Frage:
Was macht Substanzen explosiv?
Thurarcier
2014-01-01 05:17:58 UTC
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Kann mir jemand klar erklären, warum manche Dinge explosiv sind?

Es ist möglicherweise besser, die Art der gesuchten Informationen genauer zu erläutern und diejenigen, die antworten möchten, entscheiden zu lassen, wie sie darauf antworten möchten.
Suchen Sie nach Molekülen mit sehr exothermer Zersetzung.
Vier antworten:
matt_black
2014-01-10 04:34:04 UTC
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Ich könnte sagen, Sprengstoffe sind Dinge, die explodieren, aber dies wäre keine hilfreiche Antwort.

Es ist auch nicht so hilfreich, Sprengstoffe als Verbindungen mit stark exothermer Zersetzung zu beschreiben . Diese Eigenschaft allein definiert keinen Explosivstoff.

Entscheidend ist die Geschwindigkeit der Reaktion in der Masseverbindung. Diese Rate definiert zwei Schlüsselarten von Explosivstoffen. Wenn die Reaktion nach dem Start schneller als die Schallgeschwindigkeit durch die Masseverbindung verläuft, nennen wir sie Detonation. Wenn die Reaktion langsamer als die Schallgeschwindigkeit ist, bezeichnen wir sie als Deflagration.

Diese Unterscheidung ist wichtig, da Sprengstoffe unterschiedlich eingesetzt werden können. Treibmittel wie der Sprengstoff, mit dem Kugeln angetrieben werden, neigen zur Verpuffung (da Sie eine relativ langsame, kontrollierte Reaktion wünschen, um die Granate aus dem Lauf zu treiben, ohne den Lauf in die Luft zu jagen). Aber wenn Sie möchten, dass etwas wirklich knallt und ein Chaos verursacht (wie es das Militär tut) oder wenn Sie möchten, dass etwas Fels aufbricht (wie es Steinbrecher und Bergleute tun), dann möchten Sie etwas, das explodiert.

Die Strukturen einiger bekannter Sprengstoffe sind nachstehend aufgeführt:

structures of common explosives

Die bekanntesten Sprengstoffverbindungen der realen Welt werden aus diesen Verbindungen sowie einigen zugesetzten Materialien hergestellt, um sie einfacher zu machen Griff. C-4, ein bekannter militärischer Sprengstoff, ist meistens RDX mit Weichmachern, um das Formen wie Plastilin zu erleichtern. Der beliebteste Plastiksprengstoff für Terroristen ist Semtex, ähnlich wie C-4, jedoch aus einer Mischung von PETN und RDX hergestellt. TNT wird häufig in hochexplosiven Militärpatronen verwendet (teilweise, weil es durch Dampf geschmolzen und in Patronenhülsen gegossen werden kann). Der erste moderne Sprengstoff, Dynamit, basiert auf Nitroglycerin, das mit Kieselgur gemischt ist (was die Handhabung erheblich erleichtert als die gefährlich stoßempfindliche reine Verbindung).

Bei den chemischen Reaktionen entsteht typischerweise CO 2 sub>, H 2 sub> O und manchmal N 2 sub>.

Ein weiteres wichtiges Merkmal ist, wie leicht die Reaktion ausgelöst werden kann. Einige Verbindungen sind sehr stoßempfindlich wie Quecksilberfulminat oder Nitroglycerin. Dies ist nur bei Zündern (in kleinen Mengen) oder bei Chemikern mit Todeswunsch sinnvoll. Viele Massenexplosivstoffe benötigen einen Zünder, um eine Explosion auszulösen, wodurch sie viel sicherer zu handhaben und zu transportieren sind. C-4 in kleinen Mengen brennt tatsächlich langsam (und wurde manchmal von Soldaten im Vietnamkrieg verwendet, um Rationen zu erwärmen).

user467
2014-01-10 07:56:40 UTC
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Eine Sache, die in den Antworten bisher nicht erwähnt wurde, ist, dass eine Explosion eine chemische Reaktion ist. Die Frage ist also: Warum tritt die Explosionsreaktion auf? Und wie so viele chemische Reaktionen lautet die Antwort, dass der Zustand nach der Explosion eine niedrigere Energie aufweist als der Zustand vor der Explosion. Das scheint angesichts der Energie, die bei einer Explosion freigesetzt wird, offensichtlich zu sein! Interessanter ist jedoch, dass eine explosive Verbindung über einen längeren Zeitraum in einem metastabilen Zustand (buchstäblich in einem Energiezustand, der höher als der niedrigstmögliche Zustand ist) verbleiben kann. Diese Metastabilität ist genau der Grund, warum explosive Verbindungen nützlich sein können: Sie explodieren nicht nur spontan.

Aber dies wirft die Frage auf: Warum sind explosive Verbindungen metastabil? Dies führt zu Fragen der Aktivierungsenergie oder der Einführung von Reaktanten. Im ersten Fall kann es erforderlich sein, dass mehr Energie benötigt wird, um die Metastabilität zu brechen. Dies ist beispielsweise erforderlich, damit explosive Gemische aus Wasserstoff und Sauerstoff explodieren. Im zweiten Fall kann die Einführung eines Reaktanten genau das sein, was für die explosive Zersetzung benötigt wird. Zum Beispiel wird der Sprengstoff $ \ ce {XeO_3} $ durch bloßen Kontakt mit organischen Verbindungen ausgelöst.

Zusammenfassend: Explosionen sind besonders heftige Beispiele für chemische Reaktionen, die sich in einen Zustand niedrigerer Energie bewegen, aber die " warum "und" wie "komplex sein können.

Kevin
2014-01-10 07:31:42 UTC
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Ein Material mit einer geringen Reaktionsgeschwindigkeit in großen Mengen kann auch explosiv sein, wenn es seine Oberfläche vergrößert, wodurch seine Reaktionsgeschwindigkeit erhöht wird, wie z. B. eine Staubexplosion.

Li Zhi
2016-11-21 05:05:10 UTC
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Chemische Verbindungen besitzen Bindungsenergie. Außer bei sehr hohen Temperaturen gibt es viele Chemikalien, die nicht die stabilsten sind (für den gegebenen Satz von Elementen). Eine (einfache, grobe) Sichtweise: Diese Chemikalien werden in Formen "eingefroren", die nicht die stabilsten sind.

Cellulose ist der Hauptbestandteil von Holz. Es ist ein Polymer mit der ungefähren chemischen Formel $ \ ce {C6H10O5} $. Während Holz Jahrzehnte und Jahrhunderte halten kann, ist Holzstaub (Sägemehl) das gleiche Material und in einer mit Luft vermischten Staubwolke ziemlich explosiv. Ist Holz also "explosiv" oder nicht?

Dies hat viele Aspekte: Eine Explosion (eine chemische Explosion) ist eine chemische Reaktion (häufig eine Reihe verwandter chemischer Reaktionen), die über einen bestimmten Zeitraum stattfinden von Bruchteilen einer Sekunde. Dies wird als "Geschwindigkeit" der Reaktion bezeichnet. Wenn ich eine instabile Chemikalie herstellen würde und sie aus dem Reaktionsgefäß herausfließen würde, würden wir eher diese Zersetzung als eine Explosion in Betracht ziehen. Wir würden genau die gleiche Reaktion als Explosion betrachten, wenn ein Teil der Ausrüstung kaputt gehen würde. Wir müssen also vorsichtig sein, um zu verstehen, was wir unter "explosiv" verstehen. Im Allgemeinen (zur Vereinfachung) ist eine Chemikalie oder ein chemisches Gemisch "explosiv", wenn es größtenteils stabil ist (sich langsam zersetzt, Tage, Wochen, Monate, Jahre dauert) und wenn wir eine kleine Menge Energie hinzufügen können (ein Funke, eine Flamme, Schlagen mit einem Hammer usw.), um eine sich selbst ausbreitende und SCHNELLE chemische Reaktion oder Zersetzung zu starten.

"Schnell": Ich habe bereits erklärt, warum schnell erforderlich ist, aber ich habe nicht erklärt, was "schnell" verursacht. Eine schnelle chemische Reaktion muss eine "einfache" Umlagerung der chemischen Bindungen sein. Das heißt, es muss zwischen Atomen geschehen, die nahe beieinander liegen. Ich werde hier nicht näher darauf eingehen. Es würde erfordern, dass Sie einiges über Stereochemie und chemische Kinetik verstehen. Es genügt zu sagen, dass Holzstaub Sauerstoff in der Luft und Zellulose im Holz nahe beieinander liegen lässt und es einfach macht, die Reaktion selbst zu verbreiten. "Selbstausbreitung" ist eine Art Fehlbezeichnung. Der Begriff bedeutet, dass die Energie, die bei der Reaktion eines Moleküls (oder einer Reihe von Molekülen) freigesetzt wird, mehr als genug ist, um ein anderes Molekül "aufzufrieren", damit es reagieren kann und wird. Wir nennen dies die chemische "Aktivierungsenergie", mehr darüber erfahren Sie hier.

Ich betrachte (chemische) Sprengstoffe wie folgt:

  • Gemische von Chemikalien (wie Schwarzpulver), die schnell genug und mit genügend Energie reagieren, um zu resultieren in einer unglaublich beschleunigten Reaktion von mehr davon. Es ernährt sich von sich selbst.

  • Eine einzelne Chemikalie, bei der seine Bindungen "gespannt" und "bereit zum Platzen" sind. Eine sehr geringe Energiemenge kann zur Detonation dieser Verbindungen führen, aber auch hier müssen die beiden gleichen Anforderungen an Geschwindigkeit und Energiemenge erfüllt werden. Die gleiche Aktivierungsenergie muss überwunden werden und die gleiche Ausbreitung muss stattfinden. Bei einer einzelnen Verbindung sind die "Inhaltsstoffe" natürlich "nahe beieinander" - sie befinden sich im selben Molekül. Dies ist ein Grund, warum Nitroglycerin "gefährlicher" als Schwarzpulver ist. Das "Starten" dauert viel weniger.

Hinweis: Chemische Reaktionen ohne "Aktivierung" Energien "geschehen spontan, so dass Sie (außer flüchtig) keine Chemikalie herstellen können, die sowohl instabil ist als auch keine Aktivierungsenergie für Reaktion / Zersetzung enthält.

Eine andere Möglichkeit, dies zu sagen, besteht darin, dass alle Sprengstoffe Aktivierungsenergien haben (da ohne Aktivierungsenergie die Reaktion bereits stattgefunden hätte).



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