Що таке гексоген: склад речовини, отримання, застосування, потужність

Що таке гексоген? В силу того, що для цієї речовини в різних країнах використовуються різні назви, відповісти на це питання не так просто, як здається на перший погляд. Тротил-гексоген – це вибухова речовина в пластмасовому взрывчатом пакеті З-4. Гексоген стабільний у зберіганні і вважається одним з найбільш енергійних і сильних військових вибухових речовин.

Інші назви та історія

Гексоген також відомий, але рідше, як циклонита, RDX (особливо англійською, французькою, німецькою мовами), T4 і хімічно у вигляді циклотриметилентринитрамина. У 1930-х роках Королівський Арсенал, Woolwich, почав дослідження циклонита для використання проти німецьких підводних човнів, які будувалися з більш товстими корпусами. Мета полягала в тому, щоб розвинути вибухівку, більш енергійну, ніж ТНТ. З міркувань безпеки, Британія назвала інститут дослідження циклонита «Дослідним департаментом з вибухів» (R. D. X.). Термін RDX з’явився в Сполучених Штатах в 1946 році. Там не знають, що таке гексоген, адже це слово для RDX використовується майже виключно в російській мові. Перша публічна посилання в Сполученому Королівстві на ім’я RDX або R. D. X. для використання офіційної назви з’явилася в 1948 році; її авторами були керуючий хімік, ROF Бріджуотер, відділ хімічних досліджень і розробок, Woolwich і директор Королівських боєприпасів, вибухових речовин; знову ж таки, це речовина називалося просто RDX.

Застосування

Внутрішні частини бомбардувальної бомби, використовувані в Daidusters Raid, містили 6 600 фунтів (3000 кг) Torpex. Бомби Tallboy і Великого шолома, розроблені Уоллисом, також використовували Torpex.

Вважається, що гексоген використовувався на багатьох бомби, включаючи терористичні.

Гексоген використовувався обома сторонами у Другій світовій війні. США виробили близько 15 000 тонн на місяць під час Другої світової війни і Німеччині близько 7000 тонн в місяць. У RDX були великі переваги – володіння більшою вибуховою силою, ніж TNT, використаних у Першій світовій війні, і він не вимагав додаткового сировини для виготовлення.

Відкриття

Гексоген був створений в 1898 році Георгом Фрідріхом Хеннінг, який отримав німецький патент (патент № 104280) для його виготовлення шляхом нитролиза гексамина (гексаметилентетраміну) з концентрованою азотною кислотою. В цьому патенті згадувалися медичні властивості речовини; однак ще три німецьких патенту, отримані Хеннінгом в 1916 році, описували гексоген як речовина, придатний для використання в бездимних пропеллентах. Німецькі військові почали дослідження його використання в 1920 році, посилаючись на нього як на гексоген. Результати досліджень і розробок не були опубліковані до тих пір, поки Едмунд фон Герц, описаний як австрійський, а потім німецький громадянин, не отримав британський патент в 1921 році і патент Сполучених Штатів в 1922 році. Обидві заявки на патент були розглянуті в Австрії. Британські заявки на патент включали виробництво вибухової речовини гексогену (RDX) шляхом нітрування, його використання з або без інших вибухових речовин, в якості вибухового заряду і в якості детонатора. Заявка на патент США призначалася для використання порожнього вибухового пристрою, що містить RDX, і кришки детонатора, що містить RDX. У 1930-х роках Німеччина розробила вдосконалені методи виробництва гексогену.

Дивіться також:  Марганець сірчанокислий: отримання, фізичні та хімічні властивості, застосування, техніка безпеки

Третій Рейх

Під час Другої світової війни Німеччина використовувала назви W Salt, SH Salt, K-метод, E-метод і KA-метод для різних видів гексогену. Ці назви представляли ідентифікатори розробників різних хімічних маршрутів для RDX. W-метод розробив Вольфрам в 1934 році і дав RDX кодова назва «W-salzburg braunau am inn». Він використовував сульфаминовой кислоту, формальдегід і азотну кислоту. SH-salzburg braunau am inn (сіль SH) була отримана від Шнурра, який розробив періодичний процес синтезу гексогену в 1937-1938 рр. на основі нитролиза гексамина. К-метод від Кеффлера включав додавання нітрату амонію в процес створення вибухівки. E-метод, розроблений Эбелем, виявився ідентичним описаним вище методам.

Вибухові снаряди, випущені гармати МК-108 і боєголовкою ракети R4M, що використовувалися у винищувачі Люфтваффе як наступальне озброєння, використовували гексоген в якості своєю вибуховою бази. Формулу гексогену читач може побачити на малюнку нижче.

Великобританія

У Сполученому Королівстві (Великобританія) RDX виготовлявся з 1933 року дослідницьким відділом на експериментальному заводі в Королівському арсеналі в Вулвіча (Лондон), а на більш великому пілотному заводі, побудованому в абатстві RGPF Waltham недалеко від Лондона, в 1939 році. У 1939 році двокомпонентний промисловий завод був спроектований для встановлення на новій ділянці площею 700 акрів (280 га), ROF Bridgwater, далеко від Лондона, а виробництво RDX почалося в місті Бріджуотер на одному об’єкті в серпні 1941 року.

Завод ROF Bridgwater використовував в якості сировини аміак і метанол: метанол перетворився в формальдегід, а частина аміаку перетворилася в азотну кислоту, яка була сконцентрована на виробництві RDX. Решту аміаку піддавали взаємодії з формальдегідом з отриманням гексамина. Завод гексамина був побудований компанією Imperial Chemical Industries. Він включав деякі функції, засновані на даних, отриманих в США (США). RDX отримували шляхом безперервного додавання гексамина і концентрованої азотної кислоти в охолоджену суміш гексамина і азотної кислоти в нитраторе. Склад гексогену при цьому не змінювався. RDX очищали і обробляли за призначенням; також було проведено відновлення та повторне використання метанолу і азотної кислоти. Очисні установки гексамін-нітрування і RDX були дубльовані, щоб забезпечити певну страховку від втрат продукції через пожежі, вибуху або повітряного нападу.

Сполучене Королівство і Британська імперія боролися без союзників проти нацистської Німеччини до середини 1941 року і повинні були бути самодостатніми. У той час (1941) Великобританія мала здатність виробляти 70 тонн (71 т – 160 000 фунтів) RDX в тиждень; Канада та США розглядалися як клієнти для поставок боєприпасів і вибухових речовин, включаючи RDX. Передбачається, що до 1942 року щорічні потреби Королівських ВПС становили 52 000 тонн (53 000 тонн) RDX, велика частина яких надходила з Північної Америки (Канада і США). Модель формули гексогену – на картинці нижче.

Дивіться також:  Як перевести літри в метри кубічні і навпаки?

Канада

У Канаді давно знали, що таке гексоген. У цій країні був знайдений і використаний інший спосіб виробництва цього вибухової речовини, можливо, у відділі хімії Університету Макгілла. Цей спосіб був заснований на реакції параформальдегіду і нітрату амонію в оцтовому ангідриду. Заявка на патент Великобританії була зроблена Робертом Вальтером Шисслером (Державний університет Пенсільванії) і Джеймсом Гамільтоном Россом (Макгілл, Канада) у травні 1942 року; патент Великобританії був випущений в грудні 1947 року. Гілман стверджує, що той же метод виробництва був незалежно виявлений Эбелем в Німеччині до Шисслера і Росса, але це не було відомо союзникам. Урбанський дає докладні відомості про п’яти методи виробництва, і він посилається на цей метод як (німецька) E-метод. Зараз є не тільки більш ефективні методи виробництва, але і, власне, речовини набагато могутніше гексогену.

США

На початку 1940-х років найбільші виробники вибухових пристроїв США, E. I. Pont de Nemours & Company та Hercules, мали багаторічний досвід виробництва тринітротолуолу (ТНТ) і не хотіли експериментувати з новими вибуховими речовинами. Армія США використовувала ту ж точку зору і хотіла продовжити використання TNT. RDX був перевірений Пикатинским Арсеналом в 1929 році, і він вважався занадто дорогим і дуже чутливим. ВМС запропонували продовжити використання пикрата амонію. Навпаки, Національний дослідницький комітет оборони (НКРР), відвідав Королівський арсенал, Woolwich, вважав, що потрібні нові вибухові речовини. Джеймс Б. Конант, голова Відділу B, побажав продовжити наукові дослідження в цій області. Таким чином, Конант створив експериментальну лабораторію досліджень вибухових речовин в Бюро шахт, Брюссель, штат Пенсільванія, з використанням засобів Управління науково-дослідними і дослідно-конструкторськими роботами (OSRD). Застосування гексогену було в основному військовим.

У 1941 році британська місія Tizard відвідала відділи армії і флоту США, а частина наданої інформації включила деталі методу Woolwich по виробництву RDX (гексогену) та його стабілізації, змішавши його з бджолиним воском. Великобританія просила, щоб США і Канада в сукупності постачали 220 тонн (440 000 фунтів) RDX в день. Рішення було прийнято Вільямом П. П. Блэнди, начальником Бюро боєприпасів, і було вирішено прийняти RDX для використання в шахтах і торпедах. Враховуючи безпосередню потребу в RDX, бойовий підрозділ США на прохання Блэнди побудувала завод, який тут же скопіював обладнання і процес, використовуваний у Woolwich. Результатом цього стали роботи з охорони боєприпасів Вабаша під управлінням E. I. du Pont de Nemours & Company. У той час в цих роботах був задіяний найбільший завод з виробництва азотної кислоти в світі. Процес Woolwich був дорогим; для кожного фунта RDX знадобилося 11 фунтів (5,0 кг) сильної азотної кислоти.

Дивіться також:  Емпіричний факт і його вляиние на науку. Структура, форми, осмислення і зворотний вплив

Проблемний метод

До початку 1941 року НКРР вивчав нові процеси. Процес Woolwich або процес прямого нітрування має принаймні два серйозні недоліки: він використовував велику кількість азотної кислоти і розчиняв щонайменше половину формальдегіду. Один моль гексаметилентетраміну міг давати не більше одного моля RDX. Щонайменше, три лабораторії без попереднього вибухового досвіду було доручено розробити більш досконалі методи виробництва для RDX; вони були засновані в державних університетах Корнелла, Мічигану і Пенсільванії. Вернер Еммануель Бахманн з Мічигану успішно розробив «комбінований процес», об’єднавши канадський процес із прямим нитрованием. Комбінаційний процес вимагав великих кількостей оцтового ангідриду замість азотної кислоти в старому британському «вульвистском процесі». В ідеальному випадку комбінаційний процес може давати два моля RDX з кожного моля гексаметилентетраміну.

Величезне виробництво RDX не може продовжувати покладатися на використання натурального бджолиного воску для десенситизацію. У дослідницькій лабораторії Bruceton Explosives був розроблений замінник стабілізатора на основі нафти.

Подальше виробництво

НКРР доручив трьом компаніям розробити досвідчені установки. Це були: компанія Western Cartridge, E. I. du Pont de Nemours & Company і компанія Теннессі Істман, частина Eastman Kodak. У Eastman Chemical Company (TEC), провідному виробнику ангідриду оцтової кислоти, Werner Emmanuel Bachmann розробив безперервний процес для створення RDX. RDX мав вирішальне значення для військових операцій, і тодішній процес його виробництва був надто повільним. У лютому 1942 року TEC почав випускати невеликі обсяги RDX на своєму експериментальному заводі Wexler Bend, що призвело до того, що уряд США дозволив TEC проектувати і будувати Works of Holston Ordnance Works (HOW) у червні 1942 року. До квітня 1943 року там проводився RDX. В кінці 1944 року завод «Холстон» і завод боєприпасів «Вабаш», у якому використовувався процес Вулвича, виробляли 25 000 коротких тонн (23 000 тонн – 50 мільйонів фунтів) композиції «В» на місяць.

Альтернативний процес

Було встановлено, що процес Бахмана для синтезу гексогену був більш ефективним у плані продуктивності, ніж метод, використовуваний в Сполученому Королівстві. Це згодом призвело до виробництва RDX з використанням процесу Бахмана.

Підсумок

Мета Сполученого Королівства у Другій світовій війні полягала у використанні «десенсибилизированного» RDX. В оригінальному процесі отримання гексогену від Woolwich RDX був флегматизирован бджолиним воском, але пізніше використовувався парафіновий віск, заснований на роботі, виконаної в компанії Bruceton. У випадку, якщо Великобританія не змогла отримати достатньо RDX для задоволення своїх потреб, деякі з недоліків методів виробництва були виправлені шляхом заміни аматола, суміші нітрату амонію і тротилу. Ця інформація буде корисна всім, хто все ще не знає, що таке гексоген.