Explosivo

Um explosivo (ou material explosivo) é uma substância reativa que contém uma grande quantidade de energia potencial que pode produzir uma explosão se liberada repentinamente, geralmente acompanhada pela produção de luz, calor, som e pressão. Uma carga explosiva é uma quantidade medida de material explosivo, que pode ser composta apenas por um ingrediente ou ser uma mistura contendo pelo menos duas substâncias.

A energia potencial armazenada em um material explosivo pode, por exemplo, ser

• energia química, como nitroglicerina ou pó de grão
• gás pressurizado, como um cilindro de gás, aerossol pode, ou BLEVE
• energia nuclear, como nos isótopos físsil urânio-235 e plutônio-239

Materiais explosivos podem ser categorizados pela velocidade com que se expandem. Os materiais que detonam (a frente da reação química se move mais rápido através do material do que a velocidade do som) são considerados "altos explosivos" e materiais que deflagram são chamados de "baixos explosivos". Explosivos também podem ser categorizados por sua sensibilidade. Materiais sensíveis que podem ser iniciados por uma quantidade relativamente pequena de calor ou pressão são explosivos primários e materiais que são relativamente insensíveis são explosivos secundários ou terciários.

Uma grande variedade de produtos químicos pode explodir; um número menor é fabricado especificamente para ser usado como explosivo. O restante é muito perigoso, sensível, tóxico, caro, instável ou propenso a decomposição ou degradação em curtos períodos de tempo.

Em contraste, alguns materiais são meramente combustíveis ou inflamáveis se queimarem sem explodir.

A distinção, no entanto, não é nítida. Certos materiais - pós, pós, gases ou líquidos orgânicos voláteis - podem ser simplesmente combustíveis ou inflamáveis em condições normais, mas tornam-se explosivos em situações ou formas específicas, como nuvens dispersas no ar, ou confinamento ou liberação repentina.

História

A Grande Empresa de Pó Ocidental de Toledo, Ohio, um produtor de explosivos, visto em 1905

As primeiras armas térmicas, como o fogo grego, existem desde os tempos antigos. Em suas raízes, a história dos explosivos químicos está na história da pólvora. Durante a Dinastia Tang no século IX, os alquimistas chineses taoístas tentavam ansiosamente encontrar o elixir da imortalidade. No processo, eles se depararam com a invenção explosiva da pólvora negra feita de carvão, salitre e enxofre em 1044. A pólvora foi a primeira forma de explosivos químicos e, em 1161, os chineses estavam usando explosivos pela primeira vez na guerra. Os chineses incorporariam explosivos disparados de tubos de bambu ou bronze conhecidos como bombinhas de bambu. Os chineses também inseriram ratos vivos dentro dos fogos de artifício de bambu; quando disparados contra o inimigo, os ratos flamejantes criavam grandes ramificações psicológicas - assustando os soldados inimigos e fazendo com que as unidades de cavalaria enlouquecessem.

O primeiro explosivo útil mais forte que a pólvora negra foi a nitroglicerina, desenvolvida em 1847. Como a nitroglicerina é um líquido e altamente instável, foi substituída pela nitrocelulose, trinitrotolueno (TNT) em 1863, pólvora sem fumaça, dinamite em 1867 e gelignite (o os dois últimos sendo preparações estabilizadas sofisticadas de nitroglicerina em vez de alternativas químicas, ambas inventadas por Alfred Nobel). A Primeira Guerra Mundial viu a adoção do TNT em projéteis de artilharia. A Segunda Guerra Mundial viu o uso extensivo de novos explosivos (ver Lista de explosivos usados durante a Segunda Guerra Mundial).

Por sua vez, estes foram amplamente substituídos por explosivos mais poderosos, como C-4 e PETN. No entanto, C-4 e PETN reagem com metal e pegam fogo facilmente, mas ao contrário do TNT, C-4 e PETN são à prova d'água e maleáveis.

Aplicativos

Comercial

A maior aplicação comercial de explosivos é a mineração. Esteja a mina na superfície ou enterrada no subsolo, a detonação ou deflagração de um explosivo alto ou baixo em um espaço confinado pode ser usada para liberar um subvolume bastante específico de um material frágil em um volume muito maior do mesmo ou materiais semelhantes. A indústria de mineração tende a usar explosivos à base de nitrato, como emulsões de óleo combustível e soluções de nitrato de amônio, misturas de grânulos de nitrato de amônio (pelotas fertilizantes) e óleo combustível (ANFO) e suspensões gelatinosas ou pastas de nitrato de amônio e combustíveis combustíveis.

Em Ciência e Engenharia de Materiais, explosivos são usados em revestimentos (soldagem por explosão). Uma placa fina de algum material é colocada sobre uma camada espessa de um material diferente, ambas as camadas tipicamente de metal. No topo da fina camada é colocado um explosivo. Em uma extremidade da camada de explosivo, a explosão é iniciada. As duas camadas metálicas são forçadas juntas em alta velocidade e com grande força. A explosão se espalha do local de iniciação por todo o explosivo. Idealmente, isso produz uma ligação metalúrgica entre as duas camadas.

Como o tempo que a onda de choque gasta em qualquer ponto é pequeno, podemos ver a mistura dos dois metais e suas químicas de superfície, através de alguma fração da profundidade, e eles tendem a se misturar de alguma forma. É possível que alguma fração do material da superfície de qualquer camada seja eventualmente ejetada quando o fim do material é atingido. Assim, a massa do agora "soldado" bicamada, pode ser menor que a soma das massas das duas camadas iniciais.

Há aplicações em que uma onda de choque e eletrostática podem resultar em projéteis de alta velocidade.

Militar

Civil

Segurança

Tipos

Químico

O pictograma internacional de substâncias explosivas

Uma explosão é um tipo de reação química espontânea que, uma vez iniciada, é impulsionada por uma grande mudança exotérmica (grande liberação de calor) e uma grande mudança de entropia positiva (grandes quantidades de gases são liberadas) ao passar de reagentes para produtos, constituindo assim um processo termodinamicamente favorável, além de um que se propaga muito rapidamente. Assim, explosivos são substâncias que contêm grande quantidade de energia armazenada em ligações químicas. A estabilidade energética dos produtos gasosos e, portanto, sua geração vem da formação de espécies fortemente ligadas, como monóxido de carbono, dióxido de carbono e (di) nitrogênio, que contêm fortes ligações duplas e triplas com forças de ligação de quase 1 MJ/mol. Consequentemente, a maioria dos explosivos comerciais são compostos orgânicos contendo grupos -NO2, -ONO2 e -NHNO2 que, quando detonados, liberam gases como os mencionados acima (por exemplo, nitroglicerina, TNT, HMX, PETN, nitrocelulose).

Um explosivo é classificado como explosivo baixo ou alto de acordo com sua taxa de combustão: explosivos baixos queimam rapidamente (ou deflagram), enquanto explosivos altos detonam. Embora essas definições sejam distintas, o problema de medir com precisão a decomposição rápida dificulta a classificação prática dos explosivos.

A mecânica tradicional dos explosivos é baseada na rápida oxidação sensível ao choque de carbono e hidrogênio em dióxido de carbono, monóxido de carbono e água na forma de vapor. Os nitratos normalmente fornecem o oxigênio necessário para queimar o combustível de carbono e hidrogênio. Explosivos altos tendem a ter oxigênio, carbono e hidrogênio contidos em uma molécula orgânica, e explosivos menos sensíveis como ANFO são combinações de combustível (carbono e óleo combustível de hidrogênio) e nitrato de amônio. Um sensibilizador como o alumínio em pó pode ser adicionado a um explosivo para aumentar a energia da detonação. Uma vez detonado, a porção de nitrogênio da formulação explosiva emerge como gás nitrogênio e óxido nítrico tóxico.

Decomposição

A decomposição química de um explosivo pode levar anos, dias, horas ou uma fração de segundo. Os processos mais lentos de decomposição ocorrem no armazenamento e são de interesse apenas do ponto de vista da estabilidade. De maior interesse são as outras duas formas rápidas além da decomposição: deflagração e detonação.

Deflagração

Na deflagração, a decomposição do material explosivo é propagada por uma frente de chama que se move lentamente através do material explosivo a velocidades inferiores à velocidade do som dentro da substância (que geralmente é superior a 340 m/s ou 1240 km/h em maioria dos materiais líquidos ou sólidos) em contraste com a detonação, que ocorre a velocidades superiores à velocidade do som. A deflagração é uma característica do material pouco explosivo.

Detonação

Este termo é usado para descrever um fenômeno explosivo em que a decomposição é propagada por uma onda de choque que atravessa o material explosivo a velocidades superiores à velocidade do som dentro da substância. A frente de choque é capaz de atravessar o material altamente explosivo em velocidades supersônicas, normalmente milhares de metros por segundo.

Exótico

Além dos explosivos químicos, existem vários materiais explosivos mais exóticos e métodos exóticos de causar explosões. Os exemplos incluem explosivos nucleares e aquecimento abrupto de uma substância a um estado de plasma com um laser de alta intensidade ou arco elétrico.

Aquecimento a laser e arco são usados em detonadores a laser, detonadores de fio de ponte explosiva e iniciadores de folha explosiva, onde uma onda de choque e, em seguida, a detonação em material explosivo químico convencional é criada por aquecimento a laser ou arco elétrico. Laser e energia elétrica não são usados atualmente na prática para gerar a maior parte da energia necessária, mas apenas para iniciar reações.

Propriedades

Para determinar a adequação de uma substância explosiva para um uso específico, suas propriedades físicas devem primeiro ser conhecidas. A utilidade de um explosivo só pode ser apreciada quando as propriedades e os fatores que os afetam são totalmente compreendidos. Algumas das características mais importantes estão listadas abaixo:

Sensibilidade

Sensibilidade refere-se à facilidade com que um explosivo pode ser inflamado ou detonado, ou seja, a quantidade e intensidade de choque, fricção ou calor necessários. Quando o termo sensibilidade é usado, deve-se tomar cuidado para esclarecer que tipo de sensibilidade está em discussão. A sensibilidade relativa de um determinado explosivo ao impacto pode variar muito de sua sensibilidade ao atrito ou ao calor. Alguns dos métodos de teste usados para determinar a sensibilidade estão relacionados a:

• Impacto – A sensibilidade é expressa em termos de distância através da qual um peso padrão deve ser descartado para o material para fazê-lo explodir.
• Fricção – A sensibilidade é expressa em termos da quantidade de pressão aplicada ao material para criar atrito suficiente para causar uma reação.
• Calor de calor – A sensibilidade é expressa em termos de temperatura em que ocorre a decomposição do material.

Explosivos específicos (geralmente, mas nem sempre, altamente sensíveis em um ou mais dos três eixos acima) podem ser idiossincraticamente sensíveis a fatores como queda de pressão, aceleração, presença de bordas afiadas ou superfícies ásperas, materiais incompatíveis ou mesmo— em casos raros — radiação nuclear ou eletromagnética. Esses fatores apresentam perigos especiais que podem excluir qualquer utilidade prática.

A sensibilidade é uma consideração importante na seleção de um explosivo para uma finalidade específica. O explosivo em um projétil perfurante deve ser relativamente insensível, ou o choque do impacto faria com que ele detonasse antes de penetrar no ponto desejado. As lentes explosivas em torno de cargas nucleares também são projetadas para serem altamente insensíveis, para minimizar o risco de detonação acidental.

Sensibilidade à iniciação

O índice da capacidade de um explosivo para iniciar a detonação de forma sustentada. É definido pelo poder do detonador que certamente preparará o explosivo para uma detonação sustentada e contínua. É feita referência à escala de Sellier-Bellot que consiste numa série de 10 detonadores, de n. 1 a n. 10, cada um dos quais corresponde a um peso de carga crescente. Na prática, a maioria dos explosivos no mercado hoje são sensíveis a um n. 8 detonador, onde a carga corresponde a 2 gramas de fulminato de mercúrio.

Velocidade de detonação

A velocidade com que o processo de reação se propaga na massa do explosivo. A maioria dos explosivos de mineração comercial tem velocidades de detonação variando de 1.800 m/s a 8.000 m/s. Hoje, a velocidade de detonação pode ser medida com precisão. Juntamente com a densidade, é um elemento importante que influencia o rendimento da energia transmitida tanto para a sobrepressão atmosférica quanto para a aceleração do solo. Por definição, um "baixo explosivo", como pólvora negra ou pólvora sem fumaça, tem uma taxa de queima de 171–631 m/s. Em contraste, um "alto explosivo", seja primário, como cordão detonador, ou secundário, como TNT ou C-4, tem uma taxa de queima significativamente maior, cerca de 6900-8092 m/s.

Estabilidade

Estabilidade é a capacidade de um explosivo ser armazenado sem deterioração.

Os seguintes fatores afetam a estabilidade de um explosivo:

• Constituição química. No sentido técnico mais estrito, a palavra "estabilidade" é um termo termo termodinâmico referente à energia de uma substância relativa a um estado de referência ou a alguma outra substância. No entanto, no contexto dos explosivos, a estabilidade refere-se geralmente à facilidade de detonação, que se preocupa com a cinética (ou seja, a taxa de decomposição). Talvez seja melhor, então, diferenciar entre os termos termodinamicamente estável e cineticamente estável, referindo-se ao primeiro como "inerte". Contrariamente, uma substância cinética instável é dito ser "labile". É geralmente reconhecido que certos grupos como nitro (–NO₂), nitrato (–ONO₂), e azide (–N₃), são intrinsecamente labile. Kineticamente, existe uma barreira de baixa ativação para a reação de decomposição. Consequentemente, estes compostos apresentam alta sensibilidade à chama ou choque mecânico. A ligação química nestes compostos é caracterizada como predominantemente covalente e, portanto, eles não são termodinamicamente estabilizados por uma alta energia iônica-lattice. Além disso, eles geralmente têm enthalpies positivos da formação e há pouca impedimento mecanicista ao rearranjo molecular interno para produzir os produtos de decomposição termodinâmica (mais fortemente ligados). Por exemplo, em azide de chumbo, Pb(N₃)₂, os átomos de nitrogênio já estão ligados uns aos outros, decomposição em Pb e N₂^[1] é relativamente fácil.
• Temperatura de armazenamento. A taxa de decomposição de explosivos aumenta em temperaturas mais altas. Todos os explosivos militares padrão podem ser considerados ter um alto grau de estabilidade a temperaturas de -10 a +35 °C, mas cada um tem uma alta temperatura em que sua taxa de decomposição acelera rapidamente e a estabilidade é reduzida. Como regra do polegar, a maioria dos explosivos se tornam perigosamente instáveis a temperaturas acima de 70 °C.
• Exposição à luz solar. Quando expostos aos raios ultravioleta da luz solar, muitos compostos explosivos contendo grupos de nitrogênio rapidamente decompõem, afetando sua estabilidade.
• Descarga elétrica. A sensibilidade eletrostática ou da faísca à iniciação é comum em vários explosivos. A descarga estática ou outra elétrica pode ser suficiente para causar uma reação, até detonação, em algumas circunstâncias. Como resultado, o manuseio seguro de explosivos e pirotecnias geralmente requer aterramento elétrico adequado do operador.

Potência, desempenho e força

O termo potência ou desempenho aplicado a um explosivo refere-se à sua capacidade de realizar trabalho. Na prática, é definido como a capacidade do explosivo de realizar o que se pretende na forma de entrega de energia (ou seja, projeção de fragmentos, explosão de ar, jato de alta velocidade, choque subaquático e energia de bolha, etc.). O poder explosivo ou desempenho é avaliado por uma série de testes personalizados para avaliar o material para o uso pretendido. Dos testes listados abaixo, os testes de expansão do cilindro e jato de ar são comuns à maioria dos programas de teste, e os outros suportam aplicações específicas.

• Teste de expansão do cilindro. Uma quantidade padrão de explosivo é carregada em um cilindro oco longo, geralmente de cobre, e detonada em uma extremidade. Os dados são coletados sobre a taxa de expansão radial do cilindro e a velocidade máxima da parede do cilindro. Isso também estabelece a energia Gurney ou 2E.
• Fragmentação do cilindro. Um cilindro de aço padrão é carregado com explosivo e detonado em um poço de serragem. Os fragmentos são coletados e a distribuição de tamanho analisada.
• Pressão de detonação (condição de Chalman-Jouguet). Dados de pressão de detonação derivados de medições de ondas de choque transmitidas em água pela detonação de cargas explosivas cilíndricas de um tamanho padrão.
• Determinação do diâmetro crítico. Este teste estabelece o tamanho físico mínimo uma carga de um explosivo específico deve ser para sustentar sua própria onda de detonação. O procedimento envolve a detonação de uma série de cargas de diferentes diâmetros até que a dificuldade na propagação de ondas de detonação seja observada.
• Velocidade de detonação de diâmetro maciço. A velocidade de detonação depende da densidade de carga (c), do diâmetro da carga e do tamanho do grão. A teoria hidrodinâmica da detonação usada na previsão de fenômenos explosivos não inclui o diâmetro da carga e, portanto, uma velocidade de detonação, para um diâmetro maciço. Este procedimento requer o disparo de uma série de cargas da mesma densidade e estrutura física, mas diâmetros diferentes, e a extrapolação das velocidades de detonação resultantes para prever a velocidade de detonação de uma carga de um diâmetro maciço.
• Pressão versus distância em escala. Uma carga de um tamanho específico é detonada e seus efeitos de pressão medidos a uma distância padrão. Os valores obtidos são comparados com aqueles para TNT.
• Impulso versus distância em escala. Uma carga de um tamanho específico é detonada e seu impulso (a área sob a curva de tempo de pressão) medida como uma função de distância. Os resultados são tabulados e expressos como equivalentes TNT.
• Energia relativa da bolha (RBE). A carga de 5 a 50 kg é detonada em água e medidores piezoelétricos medem pressão máxima, constante de tempo, impulso e energia.

O RBE pode ser definido como KK_x 3

RBE = KK_S

Onde? KK = o período de expansão da bolha para um experimental (x) ou uma norma (S) Carga.

Brisance

Além da força, os explosivos apresentam uma segunda característica, que é o seu efeito de estilhaçamento ou brisance (do francês que significa "quebrar"), que se distingue e separa da sua capacidade total de trabalho. Esta característica é de importância prática na determinação da eficácia de uma explosão na fragmentação de projéteis, carcaças de bombas, granadas e similares. A rapidez com que um explosivo atinge seu pico de pressão (potência) é uma medida de sua brisância. Os valores de Brisance são empregados principalmente na França e na Rússia.

O teste de esmagamento de areia é comumente empregado para determinar o brilho relativo em comparação com o TNT. Nenhum teste é capaz de comparar diretamente as propriedades explosivas de dois ou mais compostos; é importante examinar os dados de vários desses testes (esmagamento de areia, trauzl e assim por diante) para avaliar o brilho relativo. Valores verdadeiros para comparação requerem experimentos de campo.

Densidade

A densidade de carga refere-se à massa de um explosivo por unidade de volume. Vários métodos de carregamento estão disponíveis, incluindo carregamento de pellets, carregamento fundido e carregamento de prensa, sendo a escolha determinada pelas características do explosivo. Dependendo do método empregado, uma densidade média da carga carregada pode ser obtida dentro de 80-99% da densidade máxima teórica do explosivo. A alta densidade de carga pode reduzir a sensibilidade tornando a massa mais resistente ao atrito interno. No entanto, se a densidade for aumentada a ponto de os cristais individuais serem esmagados, o explosivo pode se tornar mais sensível. O aumento da densidade de carga também permite o uso de mais explosivos, aumentando assim o poder da ogiva. É possível comprimir um explosivo além de um ponto de sensibilidade, conhecido também como prensagem total, no qual o material não é mais capaz de ser iniciado de forma confiável, se é que é possível.

Volatilidade

Volatilidade é a prontidão com que uma substância vaporiza. A volatilidade excessiva geralmente resulta no desenvolvimento de pressão dentro dos cartuchos de munição e na separação das misturas em seus constituintes. A volatilidade afeta a composição química do explosivo de tal forma que pode ocorrer uma redução acentuada da estabilidade, o que resulta em um aumento do perigo de manuseio.

Higroscopicidade e resistência à água

A introdução de água em um explosivo é altamente indesejável, pois reduz a sensibilidade, força e velocidade de detonação do explosivo. A higroscopicidade é uma medida das tendências de absorção de umidade de um material. A umidade afeta negativamente os explosivos por agir como um material inerte que absorve o calor quando vaporizado e por agir como um meio solvente que pode causar reações químicas indesejadas. Sensibilidade, força e velocidade de detonação são reduzidas por materiais inertes que reduzem a continuidade da massa explosiva. Quando o teor de umidade evapora durante a detonação, ocorre o resfriamento, o que reduz a temperatura da reação. A estabilidade também é afetada pela presença de umidade, pois a umidade promove a decomposição do explosivo e, além disso, causa a corrosão do recipiente metálico do explosivo.

Explosivos diferem consideravelmente uns dos outros quanto ao seu comportamento na presença de água. As dinamites de gelatina contendo nitroglicerina têm um certo grau de resistência à água. Explosivos à base de nitrato de amônio têm pouca ou nenhuma resistência à água, pois o nitrato de amônio é altamente solúvel em água e é higroscópico.

Toxicidade

Muitos explosivos são tóxicos até certo ponto. Os insumos de fabricação também podem ser compostos orgânicos ou materiais perigosos que requerem manuseio especial devido a riscos (como substâncias cancerígenas). Os produtos de decomposição, sólidos residuais ou gases de alguns explosivos podem ser tóxicos, enquanto outros são inofensivos, como dióxido de carbono e água.

Exemplos de subprodutos nocivos são:

• Metais pesados, como chumbo, mercúrio e bário de primers (observados em escalas de disparo de alto volume)
• Óxidos nítricos de TNT
• Percloratos quando usado em grandes quantidades

"Explosivos verdes" buscam reduzir os impactos ao meio ambiente e à saúde. Um exemplo disso é o explosivo primário sem chumbo 5-nitrotetrazolato de cobre(I), uma alternativa à azida de chumbo. Uma variedade de explosivo verde são os explosivos CDP, cuja síntese não envolve nenhum ingrediente tóxico, consome dióxido de carbono durante a detonação e não libera nenhum óxido nítrico na atmosfera quando usado.

Trem explosivo

Material explosivo pode ser incorporado no trem explosivo de um dispositivo ou sistema. Um exemplo é um chumbo pirotécnico acendendo um booster, o que faz com que a carga principal detone.

Volume de produtos de explosão

Os explosivos mais amplamente utilizados são líquidos condensados ou sólidos convertidos em produtos gasosos por reações químicas explosivas e pela energia liberada por essas reações. Os produtos gasosos da reação completa são tipicamente dióxido de carbono, vapor e nitrogênio. Os volumes gasosos calculados pela lei dos gases ideais tendem a ser muito grandes em altas pressões características de explosões. A expansão final do volume pode ser estimada em três ordens de grandeza, ou um litro por grama de explosivo. Explosivos com déficit de oxigênio irão gerar fuligem ou gases como monóxido de carbono e hidrogênio, que podem reagir com os materiais circundantes, como o oxigênio atmosférico. As tentativas de obter estimativas de volume mais precisas devem considerar a possibilidade de tais reações colaterais, condensação de vapor e solubilidade aquosa de gases como dióxido de carbono.

Em comparação, a detonação do CDP é baseada na rápida redução do dióxido de carbono em carbono com a liberação abundante de energia. Em vez de produzir gases residuais típicos, como dióxido de carbono, monóxido de carbono, nitrogênio e óxidos nítricos, o CDP é diferente. Em vez disso, a redução altamente energética do dióxido de carbono em carbono vaporiza e pressuriza o excesso de gelo seco na frente da onda, que é o único gás liberado pela detonação. A velocidade de detonação para formulações de CDP pode, portanto, ser personalizada ajustando a porcentagem em peso de agente redutor e gelo seco. As detonações de CDP produzem uma grande quantidade de materiais sólidos que podem ter grande valor comercial como abrasivo:

Exemplo - Reação de Detonação de CDP com Magnésio: XCO₂ + 2Mg → 2MgO + C + (X-1)CO₂

Os produtos da detonação neste exemplo são óxido de magnésio, carbono em várias fases, incluindo diamante, e excesso de dióxido de carbono vaporizado que não foi consumido pela quantidade de magnésio na formulação explosiva.

Balanço de oxigênio (OB% ou Ω)

Balanço de oxigênio é uma expressão usada para indicar o grau em que um explosivo pode ser oxidado. Se uma molécula explosiva contém oxigênio suficiente para converter todo o seu carbono em dióxido de carbono, todo o seu hidrogênio em água e todo o seu metal em óxido de metal sem excesso, diz-se que a molécula tem um balanço de oxigênio zero. Diz-se que a molécula tem um balanço de oxigênio positivo se contiver mais oxigênio do que o necessário e um balanço de oxigênio negativo se contiver menos oxigênio do que o necessário. A sensibilidade, força e brilho de um explosivo são todos um pouco dependentes do equilíbrio de oxigênio e tendem a se aproximar de seus valores máximos quando o equilíbrio de oxigênio se aproxima de zero.

O balanço de oxigênio se aplica à mecânica de explosivos tradicionais com a suposição de que o carbono é oxidado a monóxido de carbono e dióxido de carbono durante a detonação. No que parece ser um paradoxo para um especialista em explosivos, a Cold Detonation Physics usa carbono em seu estado mais altamente oxidado como fonte de oxigênio na forma de dióxido de carbono. O balanço de oxigênio, portanto, não se aplica a uma formulação CDP ou deve ser calculado sem incluir o carbono no dióxido de carbono.

Composição química

Um explosivo químico pode consistir em um composto quimicamente puro, como nitroglicerina, ou uma mistura de combustível e um oxidante, como pólvora negra ou poeira de grãos e ar.

Compostos puros

Alguns compostos químicos são instáveis porque, quando submetidos a choques, reagem, possivelmente até o ponto de detonação. Cada molécula do composto se dissocia em duas ou mais novas moléculas (geralmente gases) com liberação de energia.

• Nitroglicerina: Um líquido altamente instável e sensível
• Peróxido de acetona: Um peróxido orgânico branco muito instável
• TNT: cristais insensíveis amarelos que podem ser derretidos e fundidos sem detonação
• Nitrato de celulose: Um polímero nitrado que pode ser um alto ou baixo explosivo dependendo do nível de nitração e condições
• RDX, PETN, HMX: Explosivos muito poderosos que podem ser usados puros ou em explosivos plásticos
  • C-4 (ou Composição C-4): Um explosivo plástico RDX plastificado para ser adesivo e maleável

As composições acima podem descrever a maior parte do material explosivo, mas um explosivo prático geralmente inclui pequenas porcentagens de outras substâncias. Por exemplo, a dinamite é uma mistura de nitroglicerina altamente sensível com serragem, sílica em pó ou, mais comumente, terra de diatomáceas, que atuam como estabilizadores. Plásticos e polímeros podem ser adicionados para ligar pós de compostos explosivos; ceras podem ser incorporadas para torná-los mais seguros de manusear; pó de alumínio pode ser introduzido para aumentar a energia total e os efeitos da explosão. Compostos explosivos também são frequentemente "ligados": os pós HMX ou RDX podem ser misturados (normalmente por fundição) com TNT para formar Octol ou Cyclotol.

Combustível oxidado

Um oxidante é uma substância pura (molécula) que em uma reação química pode contribuir com alguns átomos de um ou mais elementos oxidantes, nos quais o componente combustível do explosivo queima. No nível mais simples, o próprio oxidante pode ser um elemento oxidante, como oxigênio gasoso ou líquido.

• Pó preto: Nitrato de potássio, carvão vegetal e enxofre
• Pó de Flash: Pó metálico fino (geralmente alumínio ou magnésio) e um oxidante forte (por exemplo, clorato de potássio ou perclorato)
• Ammonal: Nitrato de amônio e pó de alumínio
• A mistura de Armstrong: Clorato de potássio e fósforo vermelho. Esta é uma mistura muito sensível. É um alto explosivo primário em que o enxofre é substituído por alguns ou todos os fósforos para diminuir ligeiramente a sensibilidade.
• Física de detonação fria: Combinações de dióxido de carbono na forma de gelo seco (uma fonte de oxigênio não tradicional) e agentes de redução em pó (combustível) como magnésio e alumínio.
• Explosivos Sprengel: Uma classe muito geral que incorpora qualquer oxidante forte e combustível altamente reativo, embora na prática o nome foi mais comumente aplicado a misturas de cloratos e nitroaromática.
  • ANFO: Nitrato de amônio e óleo de combustível
  • Cheddites: Cloratos ou percloratos e óleo
  • Oxilíquitos: Misturas de materiais orgânicos e oxigênio líquido
  • Panclastites: Misturas de materiais orgânicos e tetroxide dinitrogênio

Disponibilidade e custo

A disponibilidade e o custo dos explosivos são determinados pela disponibilidade das matérias-primas e pelo custo, complexidade e segurança das operações de fabricação.

Classificação

Por sensibilidade

Principal

Um explosivo primário é um explosivo extremamente sensível a estímulos como impacto, fricção, calor, eletricidade estática ou radiação eletromagnética. Alguns explosivos primários também são conhecidos como explosivos de contato. Uma quantidade relativamente pequena de energia é necessária para a iniciação. Como regra geral, os explosivos primários são considerados compostos mais sensíveis que o PETN. Como medida prática, os explosivos primários são suficientemente sensíveis para que possam ser iniciados de forma confiável com um golpe de martelo; no entanto, o PETN geralmente também pode ser iniciado dessa maneira, portanto, essa é apenas uma diretriz muito ampla. Além disso, vários compostos, como o triiodeto de nitrogênio, são tão sensíveis que não podem ser manuseados sem detonar. O triiodeto de nitrogênio é tão sensível que pode ser detonado com segurança pela exposição à radiação alfa; é o único explosivo para o qual isso é verdade.

Explosivos primários são freqüentemente usados em detonadores ou para acionar cargas maiores de explosivos secundários menos sensíveis. Explosivos primários são comumente usados em detonadores e espoletas de percussão para traduzir um sinal de choque físico. Em outras situações, diferentes sinais como choque elétrico ou físico, ou, no caso de sistemas de detonação a laser, luz, são usados para iniciar uma ação, ou seja, uma explosão. Uma pequena quantidade, geralmente miligramas, é suficiente para iniciar uma carga maior de explosivo que geralmente é mais segura de manusear.

Exemplos de altos explosivos primários são:

Secundário

Um explosivo secundário é menos sensível que um explosivo primário e requer substancialmente mais energia para ser iniciado. Por serem menos sensíveis, podem ser usados em uma ampla variedade de aplicações e são mais seguros de manusear e armazenar. Explosivos secundários são usados em grandes quantidades em um trem explosivo e geralmente são iniciados por uma quantidade menor de um explosivo primário.

Exemplos de explosivos secundários incluem TNT e RDX.

Terciário

Explosivos terciários, também chamados de agentes explosivos, são tão insensíveis ao choque que não podem ser detonados de forma confiável por quantidades práticas de explosivo primário e, em vez disso, requerem um reforço explosivo intermediário de explosivo secundário. Estes são frequentemente usados para segurança e custos tipicamente mais baixos de material e manuseio. Os maiores consumidores são as operações de mineração e construção em grande escala.

A maioria dos terciários inclui um combustível e um oxidante. ANFO pode ser um explosivo terciário se sua taxa de reação for lenta.

Por velocidade

Baixo

Explosivos de baixa intensidade (ou explosivos de baixa ordem) são compostos em que a taxa de decomposição prossegue através do material a menos que a velocidade do som. A decomposição é propagada por uma frente de chama (deflagração) que se propaga muito mais lentamente através do material explosivo do que uma onda de choque de um alto explosivo. Em condições normais, explosivos baixos sofrem deflagração a taxas que variam de alguns centímetros por segundo a aproximadamente 0,4 quilômetros por segundo (1.300 pés/s). É possível que deflagrem muito rapidamente, produzindo um efeito semelhante a uma detonação. Isso pode acontecer sob pressão mais alta (como quando a pólvora deflagra dentro do espaço confinado de uma caixa de bala, acelerando a bala muito além da velocidade do som) ou temperatura.

Um explosivo baixo é geralmente uma mistura de uma substância combustível e um oxidante que se decompõe rapidamente (deflagração); no entanto, eles queimam mais lentamente do que um alto explosivo, que tem uma taxa de queima extremamente rápida.

Explosivos baixos são normalmente empregados como propelentes. Incluídos neste grupo estão os produtos petrolíferos, como propano e gasolina, pólvora (incluindo pólvora sem fumaça) e pirotecnia leve, como sinalizadores e fogos de artifício, mas podem substituir altos explosivos em certas aplicações, inclusive na explosão de pressão de gás.

Alta

Os altos explosivos (HE, ou explosivos de alta ordem) são materiais explosivos que detonam, o que significa que a frente de choque explosiva atravessa o material a uma velocidade supersônica. Altos explosivos detonam com velocidade explosiva de cerca de 3 a 9 quilômetros por segundo (9.800 a 29.500 pés/s). Por exemplo, TNT tem uma taxa de detonação (queima) de aproximadamente 6,9 km/s (22.600 pés por segundo), cordão de detonação de 6,7 km/s (22.000 pés por segundo) e C-4 cerca de 8,0 km/s (26.000 pés por segundo). Eles são normalmente empregados em aplicações de mineração, demolição e militares. O termo alto explosivo está em contraste com o termo baixo explosivo, que explode (deflagra) a uma taxa menor.

Os altos explosivos podem ser divididos em duas classes de explosivos diferenciados pela sensibilidade: explosivo primário e explosivo secundário. Embora os explosivos terciários (como ANFO a 3.200 m/s) possam atender tecnicamente à definição de velocidade explosiva, eles não são considerados explosivos de alta potência em contextos regulatórios.

Incontáveis compostos altamente explosivos são quimicamente possíveis, mas alguns comercialmente e militarmente importantes incluem NG, TNT, TNP, TNX, RDX, HMX, PETN, TATP, TATB e HNS.

Por forma física

Os explosivos são geralmente caracterizados pela forma física em que são produzidos ou usados. Essas formas de uso são comumente categorizadas como:

• Pressões
• Fundição
• Plástico ou polímero ligado
• Explosivos plásticos.
• Borracha
• Extrusão
• Binário
• Agentes de explosão
• Misturas e géis
• Dynamites

Classificações de etiquetas de envio

As etiquetas e rótulos de remessa podem incluir marcações nacionais e das Nações Unidas.

As marcações das Nações Unidas incluem códigos numerados de Classe e Divisão de Perigo (HC/D) e códigos alfabéticos do Grupo de Compatibilidade. Embora os dois estejam relacionados, eles são separados e distintos. Qualquer designador de Grupo de Compatibilidade pode ser atribuído a qualquer Classe e Divisão de Perigo. Um exemplo dessa marcação híbrida seria um fogo de artifício do consumidor, rotulado como 1.4G ou 1.4S.

Exemplos de marcações nacionais incluiriam os códigos do Departamento de Transportes dos Estados Unidos (U.S. DOT).

Classe e divisão de perigo GHS das Nações Unidas (ONU)

GHS Explosives transporte pictograma

A Classe e Divisão de Perigo do GHS da ONU (HC/D) é um designador numérico dentro de uma classe de perigo que indica o caráter, a predominância de perigos associados e o potencial para causar acidentes pessoais e danos materiais. É um sistema internacionalmente aceito que comunica, usando o mínimo de marcações, o perigo primário associado a uma substância.

Abaixo estão listadas as Divisões para Classe 1 (Explosivos):

• 1.1.1. Mass Detonation Hazard. Com HC/D 1.1, espera-se que se um item em um recipiente ou palete inadvertidamente detonar, a explosão simpaticamente detonará os itens circundantes. A explosão pode se propagar para todos ou a maioria dos itens armazenados juntos, causando uma detonação em massa. Também haverá fragmentos da caixa e/ou estruturas do item na área de explosão.
• 1.2. Explosão sem massa, produção de fragmentos. O HC/D 1.2 está dividido em três subdivisões, HC/D 1.2.1, 1.2.2 e 1.2.3, para explicar a magnitude dos efeitos de uma explosão.
• 1.3. Incêndio em massa, menor explosão ou risco de fragmento. Os propulsores e muitos itens pirotécnicos caem nesta categoria. Se um item em um pacote ou pilha inicia, ele geralmente se propagará para os outros itens, criando um fogo em massa.
• UNIÃO EUROPEIA Fogo moderado, sem explosão ou fragmento. Os itens HC/D 1.4 estão listados na tabela como explosivos sem perigo significativo. A maioria das pequenas munições de armas (incluindo armas carregadas) e alguns itens pirotécnicos caem nesta categoria. Se o material energético nesses itens inadvertidamente inicia, a maioria das energias e fragmentos serão contidos na estrutura de armazenamento ou nos próprios recipientes de item.
• 1.5. perigo de detonação em massa, muito insensível.
• 1.6 perigo de detonação sem perigo de detonação em massa, extremamente insensível.

Para ver uma Tabela UNO completa, navegue pelos Parágrafos 3-8 e 3-9 do NAVSEA OP 5, Vol. 1, Capítulo 3.

Grupo de compatibilidade de classe 1

Os códigos do Grupo de Compatibilidade são usados para indicar a compatibilidade de armazenamento para materiais HC/D Classe 1 (explosivos). As letras são usadas para designar 13 grupos de compatibilidade da seguinte maneira.

• A: Substância explosiva primária (1.1A).
• B: Um artigo contendo uma substância explosiva primária e não contendo duas ou mais características protetoras eficazes. Alguns artigos, como conjuntos detonadores para jateamento e primers, cap-tipo, estão incluídos. (1.1B, 1.2B, 1.4B).
• C: Propellant substância explosiva ou outra substância explosiva deflagrante ou artigo contendo tal substância explosiva (1.1C, 1.2C, 1.3C, 1.4C). Estes são propelentes a granel, cargas de propulsão e dispositivos contendo propelentes com ou sem meios de ignição. Exemplos incluem propelente de base única, propelente de base dupla, propelente tripla e propelentes compostos, motores de foguetes propelentes sólidos e munição com projéteis inertes.
• D: Substância explosiva secundária ou pó preto ou artigo contendo uma substância explosiva detonante secundária, em cada caso sem meios de iniciação e sem uma carga de propulsão, ou artigo contendo uma substância explosiva primária e contendo duas ou mais características de proteção eficazes. (1.1D, 1.2D, 1.4D, 1.5D).
• E: Artigo contendo uma substância explosiva detonante secundária sem meios de iniciação, com uma carga propelente (excepto uma que contenha líquido inflamável, gel ou líquido hipergólico) (1.1E, 1.2E, 1.4E).
• F contendo uma substância explosiva detonante secundária com seus meios de iniciação, com uma carga propelente (excepto uma que contenha líquido inflamável, gel ou líquido hipergólico) ou sem uma carga de propulsão (1.1F, 1.2F, 1.3F, 1.4F).
• G: Substância ou artigo pirotécnico contendo uma substância pirotécnica, ou artigo contendo uma substância explosiva e uma substância ilusória, incendiária, produtora de lágrimas ou produtora de fumaça (excepto um artigo ativado pela água ou um contendo fósforo branco, fosfídeo ou líquido inflamável ou líquido hipergólico) (1.1G, 1.2G, 1.3G, 1.4G). Exemplos incluem Flares, sinais, munição incendiária ou iluminação e outros dispositivos de produção de fumaça e lágrima.
• H. H. H.: Artigo contendo substância explosiva e fósforo branco (1,2H, 1,3H). Estes artigos serão espontaneamente emboscados quando expostos à atmosfera.
• JJ: Artigo contendo uma substância explosiva e líquido ou gel inflamável (1.1J, 1.2J, 1.3J). Isso exclui líquidos ou géis que são espontaneamente inflamáveis quando expostos à água ou à atmosfera, que pertencem ao grupo H. Exemplos incluem munição incendiária líquida ou gel, dispositivos explosivos (FAE) ao ar de combustível e mísseis combustíveis líquidos inflamáveis.
• KK: Artigo contendo uma substância explosiva e um agente químico tóxico (1.2K, 1.3K)
• L Substância explosiva ou artigo contendo uma substância explosiva e apresentando um risco especial (por exemplo, devido à ativação da água ou presença de líquidos hipergólicos, fosfos ou substâncias piropóricas) que necessitam de isolamento de cada tipo (1.1L, 1.2L, 1.3L). A munição danificada ou suspeita de qualquer grupo pertence a este grupo.
• N: Artigos contendo apenas substâncias detonantes extremamente insensíveis (1.6N).
• S: Substância ou artigo tão embalado ou projetado que quaisquer efeitos perigosos decorrentes do funcionamento acidental são limitados na medida em que eles não impedem significativamente ou proíbem combates contra incêndios ou outros esforços de resposta de emergência nas imediações do pacote (1,4S).

Regulamento

A legalidade de possuir ou usar explosivos varia de acordo com a jurisdição. Vários países ao redor do mundo promulgaram leis sobre explosivos e exigem licenças para fabricar, distribuir, armazenar, usar, possuir explosivos ou ingredientes.

Holanda

Na Holanda, o uso civil e comercial de explosivos é coberto pela Wet explosieven voor civiel gebruik (Lei de explosivos para uso civil), de acordo com a diretiva da UE nr. 93/15/EEG (holandês). O uso ilegal de explosivos é coberto pela Wet Wapens en Munitie (Lei de Armas e Munições) (holandês).

Reino Unido

O novo Regulamento de Explosivos 2014 (ER 2014) entrou em vigor em 1º de outubro de 2014 e define o conceito de "explosivo" como:

"a) qualquer artigo explosivo ou substância explosiva que o faria —

(i) se embalado para o transporte, ser classificado de acordo com as recomendações das Nações Unidas, conforme a classe 1; ou

— ser classificados de acordo com as recomendações das Nações Unidas como —

(aa) ser indevidamente sensível ou tão reativo como estar sujeito a reação espontânea e, consequentemente, demasiado perigoso para o transporte, e

(bb) caindo na Classe 1; ou

b) um explosivo dessensibilizado,

mas não inclui uma substância explosiva produzida como parte de um processo de fabrico que, posteriormente, a reprocessa para produzir uma substância ou preparação que não seja uma substância explosiva"

"Qualquer pessoa que queira adquirir e ou manter explosivos relevantes precisa entrar em contato com seu oficial de ligação de explosivos policiais locais. Todos os explosivos são explosivos relevantes, exceto aqueles listados no Anexo 2 dos Regulamentos Explosivos 2014."

Estados Unidos

Durante a Primeira Guerra Mundial, várias leis foram criadas para regular as indústrias relacionadas à guerra e aumentar a segurança nos Estados Unidos. Em 1917, o 65º Congresso dos Estados Unidos criou muitas leis, incluindo a Lei de Espionagem de 1917 e a Lei de Explosivos de 1917.

A Lei de Explosivos de 1917 (sessão 1, capítulo 83, 40 Stat. 385) foi assinada em 6 de outubro de 1917 e entrou em vigor em 16 de novembro de 1917. O resumo legal é " Uma lei para proibir a fabricação, distribuição, armazenamento, uso e posse em tempo de guerra de explosivos, fornecendo regulamentos para a fabricação, distribuição, armazenamento, uso e posse seguros dos mesmos, e para outros fins". Este foi o primeiro regulamento federal de licenciamento de compras de explosivos. O ato foi desativado após o fim da Primeira Guerra Mundial.

Depois que os Estados Unidos entraram na Segunda Guerra Mundial, a Lei de Explosivos de 1917 foi reativada. Em 1947, o ato foi desativado pelo presidente Truman.

A Lei de Controle do Crime Organizado de 1970 (Pub. L. 91–452) transferiu muitos regulamentos sobre explosivos para o Departamento de Álcool, Tabaco e Armas de Fogo (ATF) do Departamento do Tesouro. O projeto de lei entrou em vigor em 1971.

Atualmente, os regulamentos são regidos pelo Título 18 do Código dos Estados Unidos e pelo Título 27 do Código de Regulamentos Federais:

• "Importação, Fabricação, Distribuição e Armazenamento de Materiais Explosivos" (18 U.S.C. Capítulo 40).
• "Commerce in Explosives" (27 C.F.R. Capítulo II, Parte 555).

Muitos estados restringem a posse, venda e uso de explosivos.

Lista

Compostos

Acetilídeos

• CUA, DCA, AGA

Fulmina

• HCNO, AUF, HGF, PTF, KF, AGF

Nitro

• MonoNitro: NGA, NE, NM, NP, NS, NU
• DiNitro: DDNP, DNB, DNEU, DNN, DNP, DNPA, DNPH, DNR, DNPD, DNPA, DNPA, DNC, DPS, DPA, EDNP, KDNBF, BEAF
• TriNitro: RDX, DATB, TATB, PBS, PBP, TNAL, TNAS, TNB, TNBA, TNC, MC, TNEF, TNOC, TNOF, TNP, TNT, TNN, TNPG, TNR, BTNEN, BTNEC, SA, API, TNS
• TetraNitro: Tetryl
• OctaNitro: ONC

Nitratos

• Mononitratos: AN, BAN, CAN, MAN, NAN, UN
• Dinitratos: DEGDN, EDDN, EDNA, EGDN, HDN, TEGDN, TAOM
• Trinitratos: BTTN, TMOTN, NG
• Tetranitratos: ETN, PETN, TNOC
• Pentanitratos: XPN
• Hexanitratos: CHN, MHN

Aminas

• Aminas terciárias: RT RT RT RT RT RT RT RT RT RT RT RT RT RT RT RT RT RT RT RT RT RT RT RT RT RT RT
• Diaminas: DSDN
• Azides: CNA, CYA, CLA, CUA, EA, FA, HA, PBA, AGA, NAA, RBA, SEA, SIA, TEA, TAM, TIA
• Tetraminas: TZE, TZO, AA
• Pentaminas: PZ
• Octamines: OAC, ATA

Peróxidos

• AP (TATP), CHP, DAP, DBP, DEP, HMTD, MEKP, TBHP

Óxidos

• XOTF, XDIO, XTRO, XTEO

Não classificado

• Alkali metal Ozonides
• Cloreto de amônio
• Perclorato de amônio
• Permaganato de amônio
• Azidotetrazolates
• Azoclatos
• Benzal.
• Óxidos de cloro
• DMAPP
• Perclorado de flúor
• Fulminando ouro
• Fulminando prata (substâncias diversas)
• Hexafluoroarsenate
• Ácido hipofluoreto
• Heptoxide manganês
• Nitreto de mercúrio
• Percloro de nitrogénio
• Nitrotetrazolato-N-Oxides
• Ácidos peroxi
• Ácido peroximonosulfúrico
• Tetramine complexos de cobre
• Tetrasulfur tetranitride

Misturas

• Orphorite de alumínio, Amatex, Amatol, Ammonal, mistura de Armstrong, ANFO, ANMAL, Astrolite
• Baranol, Baratol, Ballistite, Butyl tetryl
• Carbonite, Composição A, Composição B, Composição C, Composição 1, Composição 2, Composição 3, Composição 4, Composição 5, Composição B, Composição H6, Cordtex, Cyclotol
• CDP Formulações
• Danúbio, Detasheet, Cabo detonador, Dualin, Dunnite, Dinamite
• Ecrasite, Ednatol
• Pó de Flash
• Gelignite, Pólvora
• Hexanite, Hydromite 600
• Kinetite
• Minol
• Octol, Oxyliquit
• Panclastite, Pentolite, Picratol, PNNM, Pyrotol
• Schneiderite, Semtex, Shellite
• Tannerit simplesmente, Tannerite, Titadine, Tovex, Torpex, Tritonal

Elementos e isótopos

• Metais alcalinos
• Antimônio explosivo
• Plutão-239
• Uranium-235