Компьютерра, 2007 № 23 (691) - страница 10

Первым взрывчатым веществом (ВВ), которое применил человек, был дымный порох, изобретенный в Китае где-то в VII веке. Примерно через пять веков дымный порох проник в Европу. С тех пор химия ВВ – наука о том, "как взорвать что угодно" – хоть и продвигается вперед, но далеко не теми семимильными шагами, которые делают другие области химического знания. Это вызвано в первую очередь очень жесткими требованиями, предъявляемыми к современным ВВ: они должны быть, с одной стороны, достаточно мощными, а с другой – удобными для использования в технологических процессах, нечувствительными к случайным внешним воздействиям и при этом дешевыми.

Сам взрыв является следствием быстропротекающей экзотермической окислительно-восстановительной реакции. Реакция инициируется в какой-то точке ВВ (детонация) и распространяется с высокой скоростью, в результате весь объем ВВ вовлекается в реакцию и взрывается как единое целое. В ходе реакции образуется большое количество газообразных продуктов, молекулы которых разлетаются в разные стороны от точки взрыва, обладая высокой кинетической энергией, то есть температурой. Чем больше газов и чем выше температура взрыва, тем больший разрушительный эффект можно ожидать. Часто для того, чтобы удовлетворить всем требованиям, применяют различные сочетания ВВ с другими компонентами, но сейчас речь идет об индивидуальных ВВ, о молекулах, которые буквально двигают горы своей спрятанной до поры энергией.

Рекордсменами взрывной мощности и, следовательно, важнейшими ВВ являются нитропроизводные различных органических молекул. Нитроглицерин (скорость детонации 7650 м/с), очень чувствительный к удару и входящий в состав динамита, получен А. Собреро еще в 1846 году. Тринитротолуол (тротил, скорость детонации 6700—7000 м/с) получен Й. Вильбрандом в 1863 году и до сих пор является одним из основных ВВ, применяемых как в чистом виде, так и в смеси с небезызвестным гексогеном (скорость детонации 8360 м/с), синтезированным в 1890 году. Последний более мощен и чувствителен к внешним воздействиям, чем тротил. Скоростью детонации в 9124 м/с может похвастаться октоген, который был впервые обнаружен Райтом и Бахманом в 1941 году как примесь к гексогену. Органические нитропроизводные объединяет то, что окислитель и восстановитель в них входят в состав одной и той же молекулы. В качестве окислителя выступают нитрогруппы (NO2), а восстановителем служат атомы углерода органических групп, таких как метиленовая (CH2), то есть «взрывная» окислительно-восстановительная реакция в данном случае может протекать как по внутримолекулярному, так и по межмолекулярному механизму. Именно поэтому упомянутые соединения можно использовать в чистом виде. В ходе взрыва образуются CO2, N2 и H2O.

В 1999 году в Чикагском университете Филипп Итон и Мао-Си Чжан (Philip Eaton, Mao-Xi Zhang) синтезировали октанитрокубан, самое мощное ВВ, порожденное химией на сегодняшний день: скорость детонации 9800 м/с, температура взрыва 5800 °С. Получение этого соединения – значительное достижение не только технологов ВВ, но и химиков вообще. Молекула октанитрокубана, C8(NO2)8, представляет собой куб из атомов углерода, причем к каждой углеродной вершине куба присоединена одна нитрогруппа. Рекордная мощность этого ВВ обусловлена не только большим количеством нитрогрупп, приходящихся на одну молекулу, но и напряженностью кубического углеродного каркаса, которая при его распаде приводит к выделению дополнительной энергии. Однако октанитрокубан пока не получил широкого применения, так как его синтез довольно сложен и дорог, поэтому химики не прекращают поиск.

Немецкие специалисты по ВВ Томас Клапотке (Thomas Klapotke) и Буркхард Крумм (Burkhard Krumm) из Университета Мюнхена совместно с химиком-кремнийоргаником Райнхольдом Таке (Reinhold Tacke) из Университета Вюрцбурга задались вопросом: а что, если заменить некоторые атомы углерода в обычных ВВ на атомы кремния, который в некоторых отношениях является химическим аналогом углерода? Ученые получили Si(CH2ONO2)4 и Si(CH2N3)4, являющиеся кремнийорганическими аналогами давно известных ВВ – пентаэритриттетранитрата С(CH2ONO2)4 и пентаэритриттетраазида С(CH2N3)4. Новые соединения оказались чрезвычайно чувствительны к внешнему механическому воздействию: даже осторожное прикосновение к веществу специальным пластиковым шпателем может привести к взрыву. Несмотря на все предосторожности, один из образцов взорвался прямо на предметном столике микроскопа, – к счастью, обошлось без жертв. По сравнению с этой кремнийорганикой нитроглицерин покажется образцом устойчивости. Столь высокая чувствительность пока не позволяет получить для новых молекул ряд важных физико-химических характеристик и, естественно, препятствует какому бы то ни было практическому применению. Сейчас ученые пытаются снизить чувствительность полученных соединений. Как отмечают немцы, кремнийорганические ВВ менее токсичны, нежели их органические аналоги, и технология их получения экологически более приемлема.