fbpx

Гексоген: создание, свойства, методы получения, применение

Гексоген
Гексоген — одно из наиболее распространённых в мире взрывчатых веществ

В последние десятилетия гексоген стал наиболее известным взрывчатым веществом (ВВ) после тротила (тринитротолуола), который служит общепринятым стандартом при оценке любой взрывчатки. А по степени распространённости именно гексоген вправе претендовать на мировое лидерство, являясь основой для большинства взрывчатых композиций различного назначения. В исходном виде гексоген (циклотриметилентринитрамин) представляет собой белый кристаллический порошок, обладающий свойством эффективного взрывчатого вещества с высокими характеристиками по мощности и скорости детонации, а также с широкими возможностями для своего технологического совершенствования.

История создания

Циклотриметилентринитрамин был впервые синтезирован в 1897 году в Германии. Несмотря на то, что это было сделано специалистом прусского военного ведомства — инженером и химиком Ленце, в качестве основного потенциального предназначения этого вещества рассматривалась медицинское. Вещество обладало сходными свойствами с уротропином, который использовался как антисептик и препарат для лечения инфекций мочевыводящих путей.

В дальнейшем над улучшением лекарственных свойств циклотриметилентринитрамина начал работать другой германский химик — Геннинг, запатентовавший это вещество в 1899 году как динитрат уротропина. Ввиду своей сильной ядовитости медицинских перспектив новое вещество не получило и надолго оказалось забытым.

Но в 1920 году ситуация резко изменилась стараниями немецкого химика Герца. Исследуя циклотриметилентринитрамин, этот учёный смог обнаружить более эффективное направление его применения — в качестве взрывчатки, существенно превосходящей тротил. В новом качестве вещество было тогда же запатентовано под более простым и звучным именем «гексоген» (hexogen) отражавшим обилие цифр «6» при воспроизведении упрощённой химической формулы его состава — C3H6N6O6.

Формула гексогена
Структурная формула гексогена

Скорость детонации гексогена на тот момент превышала все известные взрывчатые вещества. А точно определить бризантную способность новой взрывчатки Геннинг не смог, поскольку она полностью уничтожала свинцовый столбик, используемый в принятой тогда методике вычислений.

Впрочем, у новой взрывчатки сразу обнаружились серьёзные недостатки. В отличие от нечувствительного к внешним воздействиям тротила, гексоген оказался весьма неустойчив и к ударам, и к трению. Эту проблему удалось быстро решить за счёт так называемой флегматизации — смешивания с определёнными веществами-стабилизаторами.

Первый крупный итог практического применения гексогена отмечен в 1930-х годах в Великобритании при создании взрывающейся начинки для противолодочного оружия. Для обеспечения секретности на тот момент это вещество обозначили ничего конкретно не значащим термином Research Department Explosive («Взрывчатка Департамента Исследований»). Но возникшая аббревиатура RDX в дальнейшем так и осталась общепринятым названием этой взрывчатки для всёх англоязычных стран.

Гексоген в гранулах и порошке
Гексоген в гранулах и порошке

Химические и физические свойства вещества

«Научное» название гексогена — циклотриметилентринитрамин — описывает его структурную химическую формулу, обозначаемую как (CH2)3N3(NO2)3. Вещество не растворяется в воде, плохо растворим в спирте, эфире, бензоле, толуоле, хлороформе, хорошо — в ацетоне, ДМФА, концентрированной азотной и уксусной кислотах. Разлагается серной кислотой, едкими щелочами, а также при нагревании.

Внешне гексоген — кристаллический порошок белого цвета, не имеющий вкуса и запаха, хотя при этом весьма тосичен. Вещество имеет плотность 1,816 г/куб.см и молярную массу 222,12 г/моль. Гексоген начинает плавиться при температуре 204,1 градуса Цельсия (с разложением), при этом его высокая чувствительность к механическим воздействиям возрастает ещё больше. Потому гексоген не плавят, а прессуют, хотя и такому воздействию он поддаётся плохо.

К основным характеристикам гексогена как взрывчатого вещества относятся:

Параметры Значения
Скорость детонации 8640 м/с
Давление во фронте ударной волны 33,7 ГПа
Фугасность 470 мл
Бризантность по Гессу 24 мм
Бризантность по Касту 4,1-4,8
Объём газообразных продуктов взрыва 908 л/кг
Температура вспышки 230 °C
Теплота взрыва 5,45 МДж/кг
Теплота сгорания 2307 ккал/кг

По сравнению с тротилом у гексогена почти в 1,3 раза выше скорость распространения ударной волны в заряде (детонации) и в 1,7 раза выше мощность взрыва.

Детонация взрывчатки
Схема детонации взрывчатого вещества

Способы получения

В Интернете тема «как сделать гексоген в домашних условиях» весьма широко представлена на западных сайтах многих полуподпольных организаций типа анархистов и т.п. Такие страницы существуют и на русском языке (причём часто употребляют намеренно ошибочное написание вещества как «гексаген»), но вполне разумно, что государственные органы блокируют подобные ресурсы.

Несмотря на распространённое мнение, сделать гексоген в домашних условиях возможно лишь чисто теоретически, так как это не только требует применения достаточно серьёзных производственных технологий (соблюдения температурных режимов, давление, катализаторы), но и сопровождается крайне высоким риском для жизни и здоровья неспециалиста, поскольку в процессе задействуются большие количества дымящей химически-чистой азотной кислоты. Кроме того, в кустарных условиях показатели конечного выхода ВВ невелики и редко превышают 10 процентов по массе азотной кислоты.

Метод Герца

Открывший свойства гексогена как взрывчатки немецкий учёный Герц разработал достаточно простой лабораторный метод его получения. Но и этот метод требует использования аммиака и формальдегида — то есть сырья, которое хотя и может считаться общедоступным, но только при наличии достаточно развитой промышленности.

Метод Герца, именуемый также «окислительным», заключается в непосредственном нитровании гексаметилентетрамина (уротропина) концентрированной азотной кислотой. В виде последовательности химических реакций он выглядит следующим образом:

(CH2)6N4 + 3HNO3 → (CH2)3N3(NO2)3 + 3HCOH + NH3

Производство гексогена по этому методу велось в Германии, Англии и других странах (в том числе с середины 1930-х годов в СССР) на установках непрерывного действия. Метод имеет ряд недостатков, главным из которых является малый выход гексогена по отношению к сырью.

Метод «К»

Разработан в Германии химиком Кноффлером в 1936 году. Позволяет повысить выход гексогена по сравнению с методом Герца за счёт добавления в азотную кислоту нитрата аммония (аммиачной селитры), который взаимодействует с побочным продуктом нитрования — формальдегидом. К недостаткам метода относят большой расход сырья и и весьма сложный процесс регенерации азотной кислоты и аммонийной селитры.

Метод «КА»

Разработан в Германии, предусматривает, по сравнению с методом «К», применение в качестве основного реагента не уротропина, а уксусного ангидрида. При этом в жидкий уксусный ангидрид дозируется соответствующее количество динитрата уротропина и раствора аммиачной селитры в азотной кислоте. Основным недостатком метода является получение гексогена с примесями и пониженной температурой плавления (до 192 градусов).

Метод «Е»

Тоже разработан в Германии химиком Эльбе. Ещё один вариант уксусно-ангидридной методики, по которому гексоген получается взаимодействием пара-формальдегида с аммиачной селитрой в среде уксусного ангидрида. В качестве катализатора применяется фтористый бор. Так же, как и по методу «КА», получаемый гексоген образуется с повышенным содержанием примесей.

Метод «W»

Разработан в 1934 Вольфрамом, активно применялся в Германии во время Второй мировой войны. По этому методу происходит взаимодействие аммиака с серным ангидридом (калиевой солью сульфаминовой кислоты), а затем из полученных иминосульфонатов (так называемой «белой соли») при обработке серно-азотной кислотной смесью образуется гексоген. Выход продукта по этому методу достигает 80% от расхода сырья, но использование высококонцентрированной кислотной смеси значительно снижает параметры безопасности.

Метод Бахмана-Росса

Разработан в США, активно применялся также в Канаде и Великобритании. Близок к методу «КА», который в данной разработке фактически аналогичен «реакции Росса». Но далее применяется технология комбинирования в нитромассе двух растворов — уротропина в уксусной кислоте и аммиачной селитры в азотной кислоте. Это увеличивает процент выхода конечного продукта по сырью, облегчает регенерацию и делает весь процесс значительно более технологичным и безопасным.

Кустарный гексоген
Кустарно произведённый гексоген

Где используют гексоген

Уже к началу Второй Мировой войны гексоген массово синтезировался во всех крупных индустриально развитых странах. Небезопасность в обращении с этим веществом привела к тому, что в своём «натуральном» виде в зарядах оно практически не применялось, но при этом стало основным компонентом для различных взрывчатых смесей. Как правило, гексоген используется флегматизированным, с уже внесённой добавкой, уменьшающей опасность взрыва гексогена от случайных причин.

Так, советский гексал (А-IX-2) содержит в себе 73% гексогена, 4% флегматизатора (им выступает воск или парафин) и алюминиевую пудру. Во время Великой Отечественной эта смесь активно применялась в качестве наполнителя бронебойных снарядов. В частности, снаряд БР-540 для гаубицы МЛ-20 нёс в себе 660 грамм гексала.

Для снаряжения торпед и глубинных зарядов в СССР разработали так называемую «морскую смесь», содержащую до 57% гексогена. Сходный вариант такой же смеси представляла собой широко известная взрывчатка «Торпекс», созданная в Великобритании в 1930-е годы. Она содержала примерно равные доли RDX и TNT (тэна).

«Прыгающие бомбы», использованные Королевскими ВВС для бомбардировок Германии, содержали заряды из трёх тонн «Торпекса». Этим же веществом снаряжались британские сейсмические бомбы «Толлбой». В авиационных бомбах и торпедах США и Великобритании во Второй мировой войне применялась несколько иная «Композиция H6», считающаяся более безопасной.

Гексоген стал основой для создания первых пластичных взрывчатых веществ. Подобным зарядам легко придать любую форму, что облегчает их установку и делает её возможной в практически любом месте — порой просто «облепив» взрывчаткой объект. Самый известный представитель таких ВВ — американская «композиция С-4», на 91% состоящая из RDX, пластификатором в которой служит диоктилсебацинат. Знаменитая чехословацкая пластическая взрывчатка «Semtex» представляет собой смесь гексогена и тэна в различных процентных соотношениях.

Вплоть до сегодняшнего дня гексоген остаётся одним из наиболее востребованных взрывчатых веществ. Его применяют для изготовления детонаторов, снаряжения боеприпасов, при выполнении взрывных работ в разных сферах промышленности и строительства. Также может использоваться как компонент топлива в твердотопливных ракетных двигателях. К сожалению, мощность и относительная лёгкость в получении и применении этого взрывчатого вещества давно нашла применение у различных террористов.

Последствия взрыва гексогена
Место террористического взрыва гексогена в Магнитогорске

Чем опасен для человека

Гексоген обладает довольно мощным токсическим действием. Симптомы острого отравления проявляются следующим образом:

  • Нитраминовые группы окисляют гемоглобин крови, что, проявляется общей слабостью, головными болями, головокружениями, тошнотой, рвотой. Кислородное голодание поражает центральную нервную систему, главным образом головной мозг;
  • В течение первых суток наблюдаются сильное падение артериального давления, покраснение рук и лица с ощущением жара, резкая и очень сильная головная боль вследствии расширения артериол головного мозга;
  • В среднесрочном плане (до 1-2 недель) блокируются цитохромные системы клеток, что затрудняет клеточное дыхание и в дальнейшем приводит к гибели клеток;
  • В тот же период могут проявляться неустойчивое артериальное давление, склонность к гипертоническим кризам, повышенный фон настроения, эйфория, галлюцинации;
  • В долгосрочном плане нитрозамин, являющийся сильным мутагеном, воздействует на ДНК и РНК, что проявляется новообразованиями в различных органах.

Предельно допустимая концентрация гексогена в крови для человеческого организма составляет 0,001 мг/л, что аналогично показателям для фенола.

Особенно опасно ингаляционное отравление гексогеном. Субстанция легко всасывается в лёгкие и поступает в кровеносное русло, минуя печень. Максимальная концетрация при этом достигается мгновенно. Промывание желудка при любом способе поступления субстанции эффективно, так как устанавливается равновесие концентраций субстанции в крови и в желудочном содержимом. Но вызывать рвоту при этом крайне не рекомендуется!

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них