Гексоген: путь от лекарства к мощнейшей взрывчатке

Среди огромного количества химических веществ имеется группа специфических веществ, обладающих особым химическим свойством – при определенных изменениях физического состояния вещества начинается мгновенная и активная взрывная реакция. Процесс происходит стремительно, в течение 1-5 миллисекунды. Именно такое описание характеризует взрывчатые вещества – продукты, появившиеся в результате осознанной человеческой деятельности. Одним из самых мощных взрывчатых вещества является гексоген. На первый взгляд это белое и безобидное, порошкообразное вещество, не имеющее ни вкуса, ни запаха. На деле этот порошок способен произвести колоссальные разрушения.

Банальная и типичная история изобретения

Конец XIX века можно охарактеризовать одним коротким и емким выражением – период великих изобретений. Однако, как и в большинстве случаев, величайшие открытия, сделанные человеком, сразу обретали угрожающее направление. Все, что создавала человеческая мысль, сразу же использовалось для последующего изобретения человеком самых страшных и самых мощных средств уничтожения себе подобных. Не обошла стороной эта участь и область химии. Эта наука дала возможность человеку успешно бороться со страшными недугами и одновременно с этим, позволила получить средства для безжалостного уничтожения друг друга на полях сражений.

Химики относятся к разряду тех ученых, которые поверхностно задумываются над тем, что они делают. Так было и в случае с изобретением гексогена. Немецкий химик Ганс Геннинг сумел создать в конце XIX века сложное химическое вещество, обладающее лечебными свойствами. Ученый, уверенный в своих благих намерениях, пытался создать эффективный лекарственный препарат, способный сделать в медицине настоящий научный прорыв. Мочекаменная болезнь, воспаление мочеполовой системы стали новым бичом современного человеческого общества. Отсутствие эффективных терапевтических средств для лечения недугов толкало ученых на поиск и создание новых медикаментозных средств.

Немцу удалось создать гексоген, который в 1899 году был запатентован как лекарственный препарат. Следует отметить, что аналог гексогена – лекарственный препарат уротропин или гексаметилентетрамин, был открыт еще в 1859 году русских химиком А.М. Бутлеровым. С медицинской точки зрения изобретение немецкого химика в те годы не привело к заметному прорыву в урологии. Применение препарата сопровождалось большим количеством опасных побочных эффектов, которые на тот момент не имели четкого научного объяснения.

Гексоген(научное название триметилентринитроамин) получается в результате химической реакции из уротропина и азотной кислоты. Эти компоненты в свою очередь можно легко получить, используя уголь, воздух и воду. Из этого вытекает, что по своей химической природе новое вещество имеет неограниченный ресурс. В процессе первых опытов удалось получить мелкокристаллическое вещество белого цвета, которое отличалось абсолютно аморфным состоянием. Гексоген не растворяется в воде, негигроскопичен и в нормальном агрегатном состоянии не проявляет агрессивных реакций. К тому же, как выяснилось, вещество не взаимодействует с металлами.

Проблемный метод

К началу 1941 года НКРР изучал новые процессы. Процесс Woolwich или процесс прямого нитрования имеет по крайней мере два серьезных недостатка: он использовал большое количество азотной кислоты и растворял по меньшей мере половину формальдегида. Один моль гексаметилентетрамина мог давать не более одного моля RDX. По меньшей мере, три лаборатории без предшествующего взрывного опыта были поручены разработать более совершенные методы производства для RDX; они были основаны в государственных университетах Корнелла, Мичигана и Пенсильвании. Вернер Эммануэль Бахманн из Мичигана успешно разработал «комбинированный процесс», объединив канадский процесс с прямым нитрованием. Комбинационный процесс требовал больших количеств уксусного ангидрида вместо азотной кислоты в старом британском «вульвистском процессе». В идеальном случае комбинационный процесс может давать два моля RDX из каждого моля гексаметилентетрамина.

Огромное производство RDX не может продолжать полагаться на использование натурального пчелиного воска для десенситизации. В исследовательской лаборатории Bruceton Explosives был разработан заменитель стабилизатора на основе нефти.

Химические и физические свойства гексогена

Несмотря на свои уникальные свойства, гексоген оставался для военных темным и неизвестным пятном в военной науке. Ни русско-японская война, ни Первая Мировая не стали детонатором в области развития взрывчатых веществ. Только в 20-х годах военные обратили внимание на уникальные химические свойства этого химического вещества.

Основные химические свойства гексогена, которые привлекли внимание военных, заключались в стойкости вещества и в его высокой бризантности. К тому же вещество было просто и доступно в получении. Технологию изготовления гексогена можно было освоить даже при слабо развитой химической отрасли. В 1920 году усилиями британских химиков стало возможным получать вещество более простым способом – нитрование концентрированной азотной кислотой уротропина. В результате опытов стали ясно видны взрывчатые свойства гексогена. С этого момента за работу взялись специалисты – пиротехники.

Оказалось, что вещество способно под воздействием определенных внешних факторов перейти из спокойного агрегатного состояния к быстрому химическому превращению, сопровождающемуся интенсивным выделением горючих газов. Тем более что этот процесс происходит мгновенно в течение тысячной доли секунд. Обнаружилось, что гексоген при детонации порождает ударную волну сверхзвуковой скорости. Давление газов за считанные мгновения вырастает до больших величин, образуя область огромной разрушительной силы. Такой тип взрыва характерен для аммонита и тротила.

Для того, чтобы привести механизм химической реакции в действие необходимо обеспечить внешнее воздействие. Для случая с гексогеном такими внешними факторами могут стать:

• кинетическая энергия, передаваемая в результате удара или трения;
• тепловое воздействие, оказываемое на вещество в результате нагревания, искры или под воздействием открытого пламени;
• химическая реакция, возникшая в результате взаимодействия с другими химическим веществом;
• детонационное воздействие, вызванное взрывной волной другого взрывчатого вещества.

Зафиксированные данные об опытах наглядно продемонстрировали, что безобидный кристаллический порошок белого цвета, призванный лечить людей от заболеваний мочеполовой системы, обладает колоссальной разрушительной силой.

Пиротехники сумели высчитать фугасность и бризантность гексогена. Эти два параметра характеризуют все взрывчатые вещества. Оказалось, что у гексогена фугасность вдвое выше, чем у тротила. Другими словами, 10 г. гексогена в момент взрыва выделяют 480 см3 горючих газов, тогда как тротил при детонации способен образовывать всего 285 куб. см. газов. Что касается бризантности, то в данном случае новое вещество в 1,26 раза превышает показатели, получаемые при подрыве тротила. Скорость детонации гексогена составляет 8360 м/с, при этом выделяется объем газов, равный 908л/кг.

Взрыв гексогена создает по фронту ударной волны давление 33,8 ГПа.

Такие превосходные с точки зрения разрушительности параметры не могли пройти мимо военных. В начале 30-х годов, сначала в Англии, а позже и в континентальной Европе начинается массовое производство гексогена, только уже в качестве взрывчатого вещества. На химических производствах налажен непрерывный цикл нитрования уротропина, что позволило в кратчайшие сроки добиться больших объемов выпуск ВВ нового типа.

Примечательно обратить внимание на экономические показатели выпуска гексогена перед началом Второй Мировой войны по странам. В Англии за сутки получали 360 тонн гексогена, в США и в Германии эти показатели были ничуть не меньшими – по 350 и по 345 тонн соответственно. Всего за годы Второй Мировой войны Третий Рейх выпустил на своих заводах 110 тыс. тонн гексогена.

Дальнейшее производство

НКРР поручил трем компаниям разработать опытные установки. Это были: компания Western Cartridge, E. I. du Pont de Nemours & Company и компания Теннесси Истман, часть Eastman Kodak. В Eastman Chemical Company (TEC), ведущем производителе ангидрида уксусной кислоты, Werner Emmanuel Bachmann разработал непрерывный процесс для создания RDX. RDX имел решающее значение для военных операций, и тогдашний процесс его производства был слишком медленным. В феврале 1942 года TEC начал выпускать небольшие объемы RDX на своем экспериментальном заводе Wexler Bend, что привело к тому, что правительство США разрешило TEC проектировать и строить Works of Holston Ordnance Works (HOW) в июне 1942 года. К апрелю 1943 года там производился RDX. В конце 1944 года и , в котором использовался процесс Вулвича, производили 25 000 коротких тонн (23 000 тонн — 50 миллионов фунтов) композиции «В» в месяц.

Практическая плоскость применения гексогена

Следует отметить, что взрывчатое вещество, к которым относится гексоген, несмотря на свои высокие показатели фугасности и бризатности, никогда не применялся самостоятельно в качестве взрывчатки. Единственный случай непосредственного применения этого взрывчатого вещества в военно-технологических целях – начинка в капсюлях к патронам и к снарядам. Случаи практического применения этого ВВ в качестве самостоятельной взрывчатки носят прикладной характер. В технологических целях гексоген используется только в компании с другими взрывчатыми веществами, вместе с которым он образует взрывчатку определенного вида и типа.

Обычная практика изготовления взрывчатки предполагала смешивание гексогена с тротилом. Пропорция в данном случае составляла 50 на 50. Выпускаются ВВ, в которых процент содержания гексогена был выше на 10-20%.

На сегодняшний день производство гексогена значительно упростилось. Его стали получать не из уротропина, а из промежуточного продукта динитрата уротропина и 35% азотной кислоты. Выход гексогена в данном случае составлял уже не 10-35%, а вдвое больше. Процентный состав определяет наличие поражающих факторов взрывчатого вещества. Так, к примеру, взрывчатка ТГ-50, в которой тротил и гексоген присутствуют в равных пропорциях, обладает большим фугасным действием. Максимальная теплота выделяется в момент взрыва у взрывчатки ТГА-16 и А-IX-2, в которых к тротилу и гексогену добавляются алюминиевый пудра и алюминиевый порошок и воск.

Гексоген во второй половине XX века стал использоваться при изготовлении пластита, пластичной взрывчатки ППВ-4. Такие смеси в виде замазки обладают хорошей пластичностью и клейкой основой. В составе таких смесей гексоген содержится в пропорции 4 к 1 или 5 к 1 по отношению к связывающему веществу. Самая известная пластическая взрывчатка, в состав которой входит 94% гексогена, является С-4.

Сравнение с другими взрывчатыми веществами

Для наглядности приведём небольшую таблицу с характеристиками различных ВВ. Возьмём тротил, как «фактический стандарт», собственно гексоген и более позднюю взрывчатку – октоген. В качестве перспективного взрывчатого вещества послужит гексанитрогексаазаизовюрцитан.

Несложно понять, что по мощности RDX действительно превзошёл TNT. А вот октоген, даже превосходя предшественников по «взрывчатым» качествам, всё-таки не имел такого решительного превосходства, а в изготовлении оказался сложнее. Сложность и дороговизна изготовления пока что — барьер и для широкого распространения новейших ВВ. Даже если новые разработки гораздо мощнее гексогена.

Аналогом гексогена, который сможет его полностью вытеснить, считается малочувствительная взрывчатка FOX-7, полученная в Швеции в 1998 году. По характеристикам она близка к «композиции В», а её синтез несложен. Однако выпускают FOX-7 в малых масштабах, а о планах по её широкому применению ничего не известно.

Гексоген сегодня

Современное производство гексогена происходит на закрытых химических предприятиях. Самостоятельное соединение этого взрывчатого вещества с другими компонентами осуществляется только в промышленных условиях с использованием специального оборудования. При изготовлении взрывчатки гексоген окрашивается в оранжевый цвет и прессуется. На сегодняшний день выпускаются следующие типы взрывчаток, применяемые в военных целях. Взрывчатки ЭВВ, ТГА. МС и ТГ-50 идут на снаряжении боевых боеприпасов определенного вида. К примеру, ТГ-50 составляет заряд в кумулятивных снарядах. Морские мины оснащаются взрывчаткой МС.

В отличие от тринитротолуола (тротил) производство гексогена отличается низкой рентабельностью, что делает его самым массовым взрывчатым веществом на сегодняшний день. Высокие показатели фугасности и бризантности делают гексоген очень удобным и эффективным ВВ для изготовления боеприпасов специального назначения.

Итог

Цель Соединенного Королевства во Второй мировой войне заключалась в использовании «десенсибилизированного» RDX. В оригинальном процессе получения гексогена от Woolwich RDX был флегматизирован пчелиным воском, но позже использовался парафиновый воск, основанный на работе, выполненной в компании Bruceton. В случае, если Великобритания не смогла получить достаточно RDX для удовлетворения своих потребностей, некоторые из недостатков методов производства были исправлены путем замены аматола, смеси нитрата аммония и тротила. Эта информация будет полезна всем, кто все еще не знает, что такое гексоген.

Применение[ | ]

Применяют для изготовления детонаторов (в том числе детонационных шнуров) снаряжения боеприпасов и для взрывных работ в промышленности, как правило, в смеси с другими веществами (тротилом и т. п.), а также, с добавкой флегматизаторов (парафина, воска, церезина), уменьшающих опасность взрыва гексогена от случайных причин. Например, широко известная С-4 — это 91 % гексогена, 2,25 % полиизобутилена, 5,31 % диоктилсебацината и 1,44 % жидкой смазки.

Также может использоваться как компонент топлива в твердотопливных ракетных двигателях.

A-IX-2 или как Ледин решил нерешаемую задачу

37 тренеров в cs:go забанили за использование бага
Не взрывчаткой ТГА поразил специалистов инженер Ледин, она была его разминкой. К 1941 году он решил проблему, над которой до этого 30 лет безуспешно бились химики всех стран и к тому времени стали эту проблему считать неразрешимой в принципе. Вот в чем дело.

Уже к началу века черный порох в артиллерийских снарядах стали заменять более сильными взрывчатыми веществами. Идеальным взрывчатым веществом для этих целей стал тринитротолуол (ТНТ, тол). Он безопасен в обращении, надежен, легко заливается в корпуса снарядов. Он идеален практически для всех видов снарядов… кроме бронебойных.

При падении снаряда на землю, при ударе его о не очень твердые препятствия тринитротолуол выдерживает сотрясение и взрывается только тогда, когда его подорвет детонатор взрывателя. Но бронебойный снаряд летит с очень высокой скоростью, и его удар о броню очень резкий. Тринитротолуол не выдерживает удара и взрывается немедленно. Снаряд разрушается на броне и броню пробить не может.

Для того чтобы тринитротолуол преждевременно не взрывался, в него вводят флегматизаторы — вещества, делающие взрывчатку более устойчивой к удару. Но при этом падает мощность взрыва чуть ли не до мощности черного пороха. Химики брали более мощные взрывчатые вещества, но они практически все еще более нежные и уже не выдерживают не только удара о броню, но даже толчка при выстреле — взрываются прямо в стволе пушки. Таким взрывчатым веществам, чтобы они преждевременно не взрывались, нужно вводить флегматизаторы в увеличенных объемах, после чего мощность их взрыва становится, как у тринитротолуола — овчинка выделки не стоит. С начала века по начало Второй мировой войны химики перепробовали все и пришли к выводу, что эту задачу решить невозможно.

Так вот, в 1938 году Ледин взялся изобрести взрывчатое вещество для бронебойных снарядов, которое бы было в два раза мощнее тринитротолуола! Когда он разработал техзадание на это вещество, то все ученые, профессоры и прочие специалисты просто сочли его безграмотным дураком. Но поскольку Ледин был вольнонаемным при военной лаборатории, то начальство не возражало, чтобы он «побаловался» над решением нерешаемой задачи.

В это время случилась неприятность — Ледина призвали в армию. Специалисты в лаборатории были очень нужны, и начальство предложило присвоить ему офицерское звание и включить в штат лаборатории. Ему бы предоставили квартиру, высокий оклад, пайки и т.д. и т.п. Но в этом случае Ледин уже не смог бы заниматься своей взрывчаткой и вынужден был бы работать по плану лаборатории. И Ледин отказывается становиться офицером. Его призывают на службу матросом, но, правда, лаборатория добивается, чтобы он служил при ней. Теперь у Ледина не хватает денег снимать квартиру, содержать семью. Он отправляет ребенка к матери, они с женой ночуют по углам у друзей, меняя эти углы каждую ночь. Но Ледин упорно работает над своим изобретением и к началу войны создает взрывчатку, которая выдерживает удар снаряда о броню, но мощнее тринитротолуола более чем в 2 раза!

Уже по этой причине Ледин — выдающийся советский инженер и ученый! Но и это не все…

Снаряды, снаряженные взрывчаткой Ледина (он назвал ее A-IX-2), стали обладать такой высокой температурой взрыва, что поджигали внутри танка все, что могло гореть. Из-за этого они одно время назывались еще и зажигательными. А зенитные снаряды, снаряженные этой взрывчаткой, резко увеличили эффективность: был случай, когда одним удачно посланным 130-мм снарядом было сбито сразу звено из 3-х немецких бомбардировщиков. Если же стрельба велась ночью, то вспышки взрывов были настолько яркими, что немецкие летчики слепли и уже не видели ни земли, ни приборов, ни соседних самолетов. Но и это все еще не все.

Когда немцы добыли эти наши бронебойные снаряды, снаряженные взрывчаткой Ледина, то немецкая химия попыталась ее воспроизвести. Захваченный после войны отчет немецкого института Chemisch-Technische Reichanstalt Institut начинается с приказа Гитлера открыть секрет взрывчатки Ледина. В отчете описывается огромная работа немецких химиков по разгадке секрета этой взрывчатки. Из чего она создана, они, разумеется, немедленно поняли. Но как Ледин ее создал, они до конца войны понять не смогли. Эстафету у немцев приняли химики НАТО, США, Европы и всего мира. Бесполезно!

СССР сумел сохранить тайну, и 50 лет бронебойные снаряды, боевые части ракет были у Советской Армии самыми мощными в мире!

Инженер Ледин опередил своих коллег во всем мире на 50 лет, а если бы СССР не уничтожили и тайну взрывчатки не продали Западу, то, возможно, эта цифра удвоилась бы.

Чем опасен для человека

Гексоген обладает довольно мощным токсическим действием. Симптомы острого отравления проявляются следующим образом:

Предельно допустимая концентрация гексогена в крови для человеческого организма составляет 0,001 мг/л, что аналогично показателям для фенола.

Особенно опасно ингаляционное отравление гексогеном. Субстанция легко всасывается в лёгкие и поступает в кровеносное русло, минуя печень. Максимальная концетрация при этом достигается мгновенно. Промывание желудка при любом способе поступления субстанции эффективно, так как устанавливается равновесие концентраций субстанции в крови и в желудочном содержимом. Но вызывать рвоту при этом крайне не рекомендуется!

Источник

Примечания

1. [dic.academic.ru/dic.nsf/enc3p/321038 ЦИКЛОТРИМЕТИЛЕНТРИНИТРАМИН]. Большой Энциклопедический словарь
   (2000). Проверено 28 июня 2014.
2. [institutebishop.org/Reactions_Energy_Redox_Explosives_Science.pdf An Introduction to Chemical Reactions, Energy, Gases, and Chemical Explosives], Mark Bishop: «Research Department Explosive, RDX (T4) High detonation velocity ( 8700 m/s) Relative effectiveness factor of 1.6»

Чем опасен для человека

Гексоген обладает довольно мощным токсическим действием. Симптомы острого отравления проявляются следующим образом:

Предельно допустимая концентрация гексогена в крови для человеческого организма составляет 0,001 мг/л, что аналогично показателям для фенола.

Особенно опасно ингаляционное отравление гексогеном. Субстанция легко всасывается в лёгкие и поступает в кровеносное русло, минуя печень. Максимальная концетрация при этом достигается мгновенно. Промывание желудка при любом способе поступления субстанции эффективно, так как устанавливается равновесие концентраций субстанции в крови и в желудочном содержимом. Но вызывать рвоту при этом крайне не рекомендуется!

Источник

Октоген

В 1942 году американский химик Бахманн, проводя опыты с гексогеном, случайно обнаружил новое вещество октоген, причем в виде примеси. Свою находку он предложил военным, однако те отказались. Между тем, через несколько лет, после того, как удалось стабилизировать свойства этого химического соединения, в Пентагоне всё же заинтересовались октогеном. Правда, в чистом виде в военных целях он широко не применялся, чаще всего в литьевой смеси с тротилом. Эта взрывчатка получила название «октолом». Она оказалась на 15% мощнее гексогена. Что касается её эффективности, то считается, что один килограмм октогена произведет столько же разрушений, что и четыре килограмма тротила.

Впрочем, в те годы производство октогена было в 10 раз дороже изготовления гексогена, что сдерживало его выпуск в Советском Союзе. Наши генералы подсчитали, что лучше произвести шесть снарядов с гексогеном, чем один – с октолом. Именно поэтому так дорого обошелся американцам взрыв склада боеприпасов во вьетнамском Куи-Нгоне в апреле 1969 года. Тогда официальный представитель Пентагона заявил, что из-за диверсии партизан ущерб составил 123 миллиона долларов, или примерно 0.5 млрд. долларов в нынешних ценах.

В 80-х годах прошлого века после того, как советские химики, в том числе и Е.Ю. Орлова, разработали эффективную и недорогую технологию синтеза октогена, в больших объемах он стал выпускаться и у нас.

Структурная изомерия

Для гексана характерна структурная изомерия – изомерия углеродного скелета.

Структурные изомеры — это соединения с одинаковым составом, которые отличаются порядком связывания атомов в молекуле, т.е. строением молекул.

Изомеры углеродного скелета отличаются строением углеродного скелета.

Для пентана не характерна пространственная изомерия.

Открытие

Гексоген был создан в 1898 году Георгом Фридрихом Хеннинг, который получил немецкий патент (патент № 104280) для его изготовления путем нитролиза гексамина (гексаметилентетрамина) с концентрированной азотной кислотой. В этом патенте упоминались медицинские свойства вещества; однако еще три немецких патента, полученные Хеннингом в 1916 году, описывали гексоген как вещество, пригодное для использования в бездымных пропеллентах. Немецкие военные начали исследование его использования в 1920 году, ссылаясь на него как на гексоген. Результаты исследований и разработок не были опубликованы до тех пор, пока Эдмунд фон Герц, описанный как австрийский, а затем и немецкий гражданин, не получил британский патент в 1921 году и патент Соединенных Штатов в 1922 году. Обе заявки на патент были рассмотрены в Австрии. Британские заявки на патент включали производство взрывчатого вещества гексогена (RDX) путем нитрования, его использование с или без других взрывчатых веществ, в качестве взрывного заряда и в качестве детонатора. Заявка на патент США предназначалась для использования полого взрывного устройства, содержащего RDX, и крышки детонатора, содержащей RDX. В 1930-х годах Германия разработала усовершенствованные методы производства гексогена.

Симптомы острого отравления:

Животные.

В клинической картине преобладали тонические судороги. Дозы 0,02-0,15 г/кг вызвали в течение месяца гибель всех мышей. На вскрытин – отек мозга и дистрофия внутренних органов. Отравление кроликов через рот дозой 7,0 мг/кг в течение 160 дней ежедневно вызвало лимфоцитоз и нарушение функций печени. У собак при длительном введении 0,1-1,0 мг/кг – нарушение локомоторной функции.

Человек.

У части рабочих, занятых сушкой и просеиванием гексогена, отравление проявлялось приступами: головная боль, головокружение, тошнота, сладковатый вкус и ощущение сухости во рту, жажда, слабость, подергивания всего тела или рук, ног, головы. В более тяжелых случаях – потеря сознания, синюха лица и конечностей, судороги, после которых – многократная рвота. При этом отмечаются расстройства вегетативной нервной системы (повышение пиломоторной реакции, потливость, учащение или замедление сердечных сокращений, повышение температуры тела, резкий дермографизм, частые позывы к мочеиспусканию), иногда расстройство сна. У части пострадавших приступам предшествуют страх, тоска, плаксивость, реже галлюцинации. Такие приступы возникали чаще в первые 6-8 месяцев работы во время рабочего дня или через несколько часов после окончания работы и даже после 1-2 дней отдыха, что, по-видимому, указывает на накопление гексогена в организме. У некоторых лиц приступы повторялись до 5 раз за время работы с гексогеном. По прекращении работы с гексогеном явления отравления быстро исчезали.