Fabricação de explosivos

Explosivos químicos Introdução

São muitos os químicos profissionais e os engenheiros químicos que têm a tendência de encarar o tema dos explosivos de um prisma estritamente militar. Embora os explosivos tenham contribuído para a destruição de vidas humanas, possibilitaram também a execução de grandes obras de engenharia, que seriam física, ou economicamente, impossíveis sem a utilização destes agentes.  A mineração de todas as espécies depende do desmonte, assim como do ato simples, embora necessário, de limpar um campo de troncos e matagais antes da aradura. Os freios de caminhões são restaurados com arrebite, que têm um explosivo no espigão; as aeronaves são construídas com esse tipo de arrebite, com o que se economiza muito tempo e esforço. O uso recente de explosivos submersos, para moldar metais, oferece uma aplicação continuadamente crescente e constitui uma técnica de fabricação nova, versátil e econômica. Classificação

Um explosivo é um material que sob, a influência de um choque térmico ou mecânico, se decompõe rápida e espontaneamente com a evolução de uma grande quantidade de calor. Os explosivos diferem muito quanto à sensibilidade e a potência. Têm importância industrial ou militar apenas os de natureza insensível, que podem ser controlados e têm um elevado conteúdo energético. O que faz uma substância ser explosiva é a grande taxa de liberação de energia e não a energia total liberada. Existem três tipos fundamentais de explosivos, os mecânicos, os atômicos e os químicos. Com a finalidade de classificação, é conveniente situar os explosivos químicos em duas divisões, de acordo com o respectivo comportamento. 1. Explosivos detonantes ou auto-explosivos.  A) Explosivos primários ou iniciadores (detonadores): azida de chumbo, fulminato de mercúrio, estifinato de chumbo. São matérias muito sensíveis, usados em espoletas, detonadores, espoletas de percursão. B) Explosivos secundários: TNT-NA, TNT-NA, tetril, PETN, RDX, TNT, picrato de amônio, ácido pícrico, DNT (dinitrotolueno). São materiaisbastante insensíveis ao choque mecânico e chama. 2. Explosivos deflagrantes ou baixo-explosivos. Pólvora sem fumaça (nitrato de celulose coloidal), pólvora negra, algodão-pólvora. Estes, ao contrário dos auto-explosivos, simplesmente queimam. Propriedades dos explosivos

Visando a comparar os explosivos para um emprego conveniente, os ensaios padronizados mais importantes são os que se empregam para determinar a sensibilidade, a estabilidade, a brisância e a potência. Antes da avaliação do seu emprego em objetivos industriais militares, é preciso efetuar ensaios adicionais de volatilidade, de solubilidade, de densidade, de higroscopia, de compatibilidade com outros materiais e de resistência á hidrólise, no caso de o explosivo passar satisfatoriamente pelos primeiros ensaios. São levados também em consideração o custo de fabricação e a toxidez das substâncias. Fabricação da Nitrocelulose

Há muito tempo foram detectadas as propriedades explosivas do algodão nitrado. A descoberta de métodos de gelificar o material, transformando-o numa massa uniforme e densa, de aparência resinosa, reduziu a superfície e a rapidez da explosão.  A molécula de celulose é uma molécula muito complicada, com uma massa molecular que vai até 300000g. Existem três grupos hidroxila por unidade fundamenta que podem ser esterificados pelo ácido nítrico, alcançando um teor teórico de nitrogênio de 14%, que é mais elevado que o produto comercialmente existente. A reação pode ser formulada:

     +    +    

        +  

 As celuloses que não foram completamente nitradas ao trinitrato são usadas na forma de vários nitratatos de celulose industriais. Além dos ésteres nítricos, formam-se alguns sulfatos, graças ao ácido sulfúrico, que é adicionado para fixar a água resultante da reação de nitração e permitir que a reação avance para a direita. Estes ésteres do ácido sulfúrico são instáveis e, se não forem removidos, a decomposição que sofreriam dariam lugar a uma condição ácida perigosa na pólvora armazenada; a decomposição se faz no processo de lavagem.  A nitrocelulose acabada não se deve tornar ácida, ao ser usada ou durante o armazenamento, pois a acidez catalisa o avanço da decomposição. Adicionase a ela, por isso, um estabilizador que reaja com quaisquer traços de ácido nítrico ou sulfúrico, que possa ser liberado em virtude da decomposição da nitrocelulose e, assim, suspender qualquer prosseguimento da decomposição. Etapas da fabricação

Purificam-se línteres de algodão, ou polpa de madeira especialmente preparada, mediante a fervura em vasos (kier), com hidróxido de sódio diluído (Cq). O alvejamento é efetivado com CaCl. OCl, NaOcl ou Ca(OCl  (Cq). O algodão é secado, afofado e pesado (Op).

 A mistura ácida é feita com ácido concentrado e ácido usado, que são aquecidos a uma temperatura apropriada e carregados no nitrador (Op).  A nitração (esterificação) é em geral conduzida em condições cuidadosamente controladas, num nitrador com “submersão mecânica”(Cq). Uma carga do nitrador é constituída por 14,5Kg de celulose purificada. A celulose é agitada com cerca de 680 Kg de mistura sulfonítrica, a 30°C, durante 25 min. A composição da mistura ácida é em média: , 21%;   , 63%;   , 0,5%;  , 15,5%. Toda a carga no nitrador cai numa centrífuga, onde os ácidos são expelidos do nitrato de celulose (Op). ( Ob s . : i n c l u i r f l u x o g r a m a p g 3 1 5 o u c r i a r u m )  

O ácido usado é parcialmente concentrado, para ser reutilizado, sendo outra parte vendida ou empregada de outra forma; por exemplo, pela desnitrificação e concentração do    (Op e Cq). Para se produzir uma pólvora sem fumaça mais estável durante o armazenamento, emprega-se a seguinte purificação, em duas etapas, seguidas por lavagem, para destruir os ésteres instáveis do ácido sulfúrico e remover completamente o ácido livre: Quarenta horas de fervura, usando-se pelo menos quatro águas de lavagem e maceração da fibra numa batedeira ou numa máquina Jordan, seguida pela: Lavagem do algodão nitrado por solução fervente diluída de    (2,5 Kg de barrilha por 1000 Kg de nitrato de celulose) e, depois, diversas lavagens com água pura fervente (Cq).  A nitrocelulose lavada é separada da maior parte da água mediante centrifugação. Com isso, o teor de água fica aproximadamente igual a 28% (Op). Neste ponto, a nitrocelulose é usualmente armazenada até que seu uso seja ordenado, e se pode fazer um exame completo de laboratório (Op). O teor de água do algodão nitrado é reduzido a um valor baixo mediante a percolação de álcool, numa desidratação a pressão (Op). O nitrato de celulose é desintegrado e, depois, gelificado pela adição de álcool, éter, difenilamina e de outros agentes modificadores (Op). Formam-se grãos por extrusão através de uma matriz perfurada; os grãos são secos e misturados para constituir a pólvora sem fumaça (Op).  A nitrocelulose dessa forma contém cerca de 12,6% de nitrogênio e é conhecida como piroalgodão. Com ácido mais concentrado, o teor de nitrogênio pode ir a 13,6%. O algodão nitrado com 13,2% de nitrogênio ou mais, é conhecido como algodão pólvora. As pólvoras sem fumaça militares modernas contém cerca de 13,5% de nitrogênio e são um m isto de difenilamina e algodão-pólvora.  A pólvora sem fumaça é a nitrocelulose gelificada contendo cerca de 1% de difenilamina, para melhorar sua duração no armazenamento, e uma pequena quantidade de plastificador ( por exemplo,o ftalato de butila).

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