炸藥 (Explosive material)
黑火藥 (Gunpowder)
火藥一般由硫磺、木炭和硝石(硝酸鉀)混合而成,其木炭是作為燃料,而硫磺和硝石作為氧化劑。
黑火藥是用硫磺粉和木炭粉(供碳)以及硝酸鉀(供氧)按照化學計量「一硫二硝三木炭」的比例(質量硝酸鉀75%、硫磺10%、木炭15%)混合製成。 最佳比例應為硝酸鉀74.64%,硫磺11.85%,木炭13.51%(質量比)。不過上述的75:10:15比例仍是現在的工業生產標準比例。
黑火藥反應式:2KNO3 + S + 3C → K2S + N2 + 3CO2
產生大量的白色氣體,在封閉空間中可推進要發射的物體。
硝石是火藥的關鍵構成之一,火藥配方最早在公元9世紀晚唐時期的煉丹書籍中就有記載。
公元904年,楊行密軍圍攻豫章(今江西南昌),部將鄭璠命所部「發機飛火,燒龍沙門,率壯士突火先登入城,焦灼被體」,這是火藥最早使用於軍事記載,最早的火藥武器則出現在五代時期的敦煌壁畫。
北宋 武經總要 記載三種複雜的火藥配方 (火球法、蒺藜火球法、毒煙球法),和利用火藥製造霹靂火球、鐵嘴火鷂等炸彈之方法。
1240年前後,阿拉伯人從中國獲得到火藥的知識,稱來自東方的硝石為「中國雪」,他們還知道煙花爆竹,稱之為「中國花」,又稱火箭為「中國箭」。
在1304年阿拉伯人亦將黑火藥應用在軍事上,放在竹或鐵製的管內,以射擊箭枝。
1847年由都靈大學的化學家索布雷洛發明 硝化甘油 (Nitroglycerin) (C3H5N3O9),是一種爆炸能力極強的炸藥,但是卻難以控制,極易由於受熱、撞擊而爆炸,對使用者非常危險。
1867年,諾貝爾 發現,只要把硝化甘油和矽藻土之類的惰性吸收劑混合在一起,加工起來就方便安全多了,諾貝爾把這種混合配方註冊專利,並命名為「Dynamite」,即後來的 矽藻土炸藥 。
矽藻土炸藥可分為40%與60%硝化甘油兩種:
- 40%版:40%硝化甘油、15%木粉、44%硝石、1%碳酸鈣
- 60%版:60%硝化甘油、16%木粉、23%硝石、1%碳酸鈣
矽藻土炸藥不容易因受熱或撞擊而爆炸,因此安全性很高,要引爆矽藻土炸藥必須用其他爆炸物,通常會用 雷管 來控制引爆。
1875 年,諾貝爾利用膠狀物質的火棉膠,發明出葛里炸藥。
諾貝爾沒有子孫,即將辭世之際立下了遺囑:「請將我的財產變做基金,每年用這個基金的利息作為獎金,獎勵那些在前一年為人類做出卓越貢獻的人。」
於是從1901年開始頒發 諾貝爾獎 給《物理學、化學、生理醫學、文學、和平》等五個領域。
TNT 黃色炸藥
1863年 J·維爾勃蘭德(Joseph Wilbrand)發明了TNT 黃色炸藥 (三硝基甲苯, 英文:Trinitrotoluene),與硝化甘油不同,精煉的三硝基甲苯對於摩擦、震動都十分穩定。即使被槍擊,也不易爆炸。它需要雷管引爆。TNT不會與金屬起化學作用或者吸收水份。因此它可以存放多年。但它與鹼強烈反應,會生成不穩定的化合物。
TNT爆炸反應式:2C7H5N3O6 → 12CO + 5H2 + 3N2 + 2C
矽藻土炸藥與TNT是兩種完全不同的炸藥,嚴格意義上並不能將矽藻土炸藥稱為「黃色炸藥」,而且,雖然三硝基甲苯(TNT)和矽藻土炸藥兩者都是烈性炸藥,但它們之間的相似性並不大。矽藻土炸藥是吸濕的混合物,然後壓縮成圓筒狀,並用紙包浸泡在硝化甘油中。而TNT是一種名為2,4,6 — 三硝基甲苯的化學化合物。(軍用矽藻土炸藥是矽藻土炸藥的替代品,它的配方中也不含硝化甘油,並也含有75%的RDX,15%的TNT,5%的SAE10發動機油和5%的玉米澱粉,但比諾貝爾的炸藥能更安全地長時間存儲和處理。一根炸藥(0.19公斤,75%的硝化甘油,炸藥的混合物中沒有其他爆炸物)含有大約1兆焦耳的能量。炸藥的能量密度(焦耳/千克或焦耳/公斤)大約是5兆焦耳/公斤,而TNT炸藥則是4兆焦耳/公斤(TNT相對有效指數=1.00;諾貝爾炸藥相對有效指數=1.25)。
雷管
雷管 又稱爆破帽,是用來控制引爆炸藥的裝置。
1745年英國醫生和藥劑師 威廉·沃森(William Watson, F.R.S.)證明電火花可以點燃黑火藥粉末,發明了第一個 《雷管》 。
1750年,美國的《班傑明、富蘭克林》製造了一個商業雷管,由一個裝滿黑色粉末的紙管組成,兩側都有導線,兩端密封著填料。兩根導線接近但沒有接觸,因此兩根導線之間的大電火花放電會燒掉蓋子。
1832年,美國化學家羅伯特·哈爾(Robert Hare)生產了一種熱線雷管,儘管意大利人伏爾塔和卡瓦洛曾嘗試過類似的線路。Hare 通過將多股線穿過錫管內的火藥裝置來製造他的爆破帽;他已經切斷了多股線的一條細線,以便細股可以作為熱橋線。當來自大電池的強電流(他稱之為“滅火器”或“calorimotor”)通過細線時,它變成白熾燈並點燃了火藥的電荷。
1863年,諾貝爾意識到儘管硝化甘油不能被引信引爆,但它可能會被一小部分火藥爆炸引爆,而火藥則會被引信號點燃。一年之內,他在雷管中加入了火藥汞,並且到1867年,他正在使用由保險絲觸發的暴露汞的小銅膠囊來引爆硝酸甘油。
1868年,馬薩諸塞州波士頓的亨利·朱利葉斯·史密斯(Henry Julius Smith)推出了一種結合了火花隙點火器和雷暴汞的帽子,這是第一個能夠引爆炸藥的電帽。
1875年,H。朱利葉斯史密斯 — 然後在1887年,馬薩諸塞州北亞當斯的佩里加德納開發了電子雷管,它將熱線雷管與爆炸性汞爆炸物結合起來。這是第一個通用的現代型爆破帽。現代帽子使用不同的炸藥和單獨的主要和次要炸藥,但通常非常類似於加德納和史密斯帽。
H. Julius Smith還發明了第一個用於點燃爆破帽的令人滿意的便攜式電源:一種由齒輪齒條驅動的高壓磁電機,而後者則由向下推動的T形手柄驅動。
電子匹配帽是在20世紀初在德國開發的,並在20世紀50年代ICI國際收購Atlas Powder Co.時傳播到美國。這些匹配帽已成為世界標準的主要帽型。
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