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Química da detonação da nitroglicerina

1880
Chemist measuring nitroglycerin in a historical laboratory, physical chemistry.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

A nitroglicerina é um explosivo oxigênio-positivo, o que significa que contém mais oxigênio do que o necessário para oxidar completamente seus átomos de carbono e hidrogênio durante a decomposição. Isso resulta em uma decomposição exotérmica muito rápida em produtos gasosos. A equação química balanceada para sua detonação é: [latex]4 C_3H_5(NO_3)_3(l) rightarrow 12 CO_2(g) + 10 H_2O(g) + 6 N_2(g) + O_2(g)[/latex]. Essa reação produz uma expansão de volume massiva.

The detonation of nitroglycerin is a supersonic decomposition process that propagates through the material via a shock wave. The velocidade de detonação (VoD) for liquid nitroglycerin is approximately 7,700 meters per second. The extreme speed of the reaction is due to its molecular structure; the fuel (the C-H backbone) and the oxidizer (the nitrate groups) are held in intimate contact within the same molecule. When initiated by a sufficient shock, the molecule essentially tears itself apart. The energy released, about 1.5 MJ per mole (6.3 MJ/kg), rapidly heats the resulting gases to temperatures around 5,000 °C. According to the lei dos gases ideaisEssa alta temperatura e a conversão de um pequeno volume de líquido em um grande volume de gás (um mol de gás natural líquido produz 7,25 mols de gás) criam uma pressão imensa, da ordem de 20 GPa. Esse rápido aumento de pressão é o que gera a poderosa onda de choque responsável pelo efeito destrutivo do explosivo. A presença de excesso de oxigênio nos produtos é incomum para muitos explosivos orgânicos e contribui para a alta temperatura e eficiência da detonação.

UNESCO Nomenclature: 2307
Química física

Tipo

Processo Químico

Interrupção

Substancial

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Desenvolvimento da estequiometria por Jeremias Richter e John Dalton
  • formulação das leis da termodinâmica
  • Teoria de Chapman-Jouguet da detonação
  • síntese de nitroglicerina

Aplicações

  • base para o cálculo da potência (brisância) de explosivos
  • projeto de pólvoras sem fumaça onde o equilíbrio de oxigênio é crucial
  • formulação de explosivos compostos
  • termodinâmica modelagem de processos de detonação
  • desenvolvimento de explosivos subaquáticos

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • computational fluid dynamics (cfd) models for simulating explosions
  • non-ideal detonation codes that account for reaction kinetics
  • development of insensitive high explosives (ihes) with better safety profiles
  • synthesis of high-nitrogen explosives that produce mainly n2 gas
  • metal-accelerated explosives (thermobarics) that use the excess oxygen to combust metal powders
  • spectroscopic analysis of detonation fronts to study reaction mechanisms
  • nanothermites with tunable energy release rates
  • explosive welding and cladding of dissimilar metals
  • explosive forming of metal components
  • seismic surveying using controlled explosive sources
Relacionado a: detonação, nitroglicerina, balanço de oxigênio, exotérmico, velocidade de detonação, onda de choque, termoquímica, decomposição de explosivos, brisância, explosivo de alta potência.

Contexto histórico

1880
1897
1970
1890
1955
1980

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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