Гексоген: физические и химические свойства, способы получения и применения

Гексоген или циклотриметилентринитрамин (C3H6N6O6) – это мощное взрывчатое вещество с высоким уровнем бризантности и приемлемым уровнем чувствительности. Гексоген относится к вторичным (бризантным)

видам взрывчатых веществ (ВВ). В настоящее время является одной из наиболее используемых видов взрывчатки. Относится к группе бризантных веществ повышенной мощности.Чаще всего гексоген применяется для различных военных нужд: снаряжения снарядов, авиабомб, мин, торпед и других боеприпасов. Кроме того, это взрывчатое вещество используется и во время проведения взрывных работ в промышленности, в шахтном деле, для прокладывания туннелей и выполнения других инженерных работ. Также гексоген используется в качестве одного из компонентов твердого ракетного топлива.

Впервые гексоген был синтезирован в конце позапрошлого века в Германии, однако масштабное промышленное производство этого взрывчатого вещества было налажено только в период Второй мировой войны. За время этого конфликта только в Германии было изготовлено более 100 тыс. тонн гексогена.

Данное взрывчатое вещество имеет отличные фугасные и бризантные свойства, достаточную химическую стойкость и приемлемую чувствительность. Поэтому неудивительно, что гексоген является второй по «популярности» взрывчаткой после тротила. Кроме того, технологии производства этого ВВ сравнительно просты и довольно дешевы. Исходным сырьем для гексогена служит азотная кислота и уротропин, которые получают из угля, воды и воздуха. Поэтому производство этой взрывчатки довольно легко может наладить практически любое государство. Исходя из вышесказанного, становится понятно, что найти аналог гексогена не так уж и просто.

В середине 90-х годов один фунт гексогена стоил от восьми до двенадцати долларов США.

Химические и физические свойства

Гексоген – это твердое вещество, в нормальном агрегатном состоянии представляющее собой белый кристаллический порошок. Не имеет ни вкуса, ни запаха. Сильный яд: это вещество поражает нервную систему человека, главным образом мозг и способно вызывать малокровие и различные нарушения кровообращения.

Удельный вес данного взрывчатого вещества составляет 1,816 г/см³, а молярная масса — 222,12 г/моль.

Плотность гексогена равняется 1,8 г/куб. см., температура вспышки – 220-230 °C, скорость детонации достигает 8380 м/сек, а энергия взрывчатого превращения – 1290 ккал/кг. Объем газообразных продуктов для гексогена составляет 908 л/кг, а давление во фронте ударной волны – 34,7 ГПа. Бризантность данного вида ВВ – 24 мм, фугасность – 470 мл.

Тротиловый эквивалент гексогена – 1,6, из чего становится понятным, что это взрывчатое вещество гораздо мощнее тротила.

Гексоген негигроскопичен, практически не растворяется в воде, химически активен мало. С металлами не реагирует, плохо растворяется в эфире, спирте, толуоле, бензоле и хлороформе, чуть лучше — в ДМФА, ацетоне, и концентрированных кислотах, уксусной и азотной.

Серной кислотой, щелочами гексоген разлагается, то же самое происходит с ним и при нагревании. Температура плавления этого взрывчатого вещества составляет 204,1 °C. Во время этого процесса сильно повышается чувствительность ВВ, поэтому гексоген не плавят, а прессуют. Хотя и прессуется эта взрывчатка также плохо, поэтому перед обработкой ее флегматизируют в ацетоне.

Гексоген хорошо горит, на открытом огне сгорает без остатка, при быстром нагревании взрывается. Имеет высокую чувствительность к механическим воздействиям, особенно к удару. Для снижения чувствительности это взрывчатое вещество обычно флегматизируют.

Это взрывчатое вещество особенно чувствительно к детонации. Гексоген обладает значительной химической стойкостью, гарантийный срок его хранения в условиях склада составляет 20 лет.

История создания

Первым взрывчатым веществом, с которым познакомилось человечество, стал черный дымный порох. Точная дата его изобретения неизвестна, но считается, что он появился в Китае уже в VII веке нашей эры. Если исходить из этой даты, то следует признать, что человечеству понадобилось чуть больше тысячи лет для изобретения второго вида взрывчатки.

Бурное развитие химии и других точных наук уже в конце XVIII века позволили получить пикриновую кислоту и гремучую ртуть. Наиболее успешным для химиков, которые работали над созданием новых типов ВВ, стало XIX столетие. В 1847 году был впервые синтезирован нитроглицерин, на основе которого чуть позже Альфред Нобель создал динамит. В 1863 году была получена самая распространенная в наши дни взрывчатка – тротил.

Гексоген был открыт в самом конце XIX века – в 1899 году немецким химиком Гансом Геннингом. Причем это открытие было сделано совершенно случайно. Ученый искал лекарство, которое бы помогало людям при воспалениях мочевыводящих путей, аналог уже известного в те времена уротропина. Геннинг надеялся, что его вещество будет лечить людей еще более эффективно. Однако вышло немного по-другому.

Вещество, синтезированное немецким химиком, не годилось для лечения, ибо обладало серьезными побочными эффектами, и медики очень быстро отказались от него. Однако через двадцать лет (в 1920 году) выяснилось, что гексоген – это сильнейшая взрывчатка, которая прекрасно подходит для военных целей. По мощности он превосходил тротил, а скорость его детонации превышала все известные на тот момент виды ВВ. Поначалу даже не могли определить бризантность этой взрывчатки, потому что она просто разрывала стандартный свинцовый столбик, который используется для определения этой характеристики. Взрыв гексогена массой в один килограмм приводит к таким же разрушениям, как и детонация 1,25 кг тротила.

После этого новым веществом заинтересовались военные сразу нескольких стран: Великобритании, Германии, США и СССР. В начале 30-х годов в этих странах уже существовали установки непрерывного действия для производства гексогена. Во время Второй мировой войны оно достигало сотен тонн в сутки, были придуманы несколько новых способов синтеза этой взрывчатки.

Следует отметить, что кустарное производство гексогена довольно затруднительно, поэтому террористы или криминальные структуры не так часто используют эту взрывчатку в своих целях. То, что для взрывов жилых домов, которые произошли в Москве и Волгодонске, а также для других терактов в российских городах в конце 90-х годов был использован гексоген, говорит либо о причастности к этим событиям спецслужб или о полном разрушении системы контроля над оборотом взрывчатых веществ.

Способы получения

В настоящее время известно несколько способов получения гексогена, все они пригодны для промышленного производства этого взрывчатого вещества.

Непосредственным сырьем для производства гексогена служит уротропин – лекарство и вещество, которое у нас многие ошибочно называют «сухим спиртом».

По методу Герца уротропин просто обрабатывали (нитрировали) концентрированной азотной кислотой. У этого способа были некоторые недостатки, главным из которых является сравнительно небольшой выход взрывчатки (примерно 40%) и значительный расход азотной кислоты. Хотя, надо сказать, что метод Герца применяется и сегодня. Он позволяет получать гексоген очень высокого качества.

Позже были разработаны другие методы получения гексогена:

Метод «К». Этот способ впервые применен в Германии. Он позволяет значительно повысить количество взрывчатки. От метода Герца отличается добавлением в азотную кислоту аммиачной селитры, которая нейтрализует побочный продукт реакции – формальдегид;
Метод «КА». В этом случае гексоген получается в присутствии уксусного ангидрида. В него добавляется раствор аммиачной селитры в азотной кислоте и динитрат уротропина;
Метод «Е». Этот метод также связан с уксусным ангидридом. Гексоген получается при взаимодействии аммиачной селитрой с формальдегидом в уксусном ангидриде;
Метод «W». Этот способ был разработан Вольфрамом в 1934 году. В результате реакции формальдегида с калиевой солью сульфаминовой кислоты получается «белая соль», которая затем обрабатывается смесью серной и азотной кислоты. Этот метод дает весьма высокий выход взрывчатого вещества – около 80%;
Метод Бахмана-Росса. Этот метод предложен американскими химиками. Он похож на «КА», но более удобен и технологичен.

Использование

Следует отметить, что в чистом виде этот вид ВВ практически не используют, так как он может быть опасен для самих саперов. Исключением являются только некоторые виды детонаторов. Для снаряжения боеприпасов, а также использования в ходе взрывных работ используют смеси на основе гексогена. Чаще всего его мешают вместе с тротилом, но могут быть и другие варианты.

Например, ТГ-50 – это сплав, в состав которого входит 50% гексогена и 50% тротила, ТГ-40 содержит 40% тротила и 60% гексогена, а ТГА-16 – 60% тротила, 24% гексогена, 13% алюминия и 3% алюминиевой пудры. По своим свойствам (бризантности и фугасности) эти смеси находятся между гексогеном и тротилом, недотягивая до чистого гексогена. Если говорить о теплоте взрыва, то ближе всего к гексогену находится смесь ТГА-16, а по фугасному действию – смесь ТГ-50.

Одной из самых удачных смесей на основе гексогена считается гексал А-lX-2. Это ВВ содержит 73% гексогена, алюминиевую пудру и воск, который используется в качестве флегматизатора. Любопытно, но это взрывчатку изобрел простой советский матрос Евгений Ледин, который еще до войны был отправлен на одну из фабрик по производству ВВ. По своим фугасным характеристикам гексал превосходит чистый гексоген. Более того, эта взрывчатка не детонирует даже от сильного удара, что позволяет использовать ее для снаряжения бронебойных снарядов корабельной артиллерии. Снаряд, начиненный гексалом, не взрывался при ударе о корабельную броню, детонация происходила уже после ее пробития.

Гексоген также является одним из компонентов пластической взрывчатки или, как ее еще называют, пластита. Это взрывчатое вещество представляет собой смесь гексогена и пластификатора, который делает его мягким, пластичным, а иногда даже липким. Пластиты – это целая группа ВВ, в которую входят смеси, отличающиеся содержанием пластификатора и его видом. Например, есть пластит, состоящий из 88 частей гексогена и 12 частей смазочного масла, в другом распространенном пластите содержится 78% гексогена и 12% смолистого связывающего пластификатора. Пластит – довольно дорогая взрывчатка, он не используется для снаряжения боеприпасов, как правило, его применяют для подрыва различных объектов: мостов, дотов, железнодорожных путей, металлоконструкций. К пластитам относится американская взрывчатка С-4, которая хорошо известна нашим гражданам благодаря многочисленным голливудским боевикам.

В последние годы в нескольких странах мира налажено масштабное производство IRDX – так называемого малочувствительного гексогена, восприимчивость к ударно-волновому воздействию у которого гораздо ниже, чем у стандартного взрывчатого вещества