Существует множество взрывчатых веществ, и CL-20, который улучшили учёные из России и Китая, одно из мощнейших. Скорость распространения его ударной волны при взрыве составляет около 9.5 км/с, в то время как, у тротила скорость детонации всего 7 км/c. Химики из РХТУ вместе с китайскими коллегами попробовали сделать это вещество ещё мощнее. Статья с описанием исследования опубликована в журнале ChemPlusChem.
“Мы хотели ввести в CL-20 дополнительный окислитель, чтобы улучшить его энергетику, а в некоторых кристаллических модификациях этой молекулы в ее структуре как раз есть внутренние полости”, - рассказывает один из авторов работы, профессор РХТУ, Валерий Синдицкий. “Мы заполнили их чрезвычайно агрессивным соединением - тетраоксидом азота N2O4. Это очень сильный окислитель, который широко применяют в жидких ракетных топливах, и при его контакте с органическим соединением обычно начинается бурная реакция окисления-восстановления. Однако, молекулы CL-20 сами содержат так много NO2 групп, что просто не вступают в реакцию с этим окислителем и служат как бы сосудом для такого агрессивного соединения”.
Проводить исследования со взрывчатыми веществами довольно опасно. Чтобы минимизировать риски исследователи работали в средствах индивидуальной защиты и с минимальными объёмами веществ. Чтобы модифицировать CL-20 исследователи растворили кристаллы вещества в хлороформе при комнатной температуре и добавили жидкий N2O4, так он захватил молекулы окислителя. Оказалось, что N2O4 действительно встроился в полости кристалла CL-20, а с течением времени молекулы N2O4 диссоциировали до еще более активных соединений - радикалов NO2. Затем заряд из модифицированного CL-20 запрессовывали в толстостенные трубки из оргстекла и поджигали, а с помощью встроенных тонких термопар фиксировали распределение температуры в волне горения. Скоростная видеокамера зафиксировала, что скорость горения нового вещества превосходит аналогичную величину для чистого CL-20 в такой же кристаллической модификации, а их термическая стабильность сопоставима. Также исследование показало, что скорость детонации нового вещества и давление в ударной волне превосходит чистый CL-20.
“Это первый пример сольвата с таким мощным и агрессивным окислителем, и мы были вообще поражены, что такое возможно”, - говорит Синдицкий. “За счет введения N2O4 мы немножко улучшили кислородный баланс системы, и в пламени появился добавочный окислитель. Он чуть-чуть, но всё-таки поднял скорость горения, у которого эта характеристика и так очень высока”.
Энергонасыщенные материалы используются не только в военных, но и в мирных целях. Их добавляют в ракетное топливо, с их помощью прокладывают тоннели, демонтируют здания и создают искусственные водоемы. Ученые подчеркивают, что их результат носит, прежде всего, фундаментальный характер, но также возможно и практическое применение.
Фото предоставлено пресс-службой Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева
