miniatura|Explosions en una demostració militar (Marine Corps Air Station Miramar, Califòrnia) Un explosiu és una substància que per alguna causa externa (fricció, calor, percussió, etc.) es transforma en gas i allibera calor, pressió o radiació en un temps molt breu. Un explosiu és un artefacte més o menys senzill, habitualment proveït d'un mecanisme accionador i d'un material que s'expandeix.
En general, els materials explosius han de complir dues característiques principals: han de ser químicament inestables i el procés d'iniciació produeix una expansió sobtada del material i un canvi de pressió, típicament acompanyats d'un flaix i un fort soroll: l'explosió.
L'explosiu més antic conegut és la pólvora. Al es va inventar la nitroglicerina, que és molt inestable, i més tard Alfred Nobel a la seva fàbrica a Geesthacht la va perfeccionar i va inventar la dinamita més estable. Els explosius són perillosos, i n'hi ha molts que es poden fer amb productes casolans, del tipus de combinar salfumant i aspirina.
Història
Tot i l'existència d'armes tèrmiques en l'antiguitat, com ara el foc grec, el primer explosiu àmpliament utilitzat, en la guerra i la mineria, va ser la pólvora negra. Els explosius van ser utilitzats probablement per primera vegada en focs artificials i artefactes incendiaris. La barreja de salnitre amb productes combustibles, com el carbó i sofre produïren la pólvora negra, combinacions ja conegudes a la Xina al , que és descrita en el 808 dC. per Qing-Xu-Zi. Tot i que l'origen de la pólvora és incert, hi ha consens entre el principals experts en considerar que va ser inventada a la Xina a mitjans del . L'ús militar de la pólvora és descrit en un llibre publicat el 1044. La pólvora es va estendre vers l'Orient Mitjà i més tard cap a Europa. Buchanan (2006), pàg. 2 Aquest material és sensible a l'aigua, i genera gran quantitat de fum. El primer accident relacionat amb explosius té a veure amb la fabricació de pólvora xinesa, l'explosió de Wanggongchang.
El primer explosiu de major potència que la pólvora negra fou la nitroglicerina, desenvolupada l'any 1847 pel químic italià Ascanio Sobrero. Donada la inestabilitat d'aquesta fou substituïda per la nitrocel·lulosa (1845 per Schönbein), el Trinitrotoluè o TNT (1863 per Julius Wilbrand), la dinamita i la gelignita (aquests dos últims, inventats per Alfred Nobel el 1867 i 1875 respectivament).
La Segona Guerra Mundial va veure un ampli ús de nous explosius: combinacions amb dinamita, com l'Amatol (ja emprat a la primera guerra), el Baratol; diferents combinacions amb Ciclotrimetilentrinitramina (RDX), com la combinació B (terrestre) o l'H6 (naval); o combinacions d'octògen (HMX o ciclotetrametilentetranitramina) i de Pentaeritritol tetranitrat (PETN) tot culminant amb l'aparició dos Explosius Nuclears. Al seu torn, els explosius no nuclears, han estat substituïts pels explosius moderns tals com el trinitrotoluè o el C-4.
La dinamita ha estat pràcticament subsistida per l'ANFO (sigles en anglès de: Ammonium Nitrate - Fuel Oil), una mescla de Nitrat d'amoni i combustibles derivats del petroli (des de gasoils a oli de motor) el cost del qual és més barat i és aproximadament un 25% més potent que el TNT.
Els explosius nuclears han evolucionat també. Són més compactes que els apareguts arran de la segona guerra mundial. Avui encaixen en projectils d'artilleria i míssils llançats des de vehicles terrestres. Els dissenyadors d'armes també han creat bombes "netes" que generen poca pluja radioactiva i les bombes "brutes" que generen conseqüències més radioactives que les versions anteriors. Les bombes de "neutrons" s'han dissenyat per matar els éssers vius amb radiació de neutrons, però causen poc dany als edificis en comparació amb altres explosius nuclears.
Usos
Els explosius són emprats en dos àmbits ben diferenciats: el civil i el militar. Ja des dels seus inicis queda palesa aquesta dualitat en els primerencs usos com a focs d'artifici o arma militar. En l'àmbit civil els explosius són emprats en multituds d'activitats. El seu ús en l'extracció minera de materials (metalls, roques, carbó) i la seva aplicació en la construcció de carreteres, pous, preses, túnels, ferrocarrils, etc. mostren l'alt grau d'influència que té l'ús d'explosius en el desenvolupament humà. En aquest àmbit, els més utilitzats sòn els gelatinosos (Goma 2), pulverulents (amonal, ligamita), els ANFO (en anglès: Ammonium Nitrate-Fuel Oil, com la nagolita) o els hidrogels (Riogel 2).
Classificació dels explosius
La classificació de les substàncies explosives pot efectuar-se de múltiples maneres, però, hi ha tres formes principals, àmpliament acceptades. Són substàncies explosives segons: La naturalesa de l'explosiu La sensibilitat de l'explosiu L'ús de l'explosiu També, però, és freqüent trobar tipologies basant-se en grup químic funcional, amb noms comercials quan es tracta de mescles de substàncies explosives.
Substàncies explosives segons la seva naturalesa Cal considerar dos tipus d'explosius: Els deflagrants Els detonants
Els deflagrants són els explosius en els quals la reacció s'inicia per mecanismes químics tradicionals, és a dir, per una activació termocinètica. La velocitat d'aquests no supera la velocitat del so (mesurada dins el medi explosiu, que sent sòlid o líquid, és molt superior a la de l'aire). La barrera del so tempera l'energia cedida per aquest, de manera que no són molt potents.
El seu interès és escàs. Fonamentalment en pirotècnia i en el tipus d'aplicacions en les que calguin una baixa energia explosiva. En aquesta línia, els "propulsants" són considerats com un subgrup dels explosius deflagrants. Per exemple: Pólvora negra Nitrat de potassi (KNO₃)
La reacció en el grup del detonants es nodreix a partir d'una ona de xoc, supersònica (en el medi que recorre), que inicia l'explosiu a mesura que aquesta transcorre. Donada l'alta velocitat de la reacció són explosius molt potents. Dins d'aquesta classe es poden incloure totes les substàncies explosives esmentades a continuació.
Substàncies explosives segons la seva sensibilitat Primaris. Són aquelles substàncies que requereixen quantitats ínfimes d'energia per a activar-se. Són de gran perillositat i s'utilitzen flegmatitzades (insensibilitzades). La seva potència és modesta en comparació amb la dels altres grups. Triiodur d'amoni Fulminat de mercuri Fulminat d'argent Azida de plom Nitrur de plom Azida d'argent Estifnat de plom o trinitroresorcinat de plom. Hexanitrat de manitol
Secundaris. Responen al grup més nombrós, amb energies d'activació intermèdies encara que no estrictament homogènies. Les potències són molt altes, trobant-se en l'ordre ja dels GW. Nitroglicerina: Molt sensible. Generalment se li aplica un desensibilitzador. Trilita o TNT Hexògen, RDX Ciclonita (trinitrofenilmetilnitramina) Pentrita, PT, PETN Tetranitrato d'pentaeritrita Àcid pícric o TNP (Trinitrofenol) Picrat d'amoni Tetranitrometà Octògen o HMX (Ciclotetrametilentetranitramina) Nitrocel·lulosa Cloratita
Terciaris. Família constituïda gairebé de manera exclusiva per NAFOS (nitrat d'amoni/fueloil), coneguda per la seva enorme insensibilitat. ANFO o NAFO en castellà.
Substàncies explosives segons el seu ús Iniciador. És aquell que té per missió iniciar l'explosiu. Solen ser explosius d'alta sensibilitat (primaris) en combinació i d'acord amb l'impuls requerit: impacte, elèctric o tèrmic. Solen ser anomenats detonadors perquè estar encartutxats comercialment.
Càrrega. És la massa base que explotarà i és objecte del disseny de la voladura. L'iniciador és el responsable d'iniciar la càrrega. Algunes substàncies poden no requerir iniciador; la pólvora, la nitroglicerina o la pentrita s'inflamen amb relativa facilitat sota la flama.
Multiplicador. En certes ocasions la càrrega no arriba a detonar-se amb l'iniciador, per la qual cosa cal un explosiu intermedi que sigui sensible a l'iniciador i alhora inici la càrrega. Molt sovint els nafos ho necessiten.
Per la composició química miniatura|Preparació d'explosiu C-4 Hi ha molts tipus d'explosius segons la seva composició química. Es divideixen bàsicament en explosius d'alt ordre i explosius de baix ordre:
Explosius d'alt ordre Trinitrotoluè o TNT RDX o Ciclonita (trinitrofenilmetilnitramina) PENT o Tetranitrat de pentaeritrita Nitrat d'amoni ANFO Amonal C-4
Explosius de baix ordre Pólvora negra Nitrocel·lulosa Cloratita
Propietats Per determinar l'aptitud d'un explosiu per una determinada aplicació, primer cal conèixer-ne les propietats físiques. La utilitat d'un explosiu només es pot definir amb precisió si se'n coneixen perfectament les propietats i els factors que els afecten. A continuació se'n descriuen algunes de les característiques més importants:
Disponibilitat i cost La disponibilitat i el cost dels explosius depenen de la disponibilitat de matèries primeres i el cost, complexitat i seguretat del procés de fabricació.
Sensibilitat La sensibilitat és el grau de facilitat amb la qual s'encén o detona un explosiu; per exemple, la quantitat i intensitat del xoc, la fricció i calor que es necessiten. Quan es fa servir el terme «sensibilitat», cal especificar de quin tipus de sensibilitat es tracta. La sensibilitat relativa d'un determinat explosiu a impactes pot ser molt diferent de la seva sensibilitat a la fricció o la calor. Alguns dels mètodes que es fan servir per determinar la sensibilitat estudien:
Impacte: la sensibilitat s'expressa en termes de la distància que cal deixar caure un pes estàndard sobre el material per tal que exploti. Fricció: la sensibilitat s'expressa en termes del que passa quan un pèndol llastat rasca el material (que es pot trencar, deixar anar espurnes, encendre's o explotar). Calor: la sensibilitat s'expressa en termes de la temperatura a la qual el material s'encén o explota.
La sensibilitat és un factor important a l'hora d'escollir un explosiu per una aplicació en particular. L'explosiu d'un projectil penetrador de cuirassa ha de ser relativament insensible, ja que, si no, es detonaria abans d'arribar al punt desitjat. Les lents explosives que hi ha al voltant de les càrregues nuclears han de ser molt insensibles per minimitzar el risc de detonació accidental.
Sensibilitat a iniciació La sensibilitat a iniciació és la capacitat d'un explosiu d'iniciar una detonació de manera sostinguda. Es defineix en termes de la potència del detonador que engegarà una detonació sostinguda i contínua en l'explosiu amb tota certesa. Es fa servir l'escala Sellier-Bellot, que consisteix en una sèrie de 10 detonadors, des del núm. 1 fins al núm. 10, cadascun dels quals correspon a una càrrega creixent. En pràctica, la majoria d'explosius que es venen avui en dia responen a un detonador del 8, la càrrega del qual correspon a 2 grams de fulminat de mercuri.
Velocitat de detonació La velocitat a la qual el procés de reacció es propaga a través de la massa de l'explosiu. La majoria d'explosius per mineria tenen una velocitat de detonació que va de 1.800 m/s a 8.000 m/s. Avui en dia, es pot mesurar amb precisió la velocitat de detonació. Juntament amb la densitat, és un factor clau pel que fa a l'energia transmesa en la sobrepressió atmosfèrica i l'acceleració de terra.
Estabilitat L'estabilitat és la capacitat d'un explosiu de ser emmagatzemat sense deteriorar-se.
Els següents factors afecten l'estabilitat dels explosius: