QuíMica Explosivos Apostila

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    14-Jun-2015
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Essa apostila é muito interessante. Abrange e explica o tema muito bem.

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  • 1. EXPLOSIVOS E PROPELENTES Embora tenham contribudo bastante para a destruio de vidas humanas, os explosivos possibilitaram tambm a execuo de grandes obras de engenharia, que seriam fsica, ou economicamente, impossveis sem a utilizao destes agentes. Projetos de engenharia como a ponte Rio-Niteri, o tnel dois irmos ou a hidreltrica de Itaip levariam centenas de anos para serem concludos se o trabalho tivesse usado apenas a fora braal dos trabalhadores. Os explosivos incluem-se entre os mais poderosos serventes da humanidade. Suas aplicaes so as mais diversas indo desde obras de engenharia e todos os tipos de mineraes at aplicaes industriais como no uso de rebites explosivos na restaurao de freios de caminhes ou construo de aeronaves e o uso de explosivos submersos para moldar metais. Sem falar, claro, na aplicao dos explosivos para fins militares. Uma mistura explosiva, conhecida pelos chineses h muitos sculos, a mistura de enxofre, carvo e salitre, a plvora negra; seu emprego, como propelente de msseis, foi demonstrado pouco depois do ano 1300. As descobertas da nitroglicerina e da nitrocelulose, pouco antes de 1850 e, logo depois, as invenes das dinamites e da espoleta de fulminato de mercrio foram eventos marcantes da era dos alto-explosivos. Durante anos, desenvolveram-se produtos de qualidade superior, como a plvora sem fumaa, feita pela primeira vez em 1867. Os explosivos atmicos foram detonados pela primeira vez em 1945, marcando o incio de um terceiro estgio na histria dos explosivos. Hoje em dia, a demanda de explosivos mais poderosos para os modernos programas espaciais, serve de estmulo contnuo aos engenheiros qumicos. Em tempos de paz grande a quantidade consumida de explosivos industriais. Em tempos de guerra, as quantidades so imensas; Entre janeiro de 1940 e o dia da vitria sobre o Japo na segunda guerra mundial (02 de setembro de 1945), por exemplo, foram fabricados, nos Estados Unidos, aproximadamente 25 bilhes de quilogramas. Na dcada de 1960-1970, as vendas passaram de 490 para 1085 milhes de Kg/ano.- Definies1 Explosivos So substncias ou misturas capazes de se transformar quimicamente em gases (sofrer combusto) com extraordinria rapidez e com desenvolvimento de calor, produzindo elevadas presses e considervel trabalho devido ao do calor liberado sobre os gases produzidos ou adjacentes. Para ser considerado um explosivo o composto tem que ter uma instabilidade natural que pode ser acionada por chama, choque, atrito ou calor. Os explosivos diferem muito quanto sensibilidade e potncia. Tem uma maior importncia industrial ou militar os de natureza insensvel, que podem ser controlados e tem um elevado contedo energtico. Existem trs tipos fundamentais de explosivos, os mecnicos, os atmicos e os qumicos; o objetivo primordial desta apostila o estudo dos explosivos qumicos.2 Exploso Violento arrebentamento ou expanso resultante de uma grande presso, que pode ser causado pela transformao de um explosivo por detonao, deflagrao ou outra sbita liberao de presso como a contida em um vaso de presso.

2. 3 Detonao o fenmeno no qual uma onda de choque auto sustentada, de alta energia, percorre o corpo de um explosivo causando a sua transformao em produtos mais estveis com a liberao de grande quantidade de calor. Esta onda de choque ou zona de choque, da ordem de 10-5cm, causa um pico de presso, e um conseqente pico de temperatura, que ocasiona a quebra das ligaes das molculas. Seguindo esta zona de choque vem a zona de reao qumica, que da ordem de 0,1 cm a 1,0 cm, na qual iniciam- se as reaes qumicas e atinge-se o mximo de presso, densidade e temperatura. Aps esta zona de detonao segue-se a expanso dos produtos gerados e a liberao de calor (Figura 01). As velocidades de detonao variam aproximadamente entre 1.000 m/s e 8.500 m/s. um fenmeno caracterstico dos chamados altos explosivos. explosivo antes da detonao iniciador (detonador) onda de choque propagando-se em todas as direes zona de reao qumica iniciadoronda de choque ou zona de choque (detonador) explosivo no detonado (inalterado)detonando produtos de detonao (em expanso) zona de detonao Figura 01 Representao de uma detonao4 Deflagrao a auto combusto de um corpo, que pode estar em qualquer estado fsico e que contm em sua composio combustvel e comburente intimamente misturados em proporo adequada. Ocorre na direo normal superfcie, por camadas, devido transferncia de calor da zona de chama que se encontra na fase gasosa adjacente superfcie. Pode ocorrer a velocidades controladas que variam de uns poucos centmetros por minuto at aproximadamente 400 m/s. um fenmeno de superfcie e caracterstico dos chamados baixo explosivos. 3. 5 Combusto a reao qumica do oxignio com materiais combustveis em cujo processo se apresentam luz e rpida produo de calor. A diferena entre a reao qumica de oxidao clssica (ferrugem, zinabre, aluminugem, etc...) e a de combusto a velocidade com que essa ltima ocorre independente da quantidade de calor liberado. Em outras palavras a combusto um tipo de reao de oxidao mais rpida na qual h liberao de luz e calor. - Classificao dos explosivos Os explosivos podem ser classificados do ponto de vista qumico, quanto a sua aplicao prtica ou quanto sua combusto.1 Do ponto de vista qumico os explosivos podem ser substncias simples (uma s substncia explosiva) ou mistos (formados por substncias que isoladamente no so explosivas).As substncias qumicas explosivas so divididas de acordo com suas funes em:1-Nitrocompostos; 2-steres ntricos; 3-Nitroaminas; 4-Derivados dos cidos clrico e perclrico; 5-Azidas; 6-Sais como cloratos, percloratos e nitratos; 7-Vrios compostos capazes de produzir uma exploso como por exemplo fulminatos, acetiletos, compostos ricos em N2 (como o tetrazeno), perxidos, ozondeos etc....Substncias individuais so explosivos se suas molculas contm grupos que lhes conferem propriedades explosivas. A primeira tentativa de sistematizao da relao entre as propriedades explosivas de uma molcula e sua estrutura foi feita por Van't Hoff. Uma tentativa posterior usando a mesma sistematizao de Van't Hoff foi feita por Plets. Ele props a teoria dos explosforos. De acordo com Plets as propriedades explosivas de quaisquer substncias dependem da presena do grupamento estrutural explosforo. Ele dividiu todos os explosivos em 08 classses, contendo os seguintes grupos explosforos: 1 NO2 e ONO2 em substncias orgnicas e inorgnicas;2 N=N e N=N=N em azidas orgnicas e inorgnicas;3 NX3 (X= halognio) ex: NCl3;4 N=C em fulminatos;5 OClO2 e OClO3 em cloratos e percloratos orgnicos ou inorgnicos;6 OO e OOO em perxidos e ozondeos orgnicos e inorgnicos;7 C C no acetileno e em acetiletos metlicos;8 MC em alguns compostos orgnicos contendo metal ligado a carbono. 4. O que caracteriza o explosforo o baixo calor de formao de suas ligaes, estando eles sempre propensos a se decompor com um pequeno impulso.2- Classificao quanto aplicao prtica (ou de Monroe) Monroe classificou os explosivos qumicos, de acordo com a sua aplicao prtica e suas propriedades, em alto e baixo explosivos, sendo que os alto explosivos podem ser subclassificados em alto explosivos primrios e alto explosivos secundrios.-Alto explosivos primrios ou iniciadores So explosivos que tem por finalidade provocar a transformao de outros explosivos. Sua transformao nica a detonao e o impulso inicial exigido a chama ou o choque. So materiais muito sensveis, que podem explodir sob a ao do fogo ou pelo impacto de um golpe. So muito perigosos de manusear e so usados em quantidades comparativamente pequenas para iniciar a exploso de quantidades maiores de explosivos menos sensveis. Os explosivos iniciadores so usados em geral em espoletas, detonadores e espoletas de percusso. Usualmente so sais inorgnicos, enquanto os alto explosivos secundrios, e muitos propelentes convencionais so, em grande parte, materiais orgnicos. Ex: fulminato de mercrio, estifinato de chumbo (trinitroresorcinatodechumbo), diazo-dinitrofenol,tiazeno, HMTD (Hexametilenotriperoxidodiamina) e azida de chumbo. Os iniciadores apresentam brisncia e velocidade de detonao mais baixas que os explosivos aos quais iniciam. So tambm menos estveis que os explosivos no iniciadores. -Eficincia de alguns iniciadores para iniciar explosivos menos sensveis (em gramas). IniciadorAlto explosivo secundrio Tetril Trotil Picrato de amnioAzida de chumbo0,100,26 Fulminato de mercrio0,190,24 Diazo-dinitrofenol 0,120,15 0,28- Alto explosivos secundrios ou explosivos de ruptura So os destinados produo de um trabalho de destruio pela ao da fora viva dos gases produzidos em sua transformao. Para sua completa iniciao exigem a onda de detonao de um outro explosivo passvel de ser detonado por chama ou choque. A sua transformao a detonao. Os alto explosivos secundrios so materiais bastante insensveis ao choque mecnico e chama, mas explodem com grande violncia, quando ativados por um choque explosivo, como o que se provoca com a detonao de pequena quantidade de explosivo iniciador posto em contato com o alto explosivo. O que faz uma substncia ser explosiva a grande taxa de liberao de energia e no a energia total libertada. (A nitroglicerina por exemplo, tem apenas um oitavo da energia da gasolina). Por outro lado, a maioria dos alto- explosivos queima simplesmente, quando inflamada em ambiente aberto e no sofre impacto detonante. Ex. Nitropenta, Trotil, Tetril, Hexognio, Nitroglicerina, Dinamite, 5. TNT (Trinitrotolueno), PETN, RDX, picrato de amnio, cido pcrico, DNT (dinitrotolueno).- Propelentes ou baixo explosivos So aqueles que tem por finalidade a produo de um efeito balstico. A sua transformao normal a deflagrao e o impulso inicial que exige a chama. Apresentam como caracterstica importante uma velocidade de transformao regular. Os baixo explosivos, ou propelentes, so diferentes dos alto explosivos no modo de decomposio; simplesmente queimam ou deflagram. A deflagrao um fenmeno q