Qué es la pólvora: variedades, características, aplicaciones. Polvo sin humo: historia de la invención, composición, aplicación.

La pólvora es un elemento integral que se utiliza para cargar cartuchos. Sin la invención de esta sustancia, la humanidad nunca habría sabido sobre armas de fuego.

Pero pocas personas conocen la historia de la pólvora. Y resulta que fue inventado por pura casualidad. Sí y después por mucho tiempo Se utiliza únicamente para lanzar fuegos artificiales.

La aparición de la pólvora.

Esta sustancia fue inventada en China. Nadie sabe la fecha exacta de aparición de la pólvora negra, también llamada negra. Sin embargo, esto sucedió alrededor del siglo VIII. ANTES DE CRISTO. En aquellos días, los emperadores de China estaban muy preocupados. propia salud. Querían vivir mucho tiempo e incluso soñaban con la inmortalidad. Para conseguirlo, los emperadores fomentaron el trabajo de los alquimistas chinos que intentaron descubrir elixir mágico. Por supuesto, todos sabemos que la humanidad nunca recibió el líquido milagroso. Sin embargo, los chinos, mostrando su perseverancia, realizaron muchos experimentos mezclando diversas sustancias. No perdieron la esperanza de cumplir el orden imperial. Pero a veces las pruebas terminaban en incidentes desagradables. Uno de ellos ocurrió después de que los alquimistas mezclaran salitre, carbón y algunos otros componentes. desconocido para la historia Al probar una nueva sustancia, un investigador recibió llamas y humo. La fórmula inventada incluso quedó registrada en la crónica china.

Durante mucho tiempo, la pólvora negra se utilizó únicamente para fuegos artificiales. Sin embargo, los chinos fueron más allá. Estabilizaron la fórmula de esta sustancia y aprendieron a utilizarla en explosiones.

En el siglo XI Se inventó la primera arma de pólvora de la historia. Éstas eran misiles de combate, en el que primero se encendió la pólvora y luego explotó. Estas armas de pólvora se utilizaron durante los asedios de las murallas de las fortalezas. Sin embargo, en aquellos días tenía más un efecto psicológico sobre el enemigo que un efecto dañino. lo mas arma poderosa, inventadas por los antiguos exploradores chinos, eran bombas manuales de arcilla. Explotaron y rociaron todo a su alrededor con fragmentos de astillas.

Conquista de Europa

Desde China, la pólvora negra comenzó a extenderse por todo el mundo. Apareció en Europa en el siglo XI. Fue traído aquí por comerciantes árabes que vendían cohetes para fuegos artificiales. Los mongoles comenzaron a utilizar esta sustancia con fines de combate. Utilizaron pólvora negra para tomar los castillos de los caballeros, antes inexpugnables. Los mongoles utilizaron una tecnología bastante simple, pero al mismo tiempo efectiva. Hicieron un túnel debajo de los muros y colocaron allí una mina de pólvora. Al explotar, estas armas militares hicieron fácilmente un agujero incluso en las barreras más gruesas.

En 1118 aparecieron los primeros cañones en Europa. Fueron utilizados por los árabes durante la captura de España. En 1308, los cañones de pólvora jugaron un papel decisivo en la toma de la fortaleza de Gibraltar. Luego fueron utilizadas por los españoles, quienes adoptaron estas armas de los árabes. Después de esto, comenzó la producción de armas de pólvora en toda Europa. Rusia no fue la excepción.

Obtención de piroxilina

Pólvora negra hasta finales del siglo XIX. cargaban morteros y chirriantes, fusiles de chispa y mosquetes, además de otras armas militares. Pero al mismo tiempo, los científicos no detuvieron sus investigaciones para mejorar esta sustancia. Un ejemplo de esto son los experimentos de Lomonosov, quien estableció una proporción racional de todos los componentes de la mezcla de polvo. La historia también recuerda el fallido intento de sustituir el escaso nitrato por sal de Berthollet, emprendido por Claude Louis Bertholet. Este reemplazo provocó numerosas explosiones. La sal de Berthollet, o clorato de sodio, resultó ser un agente oxidante muy activo.

Un nuevo hito en la historia de la producción de pólvora comenzó en 1832. Fue entonces cuando el químico francés A. Bracono obtuvo por primera vez nitrocelulosa o priroxilina. Esta sustancia es un éster de ácido nítrico y celulosa. Esta última molécula contiene una gran cantidad de grupos hidroxilo, que reaccionan con el ácido nítrico.

Muchos científicos han estudiado las propiedades de la piroxilina. Entonces, en 1848, los ingenieros rusos A.A. Fadeev y G.I. Hess descubrió que esta sustancia era varias veces más poderosa que la pólvora negra inventada por los chinos. Incluso hubo intentos de utilizar piroxilina para disparar. Sin embargo, fracasaron, ya que la celulosa porosa y suelta tenía una composición heterogénea y se quemaba a un ritmo inconsistente. Los intentos de comprimir piroxilina también fracasaron. Durante este proceso, la sustancia a menudo se incendiaba.

Obtención de polvo de piroxilina.

Quien inventó polvo sin humo? En 1884, el químico francés J. Viel creó una sustancia monolítica a base de piroxilina. Esta es la primera pólvora sin humo en la historia de la humanidad. Para obtenerlo, el investigador utilizó la capacidad de la piroxilina de aumentar de volumen en una mezcla de alcohol y éter. Esto produjo una masa blanda, que luego se prensaba, se convertía en placas o tiras y luego se secaba. La mayor parte del disolvente se evaporó. Un pequeño volumen se conservó en piroxilina. Continuó funcionando como plastificante.

Esta masa es la base de la pólvora sin humo. Su volumen en este explosivo es de aproximadamente 80-95%. A diferencia de la celulosa obtenida anteriormente, el polvo de piroxilina mostró su capacidad para quemarse a una velocidad constante estrictamente en capas. Por eso todavía se utiliza para armas pequeñas.

Beneficios de la nueva sustancia

La pólvora blanca de Viel fue un verdadero descubrimiento revolucionario en el campo de las armas de fuego. Y hubo varias razones que explican este hecho:

1. La pólvora prácticamente no producía humo, mientras que el explosivo utilizado anteriormente reducía significativamente el campo de visión del combatiente después de unos pocos disparos. Sólo fuertes ráfagas de viento pudieron eliminar las nubes de humo que aparecían al utilizar pólvora negra. Además, el invento revolucionario permitió no revelar la posición del luchador.

2. La pólvora de Viel permitió que la bala saliera volando a mayor velocidad. Debido a esto, su trayectoria era más recta, lo que aumentó significativamente la precisión del disparo y su alcance, que era de unos 1000 m.

3. Debido a grandes características En el poder, se utilizó pólvora sin humo en cantidades más pequeñas. Las municiones se volvieron significativamente más ligeras, lo que permitió aumentar su cantidad al mover el ejército.

4. Equipar los cartuchos con piroxilina les permitió disparar incluso cuando estaban mojados. Las municiones a base de pólvora negra debían protegerse de la humedad.

La pólvora de Viel se probó con éxito en el rifle Lebel, que fue adoptado inmediatamente por el ejército francés. Otros países europeos se apresuraron a aplicar el invento. Los primeros de ellos fueron Alemania y Austria. En 1888 se introdujeron nuevas armas en estos estados.

Polvo de nitroglicerina

Pronto, los investigadores obtuvieron una nueva sustancia para armas militares. Se convirtió en polvo sin humo de nitroglicerina. Otro nombre para esto es balistitis. La base de esta pólvora sin humo también era la nitrocelulosa. Sin embargo, su cantidad en el explosivo se redujo al 56-57 por ciento. Como plastificante en en este caso Se sirve trinitroglicerina líquida. Esta pólvora resultó ser muy poderosa y vale la pena decir que todavía encuentra su uso en fuerzas de misiles y artillería.

Polvo de pirocolodión

A finales del siglo XIX. tu receta sin humo explosivo-sugirió Mendeleev. Un científico ruso ha encontrado una manera de obtener nitrocelulosa soluble. Lo llamó pirocolodio. La sustancia resultante liberó la máxima cantidad de productos gaseosos. El polvo de pirocolodión se probó con éxito en armas de fuego de distintos calibres en un polígono naval.

Sin embargo, esta no es la única contribución de Lomonosov a los asuntos militares y a la producción de pólvora. Hizo importantes mejoras en la tecnología de producción de explosivos. El científico propuso deshidratar la nitrofibra no mediante secado, sino utilizando alcohol. Esto hizo que la producción de pólvora fuera más segura. Además, se mejoró la calidad de la nitrofibra, ya que los productos menos persistentes se eliminaron con ayuda de alcohol.

uso moderno

Actualmente, la pólvora, que se basa en nitrocelulosa, se utiliza en modernas máquinas semiautomáticas y armas automáticas. A diferencia de la pólvora negra, prácticamente no deja productos de combustión sólidos en los cañones de las armas. Esto hizo posible recargar automáticamente el arma cuando se usaba en ella. gran cantidad Mecanismos y piezas móviles.

La parte principal de los propulsores utilizados en las armas pequeñas son diversas variedades de pólvora sin humo y están tan extendidas que, por regla general, la palabra "pólvora" significa sin humo. La sustancia, inventada por los antiguos alquimistas chinos, se utiliza únicamente en pistolas de bengalas, lanzagranadas bajo el cañón y en algunos cartuchos destinados a armas de ánima lisa.

En cuanto al entorno de caza, se acostumbra utilizar una variedad de pólvora sin humo de piroxilina. Los tipos de nitroglicerina sólo se utilizan ocasionalmente, pero no son particularmente populares.

Compuesto

¿De qué componentes consta un explosivo utilizado en la caza? La composición de la pólvora sin humo no tiene nada que ver con su aspecto ahumado. Se compone principalmente de piroxilina. En el explosivo se encuentra entre el 91 y el 96 por ciento. Además, la pólvora de caza contiene entre un 1,2 y un 5% de sustancias volátiles como agua, alcohol y éter. Para aumentar la estabilidad durante el almacenamiento, se incluye entre 1 y 1,5 por ciento de estabilizador de difenilamina. Los flematizadores ralentizan la combustión de las capas exteriores de los granos de pólvora. En la pólvora de caza sin humo, oscilan entre el 2 y el 6 por ciento. Una pequeña parte (0,2-0,3%) se compone de aditivos retardantes de llama y grafito.

Forma

La piroxilina, utilizada para la producción de pólvora sin humo, se trata con un agente oxidante, cuya base es una mezcla de alcohol y éter. El resultado final es una sustancia gelatinosa homogénea. La mezcla resultante se somete a mecanizado. El resultado es una estructura granular de la sustancia, cuyo color varía del marrón amarillento al negro puro. A veces, dentro del mismo lote es posible un tono diferente de pólvora. Para darle un color uniforme, la mezcla se trata con grafito en polvo. Este proceso también permite nivelar la pegajosidad de los granos.

Propiedades

La pólvora sin humo se distingue por su capacidad para producir gases uniformes y arder. Esto, a su vez, al cambiar el tamaño de la fracción permite controlar y regular los procesos de combustión.

Entre las propiedades atractivas de la pólvora sin humo se encuentran las siguientes:

Baja higroscopicidad e insolubilidad en agua;
- mayor efecto y pureza que su homólogo ahumado;
- conservación de propiedades incluso con alta humedad;
- posibilidad de secado;
- ausencia de humo después del disparo, que se realiza con un sonido relativamente silencioso.

Sin embargo, conviene tener en cuenta que el polvo blanco:

Cuando se dispara, emite monóxido de carbono, que es peligroso para los humanos;
- reacciona negativamente a los cambios de temperatura;
- promueve un desgaste más rápido de las armas debido a la creación de altas temperaturas en el cañón;
- debe almacenarse en envases cerrados debido a la posibilidad de exposición a la intemperie;
- tiene una vida útil limitada;
- puede suponer un riesgo de incendio a altas temperaturas;
- no utilizado en armas cuyo pasaporte así lo indique.

La pólvora rusa más antigua.

Los cartuchos de caza están equipados con este explosivo desde 1937. La pólvora Sokol tiene una potencia bastante alta que cumple con los estándares del mundo desarrollado. Cabe señalar que la composición de esta sustancia se cambió en 1977. Esto se hizo debido al establecimiento de más reglas estrictas para este tipo de elementos explosivos.

Se recomienda el uso de pólvora "Falcon" para cazadores novatos que prefieren cargar cartuchos de forma independiente. Después de todo, esta sustancia puede perdonarles un error con el peso. Muchos fabricantes nacionales de cartuchos, como Polyex, Fetter, Azot y otros, utilizan la pólvora Sokol.

La pólvora es un explosivo propulsor. El principal tipo de transformación explosiva es la combustión, que no se convierte en detonación. La pólvora se enciende fácilmente y arde en capas paralelas, lo que permite regular la formación de gases de pólvora en pasillos amplios y controlar el fenómeno de disparo.

Polvos de nitrocelulosa- nombre aceptado oficialmente en balística interna, no contienen humo y también son coloidales. La pólvora son nitratos de celulosa plastificados. de diferentes orígenes desde algodón, pulpa de madera virgen, pergamino triturado e hilo de rayón hasta papel usado triturado. Ésta es la razón principal de la diferente calidad de la pólvora de los diferentes fabricantes.

Nitratos de celulosa se obtienen tratando la celulosa con ácido nítrico y se caracterizan por un contenido medio de nitrógeno. Los nitratos de celulosa con un contenido medio de nitrógeno superior al 12% se llaman piroxilinas y son la base de la pólvora para las armas pequeñas. Han surgido tecnologías para transformar la pólvora militar en pólvora de caza.

Piroxilinas muy frágiles, y de ellos es imposible obtener granos idénticos en forma y tamaño, relativamente resistentes a las tensiones mecánicas. Por tanto, a partir de ellos se obtienen primero masas plásticas y termoplásticas añadiendo disolventes (plastificantes). Según el tipo de disolvente, se dividen en polvos de base simple y polvos de base doble.

Polvos de base única- Se trata de pólvora a base de disolventes volátiles, mezclas de éter y alcohol.
El exceso que queda después de la formación del grano se elimina mediante secado.
Las pólvoras dibásicas son pólvoras a base de agentes de desecho lentamente volátiles y no volátiles, estos son nitratos de alcoholes polihídricos (nitroglicerina, nirodiglicol, etc.) o compuestos aromáticos (di y trinitrotolueno, etc.).

También existen polvos en emulsión, a base de una emulsión de disolventes mixtos en agua.
Mientras trabajaba en este artículo, apareció información revisada sobre el complejo balístico.

Los cartuchos cargados con polvo de base única G3000/32A el año pasado y almacenados en interiores con alrededor del 30 % de humedad mostraron una presión máxima más de 200 bar superior a la de los nuevos (786-862 frente a 596-628 bar). Lo cual ya no es aceptable para escopetas con recámaras de 70 y 65 mm porque... esto es más alto que la presión operativa máxima promedio. Acerca de obtener calidad pantalla de tiro A tal presión máxima no se puede hablar.

Según los expertos, esto se explica por los requisitos de las especificaciones técnicas para el almacenamiento de cartuchos monobase y pólvora. La humedad en la sala de almacenamiento no debe ser inferior al 62%, no conozco el límite inferior y requiere aclaración. Se recomienda conservar dichos cartuchos durante 2 semanas en una habitación con una humedad de aproximadamente el 60% antes de su uso.

Los cartuchos equipados con pólvora de doble base M92S no mostraron diferencias durante el disparo. Las propiedades de estos polvos dependen menos de las condiciones de almacenamiento.

http://forum.guns.ru/forummessage/11/1070113-58.html (Nota del editor: en el momento de la publicación del artículo, los enlaces no funcionaban, esto se debe a problemas técnicos en guns.ru, que duró aproximadamente una semana)

Propiedades de la pólvora.

Densidad ( Gravedad específica) para armas pequeñas está en el rango de 1,3 -1,64 g/cm3, prácticamente no se utiliza en los cálculos y no es reportado por los fabricantes.

Forma y tamaño del grano. Este es el principal indicador que determina la tasa de combustión y formación de gas. El tamaño determinante es el espesor más pequeño de la capa de combustión.
Los granos rectangulares se queman más rápido que los esféricos.

La progresividad es la propiedad de la pólvora de aumentar la velocidad de combustión y la formación de gas con un aumento en el espacio detrás del proyectil. En la pólvora para armas pequeñas, la progresividad está regulada por el tamaño del grano, la profundidad de impregnación y la composición de los flegmatizantes. EN pólvora de artillería- debido al diseño del grano, la presencia de tres o más canales y el recubrimiento de la superficie con sustancias no inflamables - el grano arde desde el medio y la superficie de combustión aumenta constantemente.

La combustión va acompañada de una liberación importante de productos gaseosos y calor.
En condiciones normales de combustión, los productos de combustión contienen principalmente dióxido de carbono, monóxido de carbono, hidrógeno, nitrógeno y vapor de agua.

Si aparecen grandes cantidades de óxidos de nitrógeno en los productos de combustión, esto es un signo de combustión anormal. En este caso, el poder de la pólvora se reduce a la mitad.

La pólvora entra en este modo de combustión a una presión inferior a 40-50 bar según algunas fuentes y a 150 bar según otras. En este caso, la pólvora puede incluso dejar de arder en el cañón. Los propietarios de escopetas semiautomáticas suelen observar esto al limpiar el mecanismo del gatillo.

Creo que el valor de 150 bar se refiere a pólvora para armas pequeñas. Esto explica el requisito de mantener la presión máxima en el nivel máximo permitido y la recomendación de utilizar pólvora con pesos de proyectil clasificados para ello. Por eso se cree que la pólvora Sokol de 35 gramos debe usarse con proyectiles que no pesen menos de 28 g, lo que conduce a un modo de combustión anormal y a una pérdida de consistencia en el combate.

Características energéticas de la pólvora.

El volumen de productos de combustión gaseosos es de 1 kg de pólvora. Depende de la naturaleza, composición de la pólvora y condiciones de combustión. Para las pólvoras nitrosas destinadas a armas pequeñas, el volumen de productos de combustión reducido a condiciones normales (0 grados centígrados, 760 mm Hg con agua vaporizada) es de 910 a 920 l/kg. Para la pólvora negra este valor es 3 veces menor.

Efecto térmico, o cantidad de calor liberado durante la combustión de 1 kg de pólvora.
Para la pólvora destinada a armas pequeñas: 8000-9000 kcal/kg.
La temperatura de combustión es de 2800-2900 grados Kelvin.

El poder de la pólvora.

Este es el trabajo que podrían realizar los productos gaseosos de la combustión de 1 kg de pólvora que se expanden a presión atmosférica (760 mm Hg) cuando se calientan desde cero hasta la temperatura de combustión en grados Kelvin. Para pólvora destinada a armas pequeñas 1.000.000 J.

Covolumen. Este es un valor característico de cierto tipo de pólvora, proporcional al volumen de las moléculas de gas e influye en el valor de la presión. A presiones relativamente bajas, como en un arma de ánima lisa, puede despreciarse.

La velocidad de combustión de la pólvora a P = 1 bar. Depende de composición química pólvora
Esta velocidad de combustión depende del contenido de materia volátil.
La fuerza de la pólvora durante la combustión en un volumen constante afecta el valor de la presión y la velocidad de su aumento; la velocidad de combustión a P = 1 bar afecta solo la velocidad de aumento de la presión.
Son las características balísticas de la pólvora.

Excepto características balísticas la magnitud y naturaleza del aumento de presión están influenciadas por la densidad de carga, que es una característica de las condiciones de carga. La densidad de carga es la relación entre el peso de la carga y el volumen en el que arde el polvo.

Densidad gravimétrica. Caracteriza el grado de compacidad de la carga para una determinada densidad de pólvora; es mayor para la pólvora cuyos granos tienen bordes redondeados y menor para la pólvora con bordes rectangulares y nervaduras salientes. La pólvora con granos esféricos y en forma de varilla tiene la mayor densidad gravimétrica.

La densidad gravimétrica (volumétrica, peso aparente) se mide normalmente en g/dm3 (g/l); en la pólvora para armas de ánima lisa está en el rango de 450 a 650. En la línea de pólvora de un fabricante, cuanto mayor es la densidad gravimétrica, menor es la velocidad de combustión y mayor es la progresividad.

En un cartucho para pistola de ánima lisa, con métodos de carga densa y compresión de pólvora, la densidad gravimétrica permanece sin cambios y no depende de la cantidad de compresión primaria y compresión por fuerza de rodadura, lo que no afecta los parámetros finales del disparo.

Así, existen tres características balísticas:

El poder de la pólvora.
Velocidad de combustión a P = 1 bar
Tamaño y forma del grano.

Y una descripción de las condiciones de carga: densidad de carga.

Principales fases del proceso de combustión. Tasa de combustión.

Hay tres fases en el proceso de combustión: ignición, ignición y combustión.

Encendido- el proceso de inicio de la combustión bajo la influencia de un impulso externo, una explosión de HF. Después de que la pólvora se enciende al menos en un punto, la reacción de combustión se produce por sí sola debido al calor generado. El inicio de la combustión va precedido del calentamiento y la aparición de gases inflamables. Cuando se enciende, la pólvora debe calentarse rápidamente, ya que cuando se calienta lentamente, los gases inflamables se descomponen y la pólvora pierde rápidamente sus propiedades balísticas.

Para hacer esto, la presión en la recámara creada por el cebador no debe ser inferior a un cierto límite, que depende de la composición del cebador explosivo, la naturaleza de la pólvora, la densidad de carga y el calibre del arma. Los cebadores para encender polvos nitro para deportes y caza se dividen en tres clases: potentes, medios y débiles. Las cápsulas de energía se consideran universales.

La cuestión del uso de cápsulas de diferente potencia según el tipo de pólvora, el calibre y las condiciones de carga requiere una consideración aparte.

Si la potencia del pulso de encendido no es suficiente y su presión es baja, es posible que no se produzca el encendido o se produzca un disparo prolongado. Esto justifica las recomendaciones para agregar pólvora negra cuando se equipa con pólvora nitro y una imprimación CBO de bajo poder, que está destinada a la pólvora negra.

La pólvora sin humo se enciende a una temperatura de 200 grados Celsius y humea a 300.
Después de la ignición, ocurren dos procesos simultáneamente: la ignición y la propia combustión.

Encendido- el proceso de propagación de la combustión sobre la superficie de los granos de polvo. La velocidad de ignición depende principalmente de la presión, del estado de la superficie del grano de pólvora (lisa, rugosa, porosa), de su naturaleza, forma, de la composición de los gases y de los productos de combustión del explosivo.

Pólvora ardiendo- el proceso de propagación de la reacción de combustión profundamente en el grano de pólvora perpendicular a la superficie de la pólvora. La velocidad de combustión también depende de la presión de los gases que rodean el polvo, su naturaleza y la temperatura de combustión.

Al aire libre, la velocidad de ignición de la pólvora sin humo es 2-3 veces mayor que la velocidad de combustión.
La pólvora negra se enciende cientos de veces más rápido que la pólvora sin humo, a 1-3 m/s y 10 mm/s, respectivamente.

Analizando la fórmula de la Ley de Combustión, se puede suponer con suficiente precisión que la velocidad de combustión de la pólvora para armas pequeñas es directamente proporcional a la presión.

El concepto de la teoría de la combustión de pólvora.

Desde los años treinta del siglo pasado, la teoría de la combustión de Belyaev-Zeldovich se ha adoptado en balística interna. Se cree que primero el polvo sólido se descompone y se forman gases que comienzan a arder cuando la temperatura en la fase gaseosa aumenta considerablemente. La temperatura en la superficie de la pólvora es relativamente baja y corresponde a la descomposición primaria de la fibra.
Respecto a la superficie del grano de polvo, existen tres zonas en cada uno de sus dos lados.

En la zona directamente sobre la superficie del grano se produce una reacción de descomposición y formación de gas. El espesor de esta zona depende del espesor del grano; cuanto más grueso es, más pequeña es esta zona y menor es la velocidad de combustión. Por encima hay una capa gaseosa y sólo en último tercio capa, se produce una reacción de combustión. Entre la superficie sólida del grano y la capa ardiente siempre hay una capa de gas que no arde.

Porque todos los granos de la carga se encienden al mismo tiempo, entonces el tiempo de combustión de toda la carga estará determinado por el tiempo de combustión del grano más grueso, lo ideal es que todos los granos sean iguales y la combustión termine al mismo tiempo.

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La base de los polvos de nitrocelulosa es la nitrocelulosa, plastificada con uno u otro disolvente (plastificante). Dependiendo de la volatilidad del disolvente, los polvos de nitrocelulosa se dividen en los siguientes tipos.
1. Polvos de nitrocelulosa preparados con un disolvente volátil, que se elimina casi por completo de la pólvora durante el proceso de producción. Para estas pólvoras guardaban
nombre de piroxilina; se preparan utilizando nitrocelulosa con un contenido de nitrógeno, normalmente superior al 12%, llamada piroxilina.
2. Polvos de nitrocelulosa, elaborados a partir de un disolvente (plastificante) altamente volátil o no volátil que permanece completamente en la pólvora; otro característica distintiva Estos polvos se caracterizan por el hecho de que están hechos a base de nitrocelulosa que contiene, por regla general, menos del 12% de nitrógeno, llamada coloxilina. Estas pólvoras se llaman balistitas.
Antes de la Segunda Guerra Mundial, la nitroglicerina se utilizaba como plastificante. Desde la Segunda Guerra Mundial, el etrodiglicol también se utiliza como plastificante. Los nombres de las balistitas fueron determinados por el nombre técnico del plastificante de nitrato: nitroglicerina, nitrodiglicol. Las balistitas de nitrodiglicol son similares en composición y muchas de sus propiedades a las balistitas de nitroglicerina.
3. Polvos de nitrocelulosa producidos en una mezcla de disolventes (plastificante), llamados corditas.
Las corditas se preparan a base de piroxilina con un alto contenido de nitrógeno o con un alto contenido de coloxilina. En ambos casos, la nitroglicerina o nitroglicerina contenida en la cordita no asegura la plastificación completa de la nitrocelulosa. Para completar la plastificación se utiliza un disolvente volátil adicional (plastificante), que se elimina, aunque no completamente, de la pólvora en las últimas etapas de producción. Como disolvente volátil se utiliza acetona para la piroxilina con alto contenido de nitrógeno y un alcohol- Para la coloxilina se utiliza una mezcla de éter.
§ 3. COMPONENTES DE LOS POLVOS DE NITROCELULOSA
Los polvos de nitrocelulosa reciben su nombre de su componente principal: la nitrocelulosa. Es la nitrocelulosa, adecuadamente plastificada y compactada, la que explica las propiedades básicas características de los polvos de nitrocelulosa.
Para convertir la nitrocelulosa en pólvora, primero se necesita un disolvente (plastificante).
Para impartir una serie de propiedades especiales a la pólvora se utilizan aditivos: estabilizadores, flegmatizantes y otros.
1. Nitrocelulosa. Para producir nitrocelulosa se utiliza celulosa, que se encuentra en el algodón, la madera, el lino, el cáñamo, la paja, etc. en cantidades que van del 92-93% (algodón) al 50-60% (madera). Para producir nitrocelulosa de alta calidad se utiliza celulosa pura, obtenida a partir de las materias primas vegetales especificadas mediante un tratamiento químico especial.
M8
La molécula de celulosa consta de una gran cantidad de residuos de glucosa CeHjoOs, construidos de forma idéntica e interconectados:
Por tanto, la fórmula general de la celulosa tiene la forma (CoH06)n, donde n es el número de residuos de glucosa. La celulosa está formada por moléculas idénticas de cierta longitud, pero por una mezcla de moléculas con diferentes numeros residuos de glucosa, que, según varios investigadores, oscilan entre varios cientos y varios miles.
Cada residuo de glucosa tiene tres grupos hidroxilo OH. Son estos grupos hidroxilo los que reaccionan con el ácido nítrico según el esquema.
. „ + + re(mH20),
donde = 1; 2 o 3.
En una reacción llamada esterificación, los grupos OH son reemplazados por grupos ON02, llamados grupos nitrato. Dependiendo de las condiciones, los grupos nitrato pueden sustituir no a todos los grupos hidroxilo, sino sólo a una parte de ellos. Por este motivo se obtienen no una, sino varias nitrocelulosas de distintos grados de esterificación.
La nitración de celulosa no se realiza con ácido nítrico puro, sino con su mezcla con ácido sulfúrico. La interacción de la celulosa con el ácido nítrico va acompañada de la liberación de agua. El agua diluye el ácido nítrico, lo que debilita su efecto nitrante. El ácido sulfúrico se une al agua liberada, lo que ya no puede impedir la esterificación.
Cuanto más fuerte sea la mezcla ácida, es decir, cuanto menos agua contenga, mayor será el grado de esterificación de la celulosa. Eligiendo adecuadamente la composición de la mezcla ácida, se puede obtener nitrocelulosa con un grado determinado de esterificación.
Tipos de nitratos de celulosa. La estructura de la celulosa no puede expresarse mediante ninguna fórmula específica debido a que es heterogénea en el tamaño de sus moléculas. Esto se aplica en mayor medida aún a los nitratos de celulosa, que también están compuestos por moléculas heterogéneas en el grado de esterificación.
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Por tanto, la nitrocelulosa se caracteriza por su contenido de nitrógeno, determinado mediante análisis químico, o por el grado de esterificación (el número de grupos nitrato por residuo de glucosa promedio).
En la práctica, se distinguen los siguientes tipos de nitrocelulosa utilizados en la producción de pólvora.
a) Coloxilina. Contenido de nitrógeno 11,5-12,0%. Completamente soluble en mezclas de alcohol y éter.
b) Piroxilina No. 2. Contenido de nitrógeno 12,05-12,4%. Se disuelve en una mezcla de alcohol y éter al menos al 90%.

Plan:

Introducción

• 1 Historia de la pólvora
• 2 tipos de pólvora
  • 2.1 Polvos mezclados
    • 2.1.1 Pólvora negra
  • 2.2 Polvos de nitrocelulosa
    • 2.2.1 Piroxilina
    • 2.2.2 Balístico
    • 2.2.3 Cordita
    • 2.2.4 Combustible sólido para cohetes
• 3 Combustión de polvo y su regulación.
• 4 Características de la pólvora
Literatura

Introducción

Polvo sin humo de nitrocelulosa N110

Cartucho de pólvora sin humo

Polvo- una sustancia sólida multicomponente capaz de arder regularmente en capas paralelas sin acceso al oxígeno del exterior, liberando una gran cantidad de energía térmica y productos gaseosos utilizados para lanzar proyectiles, propulsar cohetes y para otros fines. La pólvora pertenece a la clase de los explosivos propulsores.

1. Historia de la pólvora

El primer representante de los explosivos fue polvo negro- una mezcla mecánica de nitrato de potasio, carbón y azufre, normalmente en una proporción de 15:3:2. Existe una fuerte opinión de que estos compuestos aparecieron en la antigüedad y se utilizaron principalmente como agentes incendiarios y destructivos. Sin embargo, no se encontró ninguna prueba material o documental fehaciente de ello. En la naturaleza, los depósitos de nitrato son raros y el nitrato de potasio, necesario para la fabricación de composiciones suficientemente estables, no se encuentra en absoluto.

En China, la receta de la pólvora apareció en 1044, pero es posible que la pólvora existiera antes; Algunos creen que el inventor de la pólvora o el presagio de su invención fue Wei Boyang en el siglo II. Para conocer la supuesta invención de la pólvora por parte de los chinos medievales, consulte Cuatro grandes inventos.

La producción de nitrato de potasio requiere métodos tecnológicos desarrollados que aparecieron sólo con el desarrollo de la química en Siglos XV-XVI. La producción de materiales de carbono con una superficie específica muy desarrollada, como el carbón vegetal, también requiere tecnología avanzada, que apareció sólo con el desarrollo de la metalurgia del hierro. Lo más probable es el uso de diversas mezclas naturales que contienen nitratos con sustancias orgánicas, que tienen propiedades inherentes a las composiciones pirotécnicas. El monje Berthold Schwartz es considerado uno de los inventores de la pólvora.

La propiedad propulsora de la pólvora negra se descubrió mucho más tarde y sirvió de impulso para el desarrollo de las armas de fuego. Se conoce en Europa (incluida Rusia) desde el siglo XIII; hasta mediados del siglo XIX siguió siendo el único alto explosivo y hasta finales del XIX siglo - un arma arrojadiza.

Con la invención de la pólvora de nitrocelulosa y, posteriormente, de los potentes explosivos individuales, la pólvora negra perdió en gran medida su importancia.

La pólvora de piroxilina fue producida por primera vez en Francia por P. Viel en 1884, la pólvora balística en Suecia por Alfred Nobel en 1888 y la pólvora de cordita en Gran Bretaña a finales del siglo XIX. Casi al mismo tiempo (1887-91) en Rusia, Dmitry Mendeleev desarrolló pólvora de pirocolodión y un grupo de ingenieros de la planta de pólvora Okhtinsky desarrolló pólvora de piroxilina.

En los años 30 del siglo XX en la URSS se crearon por primera vez cargas de pólvora balística para proyectiles de cohetes, que fueron utilizadas con éxito por las tropas durante la Gran Guerra Patria. guerra patriótica (sistemas de chorro fuego de salva). A finales de la década de 1940 se desarrollaron propulsores combinados para motores de cohetes.

Se lleva a cabo una mejora adicional de la pólvora con el objetivo de crear nuevas formulaciones, pólvoras. proposito especial y mejorar sus características básicas.

2. Tipos de pólvora

Hay dos tipos de pólvora: mixta (incluida la ahumada) y nitrocelulosa (sin humo). La pólvora utilizada en los motores de cohetes se denomina combustible sólido para cohetes. La base nitrocelulosa La pólvora se compone de nitrocelulosa y plastificante. Además de los componentes principales, estos polvos contienen varios aditivos.

La pólvora es un explosivo propulsor. En las condiciones apropiadas de iniciación, la pólvora es capaz de detonar de manera similar a los explosivos potentes, razón por la cual la pólvora negra se ha utilizado durante mucho tiempo como explosivo potente. En almacenamiento a largo plazo más del período establecido para una determinada pólvora o cuando se almacena en condiciones inadecuadas, se produce la descomposición química de los componentes de la pólvora y un cambio en sus características operativas (modo de combustión, características mecánicas de las bombas cohete, etc.). El funcionamiento e incluso el almacenamiento de este tipo de polvos es extremadamente peligroso y puede provocar una explosión.

2.1. Polvos mixtos

2.1.1. Polvo negro

Caja de pólvora y pala para pólvora de los siglos XVIII-XIX.

Moderno ahumado La pólvora se elabora en forma de granos. Forma irregular. La base para producir pólvora es una mezcla de azufre, nitrato de potasio y carbón. Muchos países tienen sus propias proporciones para mezclar estos componentes, pero no difieren mucho, en Rusia se adopta la siguiente composición: 75% KNO 3 (nitrato de potasio), 15% C (carbón vegetal) y 10% S (azufre). El papel del agente oxidante en ellos lo desempeña el nitrato de potasio (nitrato de potasio), el combustible principal es el carbón. El azufre es una sustancia cementosa que reduce la higroscopicidad de la pólvora y facilita su ignición. La eficiencia de la combustión de la pólvora negra está relacionada en gran medida con la finura de la molienda de los componentes, la integridad de la mezcla y la forma de los granos terminados.

Tipos de pólvora negra (% composición KNO 3, S, C.):

• con cable (para cordones cortafuegos)(77%, 12%, 11%);
• rifle (para encendedores de cargas de polvos de nitrocelulosa y mezclas de combustibles sólidos, así como para expulsar cargas en proyectiles incendiarios e iluminadores);
• de grano grueso (para encendedores);
• de combustión lenta (para intensificadores y moderadores en tubos y mechas);
• mina (para voladuras) (75%, 10%, 15%);
• caza (76%, 9%, 15%);
• Deportes.

La pólvora negra es muy inflamable bajo la influencia de llamas y chispas (punto de inflamación 300 °C) y, por tanto, su manipulación es peligrosa. Almacenado en un recipiente herméticamente cerrado por separado de otros tipos de pólvora. Higroscópico, con un contenido de humedad superior al 2% no se enciende bien. El proceso de producción de pólvora negra implica mezclar componentes finamente molidos y procesar la pulpa en polvo resultante para obtener granos de tamaños específicos. La corrosión de los barriles con pólvora negra es mucho peor que con pólvora de nitrocelulosa, ya que el subproducto de la combustión son los ácidos sulfúrico y sulfuroso. Actualmente la pólvora negra se utiliza en los fuegos artificiales. Hasta aproximadamente finales del siglo XIX se utilizó en armas de fuego y municiones explosivas.

2.2. Polvos de nitrocelulosa

Según la composición y el tipo de plastificante (disolvente), los polvos de nitrocelulosa se dividen en: piroxilina, balistita y cordita.

2.2.1. Piroxilina

Parte piroxilina La pólvora suele contener entre un 91% y un 96% de piroxilina, entre un 1,2% y un 5% de sustancias volátiles (alcohol, éter y agua), entre un 1,0% y un 1,5% de estabilizador (difenilamina, centrolito) para aumentar la estabilidad durante el almacenamiento, entre un 2% y un 6% de flegmatizador para ralentizar la combustión del exterior. capas de granos de polvo y 0,2-0,3% de grafito como aditivos. Estas pólvoras se fabrican en forma de placas, cintas, anillos, tubos y granos con uno o más canales; utilizada en brazos cortos y en artillería. Las principales desventajas de los polvos de piroxilina son: baja energía de los productos de combustión gaseosos (en comparación, por ejemplo, con los polvos balísticos), dificultad tecnológica para obtener cargas. diametro largo para motores de cohetes. El tiempo principal del ciclo tecnológico se dedica a eliminar los disolventes volátiles del producto semiacabado en polvo. Dependiendo del propósito, además de los polvos de piroxilina habituales, existen polvos especiales: retardantes de llama, poco higroscópicos, de bajo gradiente (con una baja dependencia de la velocidad de combustión de la temperatura de la carga); baja erosión (con impacto reducido de alta erosión en el orificio del cañón); flegmatizado (con una velocidad de combustión reducida de las capas superficiales); porosos y otros. El proceso de producción de polvos de piroxilina implica disolver (plastificar) la piroxilina, presionar la masa de polvo resultante y cortarla para darle a los elementos del polvo una determinada forma y tamaño, eliminar el disolvente y consta de una serie de operaciones secuenciales.

2.2.2. Balístico

La base balístico Los polvos se componen de nitrocelulosa y un plastificante no removible, por lo que a veces se les llama dibásicos. Dependiendo del plastificante utilizado, se denominan nitroglicerina, diglicol, etc. La composición habitual de los polvos balísticos: 40-60% de coloxilina (nitrocelulosa con un contenido de nitrógeno inferior al 12,2%) y 30-55% de nitroglicerina (polvos de nitroglicerina) o dinitrato de dietilenglicol (pólvora de diglicol) o mezclas de los mismos. Además, estos polvos contienen compuestos nitro aromáticos (por ejemplo, dinitrotolueno) para regular la temperatura de combustión, estabilizadores (difenilamina, centralita), así como vaselina, alcanfor y otros aditivos. Además, se puede agregar metal finamente disperso (una aleación de aluminio y magnesio) a los polvos balísticos para aumentar la temperatura y la energía de los productos de combustión; dichos polvos se denominan metalizados. La pólvora se fabrica en forma de tubos, bloques, placas, anillos y cintas. Según su aplicación, las pólvoras balísticas se dividen en cohetes (para cargas de motores de cohetes y generadores de gas), artillería (para cargas propulsoras de piezas de artillería) y mortero (para propulsar cargas de morteros). En comparación con los polvos de piroxilina, la pólvora balística se caracteriza por una menor higroscopicidad, una producción más rápida, la capacidad de producir cargas grandes (hasta 0,8 metros de diámetro), una alta resistencia mecánica y flexibilidad debido al uso de un plastificante. La desventaja de los polvos balísticos en comparación con los polvos de piroxilina es el gran peligro en la producción debido a la presencia en su composición de un poderoso explosivo: la nitroglicerina, que es muy sensible a las influencias externas, así como la imposibilidad de obtener cargas con un diámetro mayor que 0,8 m, a diferencia de las pólvoras mixtas a base de polímeros sintéticos. El proceso tecnológico para la producción de polvos balísticos implica mezclar componentes en agua tibia Para distribuirlos uniformemente, exprime el agua y pasa repetidamente sobre rulos calientes. Esto elimina el agua y plastifica el nitrato de celulosa, que adquiere la apariencia de una lámina con forma de cuerno. A continuación, la pólvora se prensa a través de troqueles o se enrolla en láminas finas y se corta.

2.2.3. Cordita

Cordita la pólvora contiene piroxilina con alto contenido de nitrógeno, un plastificante removible (mezcla de alcohol y éter, acetona) y no removible (nitroglicerina). Esto acerca la tecnología de producción de estas pólvoras a la producción de pólvora de piroxilina. Ventaja corditas- mayor potencia, sin embargo, provocan una mayor combustión de las barricas debido a la mayor temperatura de los productos de combustión.

2.2.4. Combustible sólido para cohetes

Las pólvoras mixtas a base de polímeros sintéticos (combustibles sólidos para cohetes) contienen aproximadamente entre un 50 y un 60 % de oxidante, generalmente perclorato de amonio, entre un 10 y un 20 % de aglutinante de polímero plastificado, entre un 10 y un 20 % de polvo fino de aluminio y diversos aditivos. Esta dirección de producción de pólvora apareció por primera vez en Alemania en los años 30 y 40 del siglo XX; después del final de la guerra, el desarrollo activo de dichos combustibles comenzó en los EE. UU. y, a principios de los años 50, en la URSS. Las principales ventajas sobre las pólvoras balísticas que les atrajeron gran atención fueron: mayor empuje específico de los motores de cohetes que utilizan dicho combustible, la capacidad de crear cargas de cualquier forma y tamaño, alta deformación y propiedades mecánicas composiciones, la capacidad de regular la velocidad de combustión en un amplio rango. Estas ventajas permitieron crear misiles estratégicos Con un alcance de más de 10.000 km, utilizando pólvora balística, S.P. Korolev, junto con los fabricantes de pólvora, lograron crear un cohete con un alcance máximo de 2.000 km. Pero los combustibles sólidos mixtos tienen importantes desventajas en comparación con los polvos de nitrocelulosa: el altísimo costo de su producción, la duración del ciclo de producción de carga (hasta varios meses), la complejidad de la eliminación y la liberación de perclorato de amonio a la atmósfera de clorhídrico. ácido durante la combustión.

3. Combustión de pólvora y su regulación

La combustión en capas paralelas, que no desemboca en explosión, se produce por la transferencia de calor de una capa a otra y se consigue mediante una fabricación bastante monolítica. elementos en polvo, libre de grietas. La velocidad de combustión de la pólvora depende de la presión según una ley de potencia, que aumenta al aumentar la presión, por lo que no debes centrarte en la velocidad de combustión de la pólvora a presión atmosférica, evaluando sus características. La regulación de la velocidad de combustión de los polvos es muy tarea difícil y se soluciona utilizando diversos catalizadores de combustión en la composición de la pólvora. La combustión en capas paralelas permite regular la tasa de formación de gas. La formación de gas en la pólvora depende del tamaño de la superficie de la carga y de su velocidad de combustión.

La superficie de los elementos en polvo está determinada por su forma, dimensiones geométricas y puede aumentar o disminuir durante el proceso de combustión. Esta combustión se denomina en consecuencia progresivo o decreciente. Para obtener una tasa constante de formación de gas o su cambio de acuerdo con una determinada ley, las secciones individuales de cargas (por ejemplo, cargas de cohetes) se cubren con una capa de materiales no combustibles ( reserva). La velocidad de combustión de la pólvora depende de su composición, temperatura inicial y presión.

4. Características de la pólvora

Las principales características de la pólvora son: calor de combustión Q - la cantidad de calor liberado cuando combustión completa 1 kilogramo de pólvora; el volumen de productos gaseosos V liberados durante la combustión de 1 kilogramo de pólvora (determinado después de llevar los gases a condiciones normales); temperatura del gas T, determinada durante la combustión de la pólvora en condiciones de volumen constante y ausencia de pérdidas de calor; densidad del polvo ρ; La fuerza f de la pólvora es el trabajo que podría realizar 1 kilogramo de gases de pólvora, expandiéndose cuando se calienta T grados a presión atmosférica normal.

Características de los principales tipos de pólvora.

Literatura

• Mao Tso-ben Fue inventado en China / Traducción del chino y notas de A. Klyshko. - M.: Guardia Joven, 1959. - P. 35-45. - 160 s. - 25.000 ejemplares.
• Enciclopedia militar soviética, M., 1978.