Força (explosivo) - Strength (explosive)

Em materiais explosivos , a força é o parâmetro que determina a capacidade do explosivo de mover o material circundante. Ele está relacionado ao rendimento total de gás da reação e à quantidade de calor produzida. Cf. brisance .

A força, ou potencial , de um explosivo é o trabalho total que pode ser executado pelo gás resultante de sua explosão, quando expandido adiabaticamente de seu volume original, até que sua pressão seja reduzida à pressão atmosférica e sua temperatura a 15 ° C. O potencial é, portanto, a quantidade total de calor liberado em volume constante quando expresso em unidades de trabalho equivalentes e é uma medida da força do explosivo.

A força explosiva é medida, por exemplo, pelo teste de bloco de chumbo Trauzl .

Uma explosão pode ocorrer sob duas condições gerais: a primeira, não confinada, como ao ar livre onde a pressão (atmosférica) é constante; a segunda, confinada, como em uma câmara fechada onde o volume é constante. A mesma quantidade de energia térmica é liberada em cada caso, mas na explosão não confinada, uma certa quantidade é usada como energia de trabalho para empurrar de volta o ar circundante e, portanto, é perdida como calor. Em uma explosão confinada, onde o volume explosivo é pequeno (como ocorre na câmara de pólvora de uma arma de fogo), praticamente todo o calor da explosão é conservado como energia útil. Se a quantidade de calor liberada em volume constante sob condições adiabáticas for calculada e convertida de unidades de calor em unidades de trabalho equivalentes, o resultado potencial ou capacidade de trabalho.

Portanto, se

Q _mp representa a quantidade total de calor emitida por um mol de explosivo de 15 ° C e pressão constante (atmosférica);

Q _mv representa o calor total emitido por um mol de explosivo a 15 ° C e volume constante; e

W representa a energia de trabalho gasta para empurrar de volta o ar circundante em uma explosão não confinada e, portanto, não está disponível como calor teórico líquido;

Então, por causa da conversão de energia para trabalhar no caso de pressão constante,

Q _mv = Q _mp + W

a partir do qual o valor de Q _mv pode ser determinado. Posteriormente, o potencial de uma toupeira de um explosivo pode ser calculado. Usando este valor, o potencial para qualquer outro peso de explosivo pode ser determinado por proporção simples.

Usando o princípio do estado inicial e final, e da tabela de calor de formação (resultante de dados experimentais), o calor liberado a pressão constante pode ser facilmente calculado.

m n

Q _mp = v _i Q _fi - v _k Q _fk

1 1

Onde:

Q _fi = calor de formação do produto i a pressão constante

Q _fk = calor de formação do reagente k a pressão constante

v = número de moles de cada produto / reagentes ( m é o número de produtos eno número de reagentes)

A energia de trabalho despendida pelos produtos gasosos da detonação é expressa por:

W = P dv

Com pressão constante e volume inicial insignificante, esta expressão se reduz a:

W = P · V ₂

Uma vez que os calores de formação são calculados para a pressão atmosférica padrão (101 325 Pa, onde 1 Pa = 1 N / m ² ) e 15 ° C, V ₂ é o volume ocupado pelos gases produzidos nessas condições. Neste ponto

W / mol = (101 325 N / m ² ) (23,63 L / mol) (1 m ³ /1000 L) = 2,394 N-m / mol = 2394 J / mol

e aplicando os fatores de conversão apropriados, o trabalho pode ser convertido em unidades de quilocalorias.

W / mol = 0,572 kcal / mol

Uma vez balanceada a reação química, pode-se calcular o volume de gás produzido e o trabalho de expansão. Feito isso, os cálculos necessários para determinar o potencial podem ser realizados.

Para TNT:

C ₆ H ₂ (NO ₂ ) ₃ CH ₃ → 6CO + 2,5H ₂ + 1,5N ₂ + C

por 10 mol

Então:

Q _mp = 6 (26,43) - 16,5 = 142,08 kcal / mol

Nota: Elementos em seu estado natural (H ₂ , O ₂ , N ₂ , C, etc.) são usados ​​como base para as tabelas de calor de formação e são atribuídos a um valor zero. Consulte a tabela 12-2.

Q _mv = 142,08 + 0,572 (10) = 147,8 kcal / mol

Como afirmado anteriormente, Q _mv convertido em unidades de trabalho equivalentes é o potencial do explosivo. (MW = Peso molecular do explosivo)

Potencial = Q _mv kcal / mol × 4185 J / kcal × 10 ³ g / kg × 1 mol / (mol · g)

Potencial = Q _mv (4,185 × 10 ⁶ ) J / (mol · kg)

Para TNT ,

Potencial = 147,8 (4,185 × 10 ⁶ ) / 227,1 = 2,72 × 10 ⁶ J / kg

Em vez de tabular esses grandes números, no campo dos explosivos, o TNT é considerado o explosivo padrão, e outros são atribuídos a forças em relação ao TNT. O potencial de TNT foi calculado acima em 2,72 × 10 ⁶ J / kg. Força relativa (RS) pode ser expressa como

RS = Potencial de Explosivo / (2,72 × 10 ⁶ )