolvemento de presión dentro de roldas de munición e na separación de mesturas nos seus compoñentes. A volatilidade afecta á composición química do explosivo de xeito que pode producirse unha redución marcada da estabilidade, o que resulta nun aumento do perigo de manipulación.
Higroscopicidade: A introdución de auga nun explosivo é altamente indesexable xa que reduce a sensibilidade, a forza e a velocidade de detonación do explosivo. A higroscopicidade é unha medida das tendencias de absorción de humidade dun material. A humidade afecta negativamente aos explosivos ao actuar como un material inerte que absorbe a calor cando se vaporiza e ao actuar como un medio disolvente que pode provocar reaccións químicas non desexadas. A sensibilidade, a forza e a velocidade de detonación redúcense con materiais inertes que diminúen a continuidade da masa explosiva. Cando o contido de humidade se evapora durante a detonación, prodúcese un arrefriamento, o que reduce a temperatura de reacción. A estabilidade tamén se ve afectada pola presenza de humidade xa que a humidade promove a descomposición do explosivo e, ademais, provoca a corrosión do recipiente metálico do explosivo.
Toxicidade: Moitos explosivos son tóxicos ata certo punto. A súa fabricación tamén pode producir compostos orgánicos ou materiais perigosos que requiren unha dedicación especial debido a riscos (como os canceríxenos). Os produtos de descomposición, os sólidos residuais ou os gases dalgúns explosivos poden ser tóxicos, mentres que outros son inofensivos, como o dióxido de carbono e a auga.

Regulamentación

A legalidade de posesión ou uso de explosivo varía segundo a xurisdición. Varios países do mundo redactaron leis sobre explosivos e requiren licenzas para fabricar, distribuír, almacenar, empregar e posuír explosivos ou os seus ingredientes.

Notas

↑ Definicións no Dicionario da Real Academia Galega e no Portal das Palabras para explosivo.
↑ Sastri, M.N. (2004). Weapons of Mass Destruction. APH Publishing Corporation. p. 1. ISBN 978-8176487429.
↑ Singh, Kirpal (2010). Chemistry in Daily Life. Prentice-Hall. p. 68. ISBN 978-8120346178.
↑ Sigurðsson, Albert (17 de xaneiro de 2017). "China's explosive history of gunpowder and fireworks". GB Times. Arquivado dende o orixinal o 01 de decembro de 2017. Consultado o 01 de agosto de 2018.
↑ Pomeranz, Ken; Wong, Bin. "China and Europe, 1500–2000 and Beyond: What is Modern?" (PDF). 2004: Columbia University Press. Arquivado dende o orixinal (PDF) o 13 de decembro de 2016. Consultado o 01 de agosto de 2018.
↑ Kerr, Gordon (2013). A Short History of China. No Exit Press. ISBN 978-1-84243-968-5.
↑ Takacs, Sarolta Anna; Cline, Eric H. (2008). The Ancient World. Routledge. p. 544.
↑ Back, Fiona (2011). Australian History Series: The ancient world. p. 55. ISBN 978-1-86397-826-2.
↑ Ankony, Robert C., Lurps: A Ranger's Diary of Tet, Khe Sanh, A Shau, and Quang Tri, revised ed., Rowman & Littlefield Publishing Group, Lanham, MD (2009), p.73.
↑ W.W. Porterfield, Inorganic Chemistry: A Unified Approach, 2nd ed., Academic Press, Inc., San Diego, pp. 479–480 (1993)
↑ Krehl, Peter O.K. (2008-09-24). History of Shock Waves, Explosions and Impact: A Chronological and Biographical Reference (en inglés). Springer Science & Business Media. p. 106. ISBN 978-3-540-30421-0.
↑ Krehl, Peter O.K. (2008). History of Shock Waves, Explosions and Impact: A Chronological and Biographical Reference. Springer Science & Business Media. p. 1970. ISBN 978-3-540-30421-0.

Véxase tamén

Outros artigos

Ligazóns externas

[1] Definicións no Dicionario da Real Academia Galega e no Portal das Palabras para explosivo.

[2] Sastri, M.N. (2004). Weapons of Mass Destruction. APH Publishing Corporation. p. 1. ISBN 978-8176487429.

[3] Singh, Kirpal (2010). Chemistry in Daily Life. Prentice-Hall. p. 68. ISBN 978-8120346178.

[4] Sigurðsson, Albert (17 de xaneiro de 2017). "China's explosive history of gunpowder and fireworks". GB Times. Arquivado dende o orixinal o 01 de decembro de 2017. Consultado o 01 de agosto de 2018.

[5] Pomeranz, Ken; Wong, Bin. "China and Europe, 1500–2000 and Beyond: What is Modern?" (PDF). 2004: Columbia University Press. Arquivado dende o orixinal (PDF) o 13 de decembro de 2016. Consultado o 01 de agosto de 2018.

[6] Kerr, Gordon (2013). A Short History of China. No Exit Press. ISBN 978-1-84243-968-5.

[7] Takacs, Sarolta Anna; Cline, Eric H. (2008). The Ancient World. Routledge. p. 544.

[8] Back, Fiona (2011). Australian History Series: The ancient world. p. 55. ISBN 978-1-86397-826-2.

[ankony1-9] Ankony, Robert C., Lurps: A Ranger's Diary of Tet, Khe Sanh, A Shau, and Quang Tri, revised ed., Rowman & Littlefield Publishing Group, Lanham, MD (2009), p.73.

[10] W.W. Porterfield, Inorganic Chemistry: A Unified Approach, 2nd ed., Academic Press, Inc., San Diego, pp. 479–480 (1993)

[11] Krehl, Peter O.K. (2008-09-24). History of Shock Waves, Explosions and Impact: A Chronological and Biographical Reference (en inglés). Springer Science & Business Media. p. 106. ISBN 978-3-540-30421-0.

[12] Krehl, Peter O.K. (2008). History of Shock Waves, Explosions and Impact: A Chronological and Biographical Reference. Springer Science & Business Media. p. 1970. ISBN 978-3-540-30421-0.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]