química - explosivos - apostila

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EXPLOSIVOS E PROPELENTES Embora tenham contribudo bastante para a destruio de vidas humanas, os explosivos possibilitaram tambm a execuo de grandes obras de engenharia, que seriam fsica, ou economicamente, impossveis sem a utilizao destes agentes. Projetos de engenharia como a ponte Rio-Niteri, o tnel dois irmos ou a hidreltrica de Itaip levariam centenas de anos para serem concludos se o trabalho tivesse usado apenas a fora braal dos trabalhadores. Os explosivos incluem-se entre os mais poderosos serventes da humanidade. Suas aplicaes so as mais diversas indo desde obras de engenharia e todos os tipos de mineraes at aplicaes industriais como no uso de rebites explosivos na restaurao de freios de caminhes ou construo de aeronaves e o uso de explosivos submersos para moldar metais. Sem falar, claro, na aplicao dos explosivos para fins militares. Uma mistura explosiva, conhecida pelos chineses h muitos sculos, a mistura de enxofre, carvo e salitre, a plvora negra; seu emprego, como propelente de msseis, foi demonstrado pouco depois do ano 1300. As descobertas da nitroglicerina e da nitrocelulose, pouco antes de 1850 e, logo depois, as invenes das dinamites e da espoleta de fulminato de mercrio foram eventos marcantes da era dos alto-explosivos. Durante anos, desenvolveram-se produtos de qualidade superior, como a plvora sem fumaa, feita pela primeira vez em 1867. Os explosivos atmicos foram detonados pela primeira vez em 1945, marcando o incio de um terceiro estgio na histria dos explosivos. Hoje em dia, a demanda de explosivos mais poderosos para os modernos programas espaciais, serve de estmulo contnuo aos engenheiros qumicos. Em tempos de paz grande a quantidade consumida de explosivos industriais. Em tempos de guerra, as quantidades so imensas; Entre janeiro de 1940 e o dia da vitria sobre o Japo na segunda guerra mundial (02 de setembro de 1945), por exemplo, foram fabricados, nos Estados Unidos, aproximadamente 25 bilhes de quilogramas. Na dcada de 1960-1970, as vendas passaram de 490 para 1085 milhes de Kg/ano. - Definies 1 Explosivos So substncias ou misturas capazes de se transformar quimicamente em gases (sofrer combusto) com extraordinria rapidez e com desenvolvimento de calor, produzindo elevadas presses e considervel trabalho devido ao do calor liberado sobre os gases produzidos ou adjacentes. Para ser considerado um explosivo o composto tem que ter uma instabilidade natural que pode ser acionada por chama, choque, atrito ou calor. Os explosivos diferem muito quanto sensibilidade e potncia. Tem uma maior importncia industrial ou militar os de natureza insensvel, que podem ser controlados e tem um elevado contedo energtico. Existem trs tipos fundamentais de explosivos, os mecnicos, os atmicos e os qumicos; o objetivo primordial desta apostila o estudo dos explosivos qumicos. 2 Exploso Violento arrebentamento ou expanso resultante de uma grande presso, que pode ser causado pela transformao de um explosivo por detonao, deflagrao ou outra sbita liberao de presso como a contida em um vaso de presso.

3 Detonao o fenmeno no qual uma onda de choque auto sustentada, de alta energia, percorre o corpo de um explosivo causando a sua transformao em produtos mais estveis com a liberao de grande quantidade de calor. Esta onda de choque ou zona de choque, da ordem de 10-5cm, causa um pico de presso, e um conseqente pico de temperatura, que ocasiona a quebra das ligaes das molculas. Seguindo esta zona de choque vem a zona de reao qumica, que da ordem de 0,1 cm a 1,0 cm, na qual iniciamse as reaes qumicas e atinge-se o mximo de presso, densidade e temperatura. Aps esta zona de detonao segue-se a expanso dos produtos gerados e a liberao de calor (Figura 01). As velocidades de detonao variam aproximadamente entre 1.000 m/s e 8.500 m/s. um fenmeno caracterstico dos chamados altos explosivos. explosivo antes da detonaoiniciador (detonador)

onda de choque propagando-se em todas as direes zona de reao qumica iniciador (detonador) detonando produtos de detonao (em expanso) onda de choque ou zona de choque explosivo no detonado (inalterado)

zona de detonao

Figura 01 Representao de uma detonao 4 Deflagrao a auto combusto de um corpo, que pode estar em qualquer estado fsico e que contm em sua composio combustvel e comburente intimamente misturados em proporo adequada. Ocorre na direo normal superfcie, por camadas, devido transferncia de calor da zona de chama que se encontra na fase gasosa adjacente superfcie. Pode ocorrer a velocidades controladas que variam de uns poucos centmetros por minuto at aproximadamente 400 m/s. um fenmeno de superfcie e caracterstico dos chamados baixo explosivos.

5 Combusto a reao qumica do oxignio com materiais combustveis em cujo processo se apresentam luz e rpida produo de calor. A diferena entre a reao qumica de oxidao clssica (ferrugem, zinabre, aluminugem, etc...) e a de combusto a velocidade com que essa ltima ocorre independente da quantidade de calor liberado. Em outras palavras a combusto um tipo de reao de oxidao mais rpida na qual h liberao de luz e calor. - Classificao dos explosivos Os explosivos podem ser classificados do ponto de vista qumico, quanto a sua aplicao prtica ou quanto sua combusto. 1 Do ponto de vista qumico os explosivos podem ser substncias simples (uma s substncia explosiva) ou mistos (formados por substncias que isoladamente no so explosivas). As substncias qumicas explosivas so divididas de acordo com suas funes em: 1-Nitrocompostos; 2-steres ntricos; 3-Nitroaminas; 4-Derivados dos cidos clrico e perclrico; 5-Azidas; 6-Sais como cloratos, percloratos e nitratos; 7-Vrios compostos capazes de produzir uma exploso como por exemplo fulminatos, acetiletos, compostos ricos em N2 (como o tetrazeno), perxidos, ozondeos etc.... Substncias individuais so explosivos se suas molculas contm grupos que lhes conferem propriedades explosivas. A primeira tentativa de sistematizao da relao entre as propriedades explosivas de uma molcula e sua estrutura foi feita por Van't Hoff. Uma tentativa posterior usando a mesma sistematizao de Van't Hoff foi feita por Plets. Ele props a teoria dos explosforos. De acordo com Plets as propriedades explosivas de quaisquer substncias dependem da presena do grupamento estrutural explosforo. Ele dividiu todos os explosivos em 08 classses, contendo os seguintes grupos explosforos: 1 NO2 e ONO2 em substncias orgnicas e inorgnicas; 2 N=N e N=N=N em azidas orgnicas e inorgnicas; 3 NX3 (X= halognio) ex: NCl3; 4 N=C em fulminatos; 5 OClO2 e OClO3 em cloratos e percloratos orgnicos ou inorgnicos; 6 OO e OOO em perxidos e ozondeos orgnicos e inorgnicos; 7 C C no acetileno e em acetiletos metlicos; 8 MC em alguns compostos orgnicos contendo metal ligado a carbono.

O que caracteriza o explosforo o baixo calor de formao de suas ligaes, estando eles sempre propensos a se decompor com um pequeno impulso. 2- Classificao quanto aplicao prtica (ou de Monroe) Monroe classificou os explosivos qumicos, de acordo com a sua aplicao prtica e suas propriedades, em alto e baixo explosivos, sendo que os alto explosivos podem ser subclassificados em alto explosivos primrios e alto explosivos secundrios. -Alto explosivos primrios ou iniciadores So explosivos que tem por finalidade provocar a transformao de outros explosivos. Sua transformao nica a detonao e o impulso inicial exigido a chama ou o choque. So materiais muito sensveis, que podem explodir sob a ao do fogo ou pelo impacto de um golpe. So muito perigosos de manusear e so usados em quantidades comparativamente pequenas para iniciar a exploso de quantidades maiores de explosivos menos sensveis. Os explosivos iniciadores so usados em geral em espoletas, detonadores e espoletas de percusso. Usualmente so sais inorgnicos, enquanto os alto explosivos secundrios, e muitos propelentes convencionais so, em grande parte, materiais orgnicos. Ex: fulminato de mercrio, estifinato de chumbo (trinitroresorcinato de chumbo), diazo-dinitrofenol, tiazeno, HMTD (Hexametilenotriperoxidodiamina) e azida de chumbo. Os iniciadores apresentam brisncia e velocidade de detonao mais baixas que os explosivos aos quais iniciam. So tambm menos estveis que os explosivos no iniciadores. -Eficincia de alguns iniciadores para iniciar explosivos menos sensveis (em gramas). Iniciador Azida de chumbo Fulminato de mercrio Diazo-dinitrofenol Tetril 0,10 0,19 0,12 Alto explosivo secundrio Trotil Picrato de amnio 0,26 0,24 0,15 0,28

- Alto explosivos secundrios ou explosivos de ruptura So os destinados produo de um trabalho de destruio pela ao da fora viva dos gases produzidos em sua transformao. Para sua completa iniciao exigem a onda de detonao de um outro explosivo passvel de ser detonado por chama ou choque. A sua transformao a detonao. Os alto explosivos secundrios so materiais bastante insensveis ao choque mecnico e chama, mas explodem com grande violncia, quando ativados por um choque explosivo, como o que se provoca com a detonao de pequena quantidade de explosivo iniciador posto em contato com o alto explosivo. O que faz uma substncia ser explosiva a grande taxa de liberao de energia e no a energia total libertada. (A nitroglicerina por exemplo, tem apenas um oitavo da energia da gasolina). Por outro lado, a maioria dos altoexplosivos queima simplesmente, quando inflamada em ambiente aberto e no sofre impacto detonante. Ex. Nitropenta, Trotil, Tetril, Hexognio, Nitroglicerina, Dinamite,

TNT (Trinitrotolueno), PETN, RDX, picrato de amnio, cido pcrico, DNT (dinitrotolueno). - Propelentes ou baixo explosivos So aqueles que tem por finalidade a produo de um efeito balstico. A sua transformao normal a deflagrao e o impulso inicial que exige a chama. Apresentam como caracterstica importante uma velocidade de transformao regular. Os baixo explosivos, ou propelentes, so diferentes dos alto explosivos no modo de decomposio; simplesmente queimam ou deflagram. A deflagrao um fenmeno que no avana pela massa do material, mas ocorre em camadas paralelas superfcie. Tem velocidade muito lenta, do ponto de vista relativo, por isso, a ao dos baixo explosivos menos destrutiva. Esses explosivos liberam grandes volumes de gs de combusto de maneira definida e controlvel. Ex: Plvoras mecnicas (plvora negra), plvora sem fumaa (nitrato de celulose coloidal), algodo plvora, perxido de hidrognio, gasolina. 3- Classificao quanto combusto Quanto a sua combusto os explosivos se classificam em: - Explosivos de combusto completa Queimam at CO2 e H2O e, em alguns casos, O2. - Explosivos de combusto incompleta Queimam de forma incompleta gerando CO como subproduto. Quando O 2C + H/2 O explosivo combusto completa Quando O < 2C + H/2 O explosivo de combusto incompleta Ex. A nitroglicerina (frmula elementar C3H5O9N3) um explosivo de combusto completa ? C =3, O = 9, H = 5 2C + H/2 = 2(3) + 5/2 = 8,5 O=9 Como 9 > 8,5 podemos afirmar que a nitroglicerina um explosivo de combusto completa. -Propriedades dos explosivos Visando comparar os explosivos para um emprego conveniente, os ensaios padronizados mais importantes so os que se empregam para determinar a sensibilidade, a sensibilidade iniciao, a brisncia, o efeito til, a influncia ou simpatia e a velocidade de detonao dos explosivos. Antes da avaliao do seu emprego em objetivos industriais ou militares, preciso efetuar ensaios adicionais de volatilidade, de solubilidade, de densidade, de higroscopia, de compatibilidade com outros materiais e de resistncia hidrlise, no caso de o explosivo passar satisfatoriamente pelos primeiros ensaios. So tambm levados em considerao o custo de fabricao e a toxidez das substncias.

- A sensibilidade de um explosivo ao impacto determinada pela altura da qual deve cair um peso padro sobre o explosivo para provocar a sua detonao. No caso de explosivos iniciadores, este ensaio da maior importncia. importante que os explosivos usados em minas, especialmente em minas de carvo, no libertem gases venenosos e produzam o mnimo de chama. Esta ltima exigncia necessria para que o explosivo no inflame as misturas de ar e poeira de carvo, ou de ar e metano (grisu), que inevitavelmente ocorrem nas minas de carvo. Os explosivos para uso em mina so conhecidos como explosivos permitidos. Os explosivos permitidos diferem dos outros, especialmente da plvora negra, pelo fato de produzirem uma chama de pequeno tamanho e durao muito breve. Estes explosivos contm refrigerantes, que regulam a temperatura das chamas e reduzem ainda mais a possibilidade de ignio de misturas combustveis. Eles so ensaiados numa longa galeria cheia de carvo, ar e metano, e sua exploso no deve inflamar a mistura. O principal teste de sensibilidade feito soltando-se um peso de 2 Kg sobre 20 mg do explosivo teste (Teste do carneiro mecnico Figura 02). A sensibilidade do explosivo , entao, determinada de acordo com a altura mnima necessria para que ocorra a detonao (h).

peso (2 Kg)

h

explosivo (20 mg) bigorna A Se: h (altura de detonao) 100 cm B Explosivo muito sensvel; Explosivo sensvel; Explosivo pouco sensvel; Explosivo insensvel. C

Figura 02 Teste do carneiro mecnico

-Sensibilidade iniciao Verifica-se esta propriedade determinando a quantidade mnima de um explosivo capaz de iniciar 0,4 g do explosivo sob teste (Figura 03). Quanto menor a quantidade de explosivo necessria para iniciar um dado explosivo, maior ser a sensibilidade desse explosivo iniciao.

A A B

C

C

C

a

b

c

a explosivo em teste inicivel por chama - explosivo iniciador no requerido. b explosivo em teste no inicivel por chama - explosivo iniciador requerido (inicivel por chama). c explosivo em teste (explosivo insensvel) no inicivel por chama e no inicivel por explosivoiniciador - explosivo iniciador e reforador (booster) requeridos.

Figura 03 Teste de sensibilidade iniciao -A brisncia, ou capacidade de um explosivo fragmentar o recipiente que o encerra, pode ser medida pela exploso de uma pequena quantidade do explosivo sob teste numa bomba de areia (Figura 04), que um vaso de paredes resistentes cheio de areia grossa padronizada, que esmagada pela exploso. Mediante peneirao da areia esmagada se determina a granulometria da areia aps a exploso e, da, a fora explosiva do explosivo. Tambm pode ser feito o teste de fragmentao de granadas (Figura 05) no qual uma granada detonada dentro de uma caixa de areia e depois se classifica os fragmentos da mesma gerados na exploso. A brisncia, possivelmente, uma combinao de potncia e velocidade de detonao.

Figura 04 Teste da bomba de areia

Figura 05 Teste de fragmentao de granadas

O efeito til determinado pela medida da deformao de um cilindro de chumbo, em que o explosivo inserido e explodido, chamado de bloco de Trauzl (Figura 06). O bloco de Trauzl padro tem 200 mm de dimetro e 200 mm de altura, com um orifcio central de 25 mm de dimetro e 125mm de profundidade. No ensaio, usam-se 10 g do explosivo e os resultados so dados em termos dos centmetros cbicos de aumento de volume provocado pela detonao do explosivo. A expresso para clculo do efeito til :Efeito til (EU)= Vol. final do orifcio no bloco Vol. inicial do orifcio no bloco Efeito til da espoleta

25mm

125mm 200mm

200mm

+

-

Figura 06 Teste do bloco de Trauzl.

- Influncia ou simpatia a maior distncia em que a detonao de um explosivo provocar a detonao de uma outra carga (Gap test). Quando um explosivo tem sua detonao provocada pela onda de choque gerada pela detonao de um outro explosivo prximo a ele, temos uma detonao por influncia ou por simpatia. Quanto maior a distncia em que a detonao de um explosivo provoca a detonao de outro, maior a simpatia do segundo explosivo pelo primeiro. -Velocidade de detonao a velocidade em que ocorre a detonao de um explosivo. Pode ser medida atravs do teste DAutriche (Figura 07) em que um cordel detonante de comprimento l e velocidade de detonao conhecida fixado sobre uma placa de chumbo e tem suas extremidades conectadas a espoletas posicionadas em dois pontos do explosivo teste separados pela distncia L. Em uma das extremidades do explosivo teste conectada uma espoleta que, ao ser iniciada, d origem a uma onda de choque, que se propaga pelo corpo do explosivo iniciando, sequencialmetne, as espoletas do cordel detonante, dando origem, assim, a duas ondas de choque no cordel com sentidos de propagao opostos. Essas ondas de choque se encontraro em um ponto qualquer da placa de chumbo a uma distncia a do ponto l/2. Aps a detonao calcula-se distncia a e, a partir deste valor, se calcula a velocidade de detonao do explosivo teste. A velocidade de detonao uma medida importante para a determinao do funcionamento e performance de um explosivo e depende do tamanho da partcula, da composio, da massa especfica, do grau de confinamento e do dimetro do explosivo.explosivo em teste espoleta 3d cordel detonante de comprimento l l/2 L espoletas d

risco inicial sobre a placa de chumbo

placa de chumbo

Sentido de propagao da onda de choque

Encontro entre as ondas de choque

a

Figura 07 Ilustrao do teste DAutriche

Corte na placa provocad o pelo encontro das ondas de choque.

Deduo: Na figura 07: V Velocidade do cordel; v Velocidade de detonao do explosivo teste. L Distncia entre as espoletas no corpo do explosivo; l Comprimento do cordel; a Distncia entre o risco inicial sobre a placa de chumbo (l/2) e o ponto de encontro das ondas de choque. Temos da mecmica que: x (distncia) = v (velocidade).t (tempo) t = (x/v) Tempo que a primeira onda de choque do cordel leva at o ponto de encontro (t1): t1 = (l/2).(1/v) + a./v Tempo que a segunda onda de choque do cordel leva at o ponto de encontro (t2): t2 = L/V + (l/2).(1/v) - a./v Como t1 = t2: (l/2).(1/v) + a./v = L/V + (l/2).(1/v) - a./v Portanto: a/v = L/V a/v L/V = 2 a/v V = (L.v)/(2.a) Alm das propriedades descritas acima, tambm so importantes: a)Calor de exploso; b)Potencial Trabalho que ele realiza; c)Volume gasoso Volume de gs produzido na exploso; d)Temperatura de exploso; e)Covolume Menor volume que os gases de detonao podem ocupar; f)Fora ou energia especfica; g)Presso de detonao; h)Densidade; i)Balano de oxignio BO

Explosivos Militares Os explosivos militares no atmicos mais poderosos so misturas aluminizadas, como o Torpex e o HBX (RDX, TNT, alumnio e cera). Em virtude das exigncias militares serem muito severas, somente alguns poucos explosivos sobreviveram aos ensaios competitivos. Para entender como os explosivos so empregados para fins militares fundamental compreender a construo de um obus de artilharia, conforme o esquema da Figura 08. O obus constitudo por um cartucho fino de lato ou de ao contendo um iniciador, o ignidor e a carga propelente. Este cartucho se ajusta cerradamente na arma e, na exploso da carga, expande-se, selando a culatra da arma e impedindo que os gases da combusto do propelente escapem; com isso, todo o efeito do propelente se exerce sobre o projtil, que a parte destrutiva do obus. O iniciador contm uma pequena quantidade de explosivo primrio ou mistura sensvel (por exemplo, azida de chumbo ou uma mistura, como KClO3 + Pb(CNS)2 + Sb2S3 + TNT + vidro modo). A mistura explode pelo impacto do percussor e provoca uma chama, a qual inflama uma carga de plvora negra no ignidor, que, por sua vez, inflama a carga propelente de plvora sem fumaa. A combusto da plvora sem fumaa provoca a rpida emisso de gases aquecidos, que ejetam o projtil pelo cano da arma. Ao atingir o alvo, sob a ao do impacto ou mediante a ao de um mecanismo de detonao controlado, explode uma pequena quantidade de explosivo primrio (detonador); isso causa a exploso de um reforador explosivo de sensibilidade intermediria entre a do explosivo primrio e a da carga principal que amplifica a onda explosiva do explosivo primrio e garante a completa detonao da carga principal. A carga de arrebentamento, ou alto explosivo, usualmente o TNT puro ou misturado com o nitrato de amnio (TNT-NA). Usam-se tambm, em alguns casos, o RDX, PETN e o picrato de amnio.

Figura 08 Esquema de uma munio de obus de artilharia. Propelentes para fins militares Como dito anteriormente, os propelentes quando iniciados, queimam mesmo em ausncia acentuada de O2 atmosfrico, com velocidade controlada, liberando uma quantidade de gs capaz de produzir um trabalho. Essa caracterstica muito til do ponto de vista militar pois os torna perfeitos para serem empregados para fins balsticos.

Os propelentes militares podem ser classificados como plvoras coloidais e composites. -Plvoras coloidais As plvoras coloidais, amplamente utilizadas como propelentes para canhes, obuseiros e armas portteis, podem ser de base simples, de base dupla ou de base trplice. A plvora de base simples (BS) tem a nitrocelulose como base ativa (substncia responsvel pela energia do propelente) enquanto que a de base dupla (BD) tem nitrocelulose e nitroglicerina como bases ativas. J a plvora de base triplice uma mistura de nitrocelulose, nitroguanidina e nitroglicerina como bases ativas. A plvora coloidal BS empregada como propelente em armas protteis e obuseiros, A BD empregada em canhes, obuseiros, morteiros, minio 9 mm e foguetes, enquanto que a BT empregada em canhes de grande cadncia de tiro. Alm das bases ativas as plvoras coloidais tm os seguintes constituintes em suas composies: 1-Estabilizantes So substncias que, adicionadas s plvoras, reagem com o NO2 (vapores nitrosos) e com radicais livres gerados pela decomposio espontnea da NC, assegurando-lhe uma vida mais longa (ex. difenilamina (DPA), dietil difenil uria (centralite I), dimetil difenil uria (centralite II), 2-nitro difenilamina (2NDPA);2Plastificantes So substncias que adicionadas plvora vo lhe garantir uma certa caracterstica plstica; contribuem como gelatinizantes (Ex: dimetil ftalato, dietil ftalato, dibutil ftalato (PALATINOL-C), dioctil ftalato, triacetato de glicerina (triacetina)); 3 - Auxiliares de gelatinizaoo as substncias que destroem a estrutura fibrosa da nitrocelulose transformando-a em uma estrutura gelatinosa. (Ex: ter, acetona, ter-lcool, acetona-lcool, nitroglicerina); 4 -Auxiliares de oxidao So substncias que auxiliam a combusto completa (Ex: nitrato de potssio e sulfato de potssio, que diminuem a chama da boca da arma devido ao potssio, perclorato de amnio, AC-5 (carbonato de chumbo - 35%, carbonato de clcio 35% e sulfato de potssio - 30%); 5 - Substncias que facilitam o trabalhamento Grafite - deixa a superfcie lisa, facilita o carregamento e escoa eletricidade esttica. usada em plvoras de pequeno tamanho; Estearina (triestearato de glicerina) - deixa a plvora lisa facilitando a laminao; 6 - Aditivos mecnicos So substncias que conferem caractersticas mecnicas desejveis plvora como os enegrecedores de plvora que armazenam energia e do rigidez. Ex. Carbon black para propelentes para foguetes e DPA para plvoras de armas portteis e de canhes; 7 - Modificadores balsticos So substncias que reduzem a presso inicial, mantm constante a presso durante a combusto e influem no rendimento da combusto. (Ex: cromato de cobre, cromito de cobre, salicilato de cobre, salicilato de chumbo e estearato de chumbo;8 - Agentes de cobertura So substncias de queima lenta que revestem os gros de plvora de armas, para que estes queimem mais lentamente;

no incio e mais rapidamente no final, de modo a diminuir a presso mxima e homogeneizar a presso na cmara da arma (Ex. dinitrotolueno (DNT), metacrilato de metila, centralite, palatinol; 9 Inibidores so substncias de queima difcil que revestem um gro de plvora, para que a superfcie protegida no queime (Ex. acetato de celulose e etil celulose). - Composites Composite um sistema de propelente slido compreendendo duas ou mais fases slidas intimamente misturadas como na plvora negra cujas fases compem uma mistura de trs componentes pulverizados (carvo enxofre e salitre). Nas demais composites, uma destas fases forma uma matriz ou ligante onde as outras fases encontram-se dispersas. 1 - Plvora negra para: A plvora negra (KNO3 = 75 %; C = 15 %; S = 10 %) geralmente empregada -Iniciao das plvoras em geral (escorva); -Estopins; -Cargas de salva; -Artifcios pirotcnicos; -Cargas fumgenas; -Plvora de mina (tem baixa brisncia) -Carga de depotagem. A fabricao da plvora negra segue as seguintes etapas:

1.Preparo dos ingredientes (moagem e peneiragem) 2.Misturao 2.a - Misturao preliminar Tem o objetivo de fazer o binrio (C + S). feita em moinhos de bola de bronze; 2.b Misturao final Tem o objetivo de fazer o ternrio (= binrio + KNO3). feita em moinhos de bola de madeira. Obs: Na formao do ternrio se joga 5 % de H2O para reduzir o risco de incndio. 3.Prensagem para aglutinar o p; 4.Granulagem (triturador); 5.Acabamento O acabamento envolve mais 5 etapas: 5.a Secagem para tirar a gua; 5.b Alisamento para quebrar os pontos gerados na triturao; 5.c Grafitagem para tornar lisa a superfcie da plvora, facilitar o carregamento e facilitar o escoamento da eletricidade esttica 5.d Peneiramento para separar o pde plvora do de grafite; 5.e Homogeneizao Mistura de diferentes lotes de plvora.

2 Demais composites A principal utilizao das composites diferentes da plvora negra como propelente para foguetes e sua composio geralmente compreende: - 20% de combustvel que tambm atua como aglutinante (polissulfetos, PVC, polisteres, politeres e polibutadieno); - 70% de comburente (nitrato de amnio, nitrato de potssio, perclorato de amnio) aditivos mecnicos, aditivos balsticos e aditivos energticos (Al). o -Altos explosivos militares 1 - TNT (Trinitrotolueno) ou Trotil

Apesar do desenvolvimento de novos explosivos, o TNT simtrico continua a ser um importante explosivo militar, particularmente quando misturado com o nitrato de amnio (amatol). Seu baixo ponto de fuso (800C) permite que seja carregado fundido em bombas e obuses. No tem a tendncia do cido pcrico, a formar sais metlicos insensveis. O TNT obtido pela nitrao em etapas mltiplas do tolueno, com uma mistura de cidos sulfrico e ntrico (sulfontrica). Antigamente, usava-se trs estgios de nitrao, ao mono, ao di e ao trinitrotolueno mas atualmente, os reatores a fluxo contnuo, em tanques agitados, ou as unidades tubulares com escoamento em contracorrente dos cidos concentrados e do tolueno, permitem que se tenham rendimentos maiores e custos menores. O TNT puro (cristalizado, em palhetas ou comprimido) empregado como reforador, em granadas e minas anticarro e anti pessoal, em bombas de aviao e em petardos. Em misturas o TNT empregado em cargas de arrebentamento e em granadas. As misturas mais usadas so: 1 TNT + Tetril = Tetritol; 2 TNT + Nitropenta = Pentolite; 3 TNT + Hexognio (RDX) = Hexolite ou ciclotol; 4 TNT + Octognio = Octol (HMX); 5 TNT + NH4NH3 = Amatol.

CH3 O2N NO2

NO2TNT

2 - Tetril [2,4,6 Trinitrofenilmetilnitroamina, C6H2(NO2)3NCH3NO2] utilizado principalmente como carga bsica em espoletas de detonao, como explosivo reforador em bombas de alto-explosivos e como componente de explosivos binrios. Prepara-se, em geral, pela ao de mistura sulfontrica sobre dimetilamina, numa nitrao em mltiplas etapas (Figura 11).

H3C

N

CH3 + 2HNO3 + H2SO 4

H3C

N

CH3 NO2 + 2H2O

NO2H3C CH3 NO2 + 8HNO3 + H2SO4 NO2 NO 2 H3C O 2N CH3 NO 2 + 6NO2 + CO 2 + 2H2O

N

N

Tetril Figura 11 Reao de formao do tetril O tetril tambm pode ser preparado pela alquilao do 2, 4 dinitroclorobenzeno com metilamina, seguida pela nitrao. O tetril um alto explosivo extremamente poderoso, com grande poder de ruptura porm est caindo em desuso por ser muito venenoso. 3 - cido pcrico (2,4,6 trinitrofenol) No se fabrica pela nitrao direta do fenol, em virtude de se formarem muitos subprodutos. obtido pela nitrao de fenolsulfonatos com mistura sulfontrica.

OH O2N NO2

NO2cido pcrico 4 - Explosivo D, ou picrato de amnio. feito pela neutralizao de solues aquosas quentes de cido pcrico pela amnia aquosa. usado em bombas perfurantes de blindagens graas insensibilidade aos choques mecnicos ( o explosivo mais insensvel que se conhece). O NH4 NO2 NO2

NO2 Picrato de amnio 5 - PETN, Tetranitrato de pentaeritritol [C(CH2ONO2)4] um dos alto-explosivos militares mais brisantes e mais sensveis. dessensibilizado pela adio de TNT ou pela adio de cera, para ser usado como explosivo reforador, como carga de ruptura, como cordel detonante ou como explosivo plstico de demolio. O PETN, tambm conhecido como nitropenta, pode ser feito pela nitrao do pentaeritritol com cido ntrico concentrado (96 %) a cerca de 50 oC. A pentolita, feita pela fuso do PETN com o TNT, tem usos especializados; por exemplo, a pentolita 50-50 usada como reforador em agentes explosivos de ruptura em forma de pasta com misturas de nitrato de amnio granulado e leo combustvel, e como carga principal de reforadores.

HOH2C HOH2C

C

CH2OH CH2OH

+ HNO3

NA2CO3

O2NH2C O2NH2C

Acetona

C

CH2ONO2 CH2ONO2

Figura 12 Reao de formao da nitropenta

6- RDX, ciclonita, ou sim-trimetilenotrinitramina [(CH2)3N3(NO2)3] Tambm conhecido como hexognio, um dos mais poderosos explosivos conhecidos atualmente. O RDX usado, em mistura com o TNT e o alumnio sob o nome de Torpex (42 % RDX, 40 % de TNT e 18 % Al), em minas, cargas de profundidade e em torpedos. Tambm empregado como ingrediente em explosivos de granadas e bombas, em cordis detonantes (puro ou com at 5 % de TNT) e dessensibilizado por cera ou materiais oleosos. O RDX produzido a partir da nitrao da Hexametilenotetramina (urotropina) com cido ntrico concentrado. N N N N + 3HNO3 O2N N N N NO2 + 3CH2O + NH3

O2N

RDX Figura 13 Reao de formo do RDX 7 - Octognio O octognio ou HMX um alto explosivo obtido como subproduto da reao de produo do RDX atravs do processo de Bachmann (a partir da hexametileno tetramina, nitrato de amonio, cido ntrico e anidrido actico). Ele pode ser obtido como nico produto quando 1,5 metileno-3,7-dinitro-1,3,5,7-tetrazaciclooctano tratado com anidrido actico, nitrato de amonio e cido ntrico. O 1,5 metileno-3,7-dinitro-1,3,5,7-tetrazaciclooctano formado quando se reage anidrido actico com o dinitrato de hexametileno tetramina. Em cargas de alta potncia, especialmente em cargas ocas, o octognio tem uma performance melhor que o hexognio.

NO2 N N

NO2 N N NO2

NO2 HMX8 - Azida de chumbo

Substitui parcialmente o fulminato de mercrio como explosivo iniciador, ou primrio, em espoletas de percusso. O fulminato apresenta uma estabilidade menor que a desejvel, tem que ser fabricado em pequenas partidas e envolve um material raro, como o

mercrio. Por outro lado, a azida de chumbo tem uma estabilidade notvel, no envolve materiais estratgicos e pode ser fabricada em grandes partidas pela ao do acetato ou do nitrato de chumbo sobre a azida de sdio. A azida de sdio pode ser feita a partir da amida de sdio e o xido nitroso:

NaNH2 + N 2O 2NaN3 + Pb(CH3COO)2N N

NaN3 + H2O Pb(N3)2 + 2Na(CH3COO)N N

Pb(N3)2 =

N

Pb

N

Azida de chumbo 9 - PBX ou explosivo plstico PBX ou Plastic Bonded Explosive o termo aplicado a uma variedade de misturas explosivas que tem elevada fora mecnica, boas propriedades explosivas, excelente estabilidade qumica, insensibilidade ao manuseio e ao choque, elevada sensibilidade a impulsos trmicos e velocidade de detonao geralmente superior a 7800 m/s. Os PBX contm uma grande percentagem de explosivos bsicos como RDX, HMX, ou PETN em mistura ntima com aglutinantes polimricos tais como polister, poliuretano, poliestireno, naylon, vrios tipos de borracha, nitrocelulose ou teflon. Em alguns casos so includos plastificantes, alm de metais como o Al ou o Fe. Cuidados devem ser tomados nos carregamentos do explosivo, em estado de fuso, a fim de evitar a formao de bolhas internas o que poderia provocar a exploso da carga de detonao ainda no tubo ou cano das armas. O PBX est sendo preparado para substituir o TNT devido aos problemas ambientais na fabricao deste ltimo. Explosivos industriais So materiais que detonam a partir de um estmulo de iniciao apropriado. A frente de detonao propaga-se atravs do explosivo com velocidade maior que a velocideade de propagao do som no mesmo explosivo. Estes materiais so usados apenas para fins pacficos como obras de engenharia, mineraes, atividades industriais, pirotecnia, etc... Historicamente, a plvora negra tem sido preferida como agente de demolio em virtude de ser menos destrutiva nos seus efeitos mas, partir de 1866, a dinamite dominou durante um sculo a indstria de explosivos como a primeira gerao de explosivos de desmonte. A segunda gerao veio em 1955 com o surgimento do ANFO (Amonium Nitrate Fuel Oil) e a terceirta logo em seguida com o surgimento das lamas explosivas (slumies ou water gels) em 1957. A quarta gerao deste tipo de explosivos so as emulses explosivas, surgidas em 1968 e em uso at os dias de hoje.

1 - Nitroglicerina e Dinamite A nitroglicerina foi o primeiro alto-explosivo a ser empregado em grande escala. A nitrao efetuada lentamente pela adio de glicerina muito pura (99,9% ou mais) a uma mistura com a composio aproximada de H2SO4 59,5 %; HNO3 40 % e H2O 0,5 %. A nitrao completa-se em 60 a 90 minutos, em nitradores com agitao, equipados com serpentinas em ao de arrefecimento, cujo fluido uma salmoura a 5 0C, para manter a temperatura abaixo de 10 0C. Depois da nitrao, a mistura de nitroglicerina e do cido usado escoa, por uma calha (que mais fcil de limpar completamente do que um tubo), para tanques de separao e sedimentao, a uma certa distncia do nitrador. A nitroglicerina cuidadosamente separada do cido e vai para um tanque de lavagem, onde lavada duas vezes com gua quente e com uma soluo de carbonato de sdio a 2 %, para

Figura 14 Fluxograma da fabricao da nitroglicerina e dinamites. Usualmente necessrio ter um evaporador entre o reator de amnio e o cristalizador. assegurar a completa remoo do cido residual. Continuam-se as lavagens com gua quente at que no haja trao de alcalinidade. O fluxograma da Figura 08 apresenta as etapas do processo de fabricao de nitroglicerina e dinamites. O produto , na realidade, o trinitrato de glicerila, e a reao enquadra-se na classificao de esterificao (nitrato).

CH2OH CHOH CH2OH + 3HNO3 + (H2SO4)

CH2ONO2 CHONO2 CH2ONO2Figura 15 Reao de formao da nitroglicerina

+ 3H2O + (H2SO4)

A nitroglicerina um lquido com a aparncia da glicerina original. muito sensvel a choques e congela a 56 0F (13,30 0C); o slido menos sensvel. Uma vez que, na fase slida, tem a tendncia de explodir incompletamente, a nitroglicerina congelada deve sempre ser descongelada antes do emprego. Para tornar a nitroglicerina mais fcil e mais segura de manusear, ela usualmente transformada em dinamite. A dinamite foi fabricada originalmente, pela absoro de nitroglicerina em terra de infusrios. As dinamites modernas usam, em geral, serragem, nitrato de amnio ou nitrato de sdio como o agente de absoro da nitroglicerina, ao qual se adiciona um oxidante. Essa mistura fcil de manipular e pode conter at 75 % de nitroglicerina e ainda reter o estado slido. Em virtude da demanda de dinamite no congelvel, para trabalhos em clima frio, usam-se dinamites contendo outros materiais, que visam a baixar a temperatura de congelao da nitroglicerina; entre eles, por exemplo, o dinitrato de etilenoglicol. Estas dinamites no congelantes tem um potencial to grande quanto o de uma dinamite comum. A nitroglicerina pode ser gelatinizada e o gel resultante, bastante firme, um alto explosivo excepcionalmente poderoso, conhecido comumente como dinamite gelatinosa. Quase sem exceo, os nitrocompostos e os steres do cido ntrico, usados como explosivos, so txicos. O grau de toxidez varia amplamente com a substncia, embora a maior parte seja capaz de provocar envenenamento agudo, se for tomada oralmente. Algumas substncias, usadas no passado, eram extremamente txicas; a hexanitrofenilamina, por exemplo, um vesicante ativo. As propriedades muito txicas sero uma grande desvantagem para quaisquer novos explosivos que sejam introduzidos no mercado. 2 - ANFO

O ANFO ou Amonium Nitrate Fuel Oil uma mistura de nitrato de amnio, e hidrocarbonetos liquidos (leo diesel). Pode ser absorvido em serragem para facilitar o transporte. A aplicao tcnica dessas misturas se tornou muito mais fcil devido ao fato de que o nitrato de amonio que tem uma forte tendncia aglomerao, comercialmente produzido como grnulos porosos. Esses grnulos so suficientemente porosos para absorver cerca de 6 % do leo que a quantidade necessria para garantir o balano de oxignio. O ANFO deve ser utilizado na forma de uma coluna contnua e deve ser iniciado por um poderoso iniciador. Isto significa que ele tem que ser colocado solto (em vez de em pacotes) no buraco ou soprado para dentro dele com um soprador. 3 - Lamas explosivas e emulses explosivas

Lamas explosivas so solues aquosas saturadas contendo slidos em suspenso e constitudas de gua, oxidantes, combustveis e um ou mais sensibilizantes. Sua fabricao feita em quatro etapas: 1 Preparao do liquor (sal, gua + oxidante); 2 Misturao; 3 Encartuchamento; 4 Embalagem e armazenagem ou bombeamento da lama explosiva. Emulses explosivas so emulses do tipo gua-leo com a fase descontnua composta por uma soluo aquosa saturada de sais oxidantes inorgnicos e a fase contnua

composta por uma soluo oleosa de combustveis. Sua fabricao se d nas seguintes etapas: 1- Preparo da soluooxidante e da soluo combustvel; 2 Misturao; 3 Sensibilizao; 4 Encartuchamento ou bombeamento; 5 Embalagem e armazenamento. As lamas e emulses explosivas tornaram-se os principais explosivos comerciais em virtude de poderem ser manuseados em equipamentos simples, quase que completamente sem perigo, e terem o custo muito baixo. O termo agente de desmonte usualmente aplicado a misturas de nitrato de amnio sensibilizado com combustveis no explosivos, como leo ou a cera. Essas misturas no so explosivas mesmo com as espoletas convencionais e precisam de um poderoso explosivo reforador para iniciar a deflagrao.