Вибух - хімічна енциклопедія

ВИБУХ. виділення великої кількості енергії в обмеженому обсязі в-ва за короткий проміжок часу. Розрізняються вибухи двох типів. До першого типу відносять вибухи, зумовлені вивільненням хім. або ядерної енергії в-ва, напр. вибухи хім. вибухових речовин. сумішей газів. пилу і (або) парів. а також ядерні та термоядерні вибухи. При вибухах другого типу виділяється енергія, отримана в-вом від зовн. джерела. Приклади подібних вибухів - потужний електричні. розряд в середовищі (в природі - блискавка під час грози); випаровування металеві. провідника під дією струму великої сили; вибух при впливі на в-во деяких випромінювань великої щільності енергії, напр. сфокусованого лазерного випромінювання; раптове руйнування оболонки зі стисненим газом.

Вибухи першого типу можуть здійснюватися ланцюговим або тепловим шляхом. Ланцюговий вибух відбувається в умовах, коли в системі виникають у великих концентраціях активні частинки (атоми і радикали в хім. Системах, нейтрони -в ядерних), здатні викликати розгалужену ланцюг перетворень неактивних молекул або ядер (див. Ланцюгова реакція). Насправді не все активні частинки викликають р-цію, частина їх виходить за межі обсягу в-ва. Оскільки число йдуть з обсягу активних частинок пропорційно пов-сті, для ланцюгового вибуху існує т. зв. критич. маса, при якій число знову утворюються активних частинок ще перевищує число йдуть. Виникненню ланцюгового вибуху сприяє стиснення в-ва, тому що при цьому зменшується пов-сть. Зазвичай ланцюгової вибух газових сумішей реалізують швидким збільшенням критич. маси при збільшенні обсягу судини або підвищенням тиску суміші, а вибух ядерних матеріалів - швидким з'єднанням дек. мас, кожна з яких брало менше критичної, в одну масу, більшу критичною.

Тепловий вибух виникає в умовах, коли виділення тепла в результаті хім. р-ції в заданому обсязі в-ва перевищує кількість тепла, що відводиться через зовн. пов-сть, що обмежує цей об'єм, в навколишнє середовище за допомогою теплопровідності. Це призводить до саморазогрева в-ва аж до його самозаймання та вибуху (див. Займання. Горіння).

При вибухах будь-якого типу відбувається різке зростання тиску в-ва, що оточує осередок вибуху середу відчуває сильне стиснення і починає рухатися, до-рої передається від шару до шару, - виникає вибухова хвиля. Стрибкоподібне зміна стану в-ва (тиску. Щільності, швидкості руху) на фронті вибухової хвилі, що розповсюджується зі швидкістю, що перевищує швидкість звуку в середовищі, являє собою ударну хвилю. Закони збереження маси і імпульсу пов'язують швидкість фронту хвилі, швидкість руху в-ва за фронтом, стисливість і тиск в-ва. Тому, щоб визначити всі хутро. параметри вибухової хвилі, досить виміряти експериментально будь-які два з них (зазвичай швидкості фронту і руху в-ва за фронтом). Для вибухових хвиль з тиском на фронті, що не перевищує неск. ГПа, існують методи прямого визначення тиску і стисливості. Розроблено також методи визначення немех. параметрів хвилі - т-ри, електричні. провідності в-ва за фронтом і т.п.

Руйнівний вплив вибухів на навколишні об'єкти обумовлено вибуховою хвилею. Тиск в-ва на фронті хвилі в міру її віддалення від місця вибуху падає; відстань, на к-ром вибухові хвилі надають однаковий вплив, збільшується пропорційно кубич. кореню з кількості енергії, що виділяється при вибуху.

Вибухи використовують в буд-ві, гірничій справі, металообробці. У наукових дослідженнях вибухи застосовують для вивчення св-в в-в в широкій області параметрів стану - від розріджених газів до рідин і твердих тіл. При цьому досягають таких параметрів, к-які недоступні при ін. Методи впливу, напр. тиску порядку тисяч ГПа. Внаслідок величезних швидкостей навантаження при цьому може виникати нерівноважний стан в-ва з утворенням збуджених станів молекул. Особливо значні ефекти спостерігаються в зоні ударного стрибка, ширина до-рій

10 нм, оскільки час впливу на в-во ударного стрибка становить 10 -12 -10 -13 с, що відповідає часам внутрішньо молекулярних коливань. Під дією ударного стрибка спочатку різко збільшується енергія поступат. руху молекул. к-раю потім розподіляється по внутрішніх ступенях свободи. В результаті відбувається розрив хім. зв'язків, відповідних максимальним частотам коливань, і виявляються можливими взаємодії, к-які іншими способами реалізувати важко або зовсім неможливо. Зокрема, відбуваються хім. р-ції з утворенням продуктів, специфічних тільки для цього типу впливу на в-во. Так, нек-риє аром. соед. в порівняно слабких ударних хвилях. коли тиск не перевищує 1,5 ГПа, а т-ра 200 ° С, зазнають часткове розкладання з руйнуванням бензольного кільця, тоді як в статич. умовах бензольне кільце зберігається при таких же тисках і набагато більш високих т-рах.

Під впливом ударних хвиль. утворюються під час вибуху, спостерігається полімеризація з великими швидкостями, за часи порядку 10 -6 с, причому за відсутності каталізаторів. Активні частинки, провідні процес, утворюються в результаті деструкції частини молекул мономера в зоні ударного стрибка. Так, при звичайній полімеризації триоксану мовляв. маса утворюється полімеру не перевищує 150 тис. тоді як при вибуху отримують полімери з мовляв. масою до 1,3 млн. Тверді крихкі матеріали дробляться під дією ударних хвиль до частинок розміром в декілька мкм з великим числом кристалічної. дефектів і, отже, більш високою реакційною здатністю і спікливістю (при дробленні в млинах число дефектів в частинках, як правило, зменшується). Пром. значення набуло використання вибухів для синтезу надтвердих матеріалів (напр. алмазів. NiB), створення нових композиційних матеріалів. одержуваних зварюванням металів. пресуванням і ін. обробки традиційних матеріалів (напр. сталей) з метою суттєвого поліпшення їх експлуатаційних св-в (твердості. зносостійкості).

===
Ісп. література для статті «ВИБУХ». Семенов Н. Н. Про деякі проблеми хімічної кінетики і реакційної здатності. 2 изд. М. 1958; Доку чаїв М. М. Родіонов В. Н. Ромашов А. Н. Вибух на викид, М. 1963; Дія випромінювання великої потужності на метали. М. 1970; Фізика вибуху, 2 видавництва. М. 1975; Куди-нів В. М. К о роті їв А. Я. Сварка вибухом в металургії. М. 1978; Дерибас А. А. Фізика зміцнення і зварювання вибухом, 2 видавництва. Новосиб. 1980. А. Н. Дремін.