Třaskaviny pro účely vojenské

Část všeobecná

Užití třaskavin ve válečnictví spadá již do starověku, jeť znám např. řecký oheň, jehož se používalo k zapalování nepřátelských lodí. Prve než popíšeme jednotlivé třaskaviny ve válečnictví užívané, objasníme některé důležité základní pojmy. Každý explosivní pochod jest v podstatě chemická reakce, kterou mění se třaskavina v látky obyčejně plynné, zaujímající mnohem větší objem než třaskavina. Vlastním příznakem pochodu explosivního jest však neobyčejná rychlost reakce a množství reakcí vyvinutého tepla. Explose jest tedy chemická reakce exothermní, t. j. taková, při které teplo se vyvinuje, a jím se další pochod urychluje, na rozdíl od reakcí endothermních, které teplo spotřebují.

Aby chemický pochod bylo lze nazvati explosí, jest třeba, aby byly splněny tři důležité podmínky:

1. Chemický pochod musí být exothermní, tedy spojen se značným vývinem tepla.

2. Chemická látka musí utajovati značné množství chemické energie, kterou však jest možno snadno a téměř okamžitě uvolniti. Pravíme, že taková látka musí míti jistou sensibilitu. K vysvětlení pověděného užijeme srovnání kamenného uhlí a dynamitu. Hořením obou látek vzniká teplo, reakce je tedy exothermní. Překvapí snad mnohého, že množství utajené energie v 1 kg uhlí jest mnohem větší než v 1 kg dynamitu, ježto dobré kamenné uhlí vyvine 8000 kalorií, kdežto dynamit pouze 1300 kalorií, a přece hoření uhlí není pochod explosivní. Rozdíl je v tom, že energii v uhlí obsaženou nemůžeme uvolniti okamžitě, jako energii dynamitu, čili uhlí nemá potřebnou senzibilitu, aby chemický pochod při hoření byl explosivní.

3. Okamžité uvolnění utajené energie musí být možné krátkým působením energie jakéhokoliv druhu (mechanické, úder, tření atd.), pravíme, že je třeba impulsu iniciálního. Ke způsobení výbuchu třaskavého stříbra jest např. zapotřebí iniciálního impulsu mechanického, totiž tlaku, k výbuchu jododusíku stačí již otřes způsobený zvukem, a směs chloru a vodíku vybuchuje pouhým osvětlením - jest zde tedy iniciálním impulsem energie světelná. Často závisí iniciální impuls na tak zvaných katalysátorech, t. j. látkách, které se sice chemické reakce nesúčastní, ale bez nich ona reakce buď není možna, nebo se jimi tak urychluje, že pochod se stává explosívním. Tak např. methan (třaskavý důlní plyn) vybuchuje u přítomnosti kovů mnohem mocněji, než sám o sobě, působí tedy zmíněné kovy katalyticky.

Naopak zase některé látky působí katalyticky uvolnění neb znesnadnění explose, jako např. příměs infusoriové hlinky k nitroglycerinu, jehož nebezpečná sensibilita se tím značně umenšuje. Vlastnost ta jest nesmírně důležitá pro bezpečné zacházení s třaskavinami. Ačkoliv explosivní pochod odehrává se velmi rychle, přece potřebuje k ukončení určité doby. Dle rychlosti hoření rozeznáváme deflagraci, při které měří se rychlost explose v metrech za vteřinu a detonaci, kde explose pokračuje rychlostí měřitelnou v kilometrech za vteřinu. Oba děje nejsou ovšem nijak přesně omezeny, takže např. deflagrace dělového náboje může se při výstupu střely z ústí děla stupňovati v detonaci. Velkou úlohu hraje zde temperatura, tlak vzduchu i tlak plynů, při začátku explose vyvinutých. Prismaticky střelný prach ve volném prostrou zapálený pouze deflagruje, kdežto v pušce ke konci explose detonuje. S rychlostí explosivního pochodu souvisí množství v určitém okamžiku vyvinutého plynu a tedy i tlak plynů. Samozřejmě závisí trhací účinek třaskaviny na tlaku vyvinutých plynů a vyjadřuje se brisancí, t. j. poměrem tlaku plynů v jednotce doby vyvinutých. Čím více plynů se např. v 1 tisícině vteřiny vyvine, tím větší je tlak plynů, a tím větší brisance třaskaviny. Na základě předeslaného můžeme souditi, že brisanci třaskaviny můžeme zvýšiti, zvýšíme-li tlak plynů tím, že je necháme volně unikati. Brisance třaskavin zjišťuje se dle účinku kapsle, která se nechá na olověné desce vybuchnouti. Pro měření brisance užívá se často Franzlova olověného bloku, opatřeného vyvrtaným otvorem určitého průměru. Do otvoru se vloží určitý počet gramů třaskaviny a - elektrickým proudem se zapálí. Působením vyvinuvších se plynů utvoří se oválná vydutina, tím větší, čím brisantnější bylo užito. Poměr objemu otvoru v bloku před explosí Vo k objemu otvoru po explosi V1 lze číselně vyjádřiti brisanci třaskaviny = V1 / Vo. Vhodnost třaskaviny pro účely ballistické (dělostřelba apod.) nezáleží však pouze na brisanci třaskaviny, ale i na jiných okolnostech, o nichž bude zmíněno při popisu jednotlivých třaskavin. Rozhodujícím činitelem jest brisance při třaskavinách, které mají buď ve volném nebo těsně uzavřeném prostoru působiti, kupř. při podkopech zemních, hmoždířích aj.

Impuls iniciální

Zapálení třaskavin čili impuls iniciální může býti proveden několika způsoby:

1. Přímým plamenem, jiskrou nebo žárem. Na tomto principu sestrojeny jsou zápalné šňůry, vynalezené r. 1831 Bickfordem.

2. Nárazem nebo třením. Nárazem nebo třením nevybuchují veškeré třaskaviny, pouze takové, které mají značnou sensibilitu. Užívá se tedy k zanícení třaskaviny toho způsobu nepřímo a to tak, že nárazem zanítí se nejprve třaskavina velmi sensibilní, t. zv. zápalka nebo kapsle, a výbuchem této způsobí se teprve explose vlastní třaskaviny.

3. Zapálení děje se elektricky buď jiskrou nebo proudem rozžhaveným vláknem, jímž se zapálí zápalka a explose se zavede.

4. Konečně to lze provésti zanícením, influencí, t. j. výbuchem menšího množství třaskaviny značně sensibilní, která pak bez jakéhokoliv spojení s vlastní třaskavinou uvede tuto v explosi. Způsobu toho se vůbec neužívá. Pro účele ballistické užívá se pouze způsobu druhého a to mechanickým působením na zápalku neb kapsli (nárazem, vytržením frikční zápalky atd.). Materiálem explosivním pro zápalky a kapsle jsou téměř výhradně výbušné soli kyseliny fulminatové, t zv. fulmináty, známé pod jménem třaskavá rtuť a třaskavé stříbro (též vodík aj.). Třaskavá rtuť vyrobena byla poprvé v roce 1799 Howardem (Howardův prach). Vyznačuje se podobně jako třaskavé stříbro velkou sensibilitou vůči nárazu a značnou brisancí. Jako iniciál působí neobyčejně účinně. Tak popisuje Abel pokus, při kterém vypálen byl náboj prachový ve dvou úplně stejných uzavřených bombách litinových. Prvý náboj zapálen byl zápalnou šňůrou a při výbuchu zůstala bomba bez pohromy, druhý náboj však, ačkoliv byl úplně stejný s prvým, zapálen byv kapslí s třaskavou rtutí, roztrhal válec v kusy.

Fulmináty lze připraviti vařením dusičnanu příslušných kovů v alkoholu. Technicky vyrábí se třaskavá rtuť tak, že se ve skleněném balonu smísí 1 díl rtuti s 1 dílem kyseliny dusičné hustoty 40o Bé. Roztoku rtuti v kyselině přidá se pak 10 dílů alkoholu, který se nechá asi čtvrt hodiny působiti, až počnou z kapaliny krystalovati šedé jehličky třaskavé rtuti. Po ukončení krystalizace se louh odleje a zbytek se vymývá, až nejeví žádnou kyselou reakci a konečně suší. Pro kapsle upravuje se obyčejně směs fulminátu, chlorečnanu draselného, sirníku antimonového a práškového skla. Místo fulminátů volí se někdy také nitrohydro-cellulosa a jiné.

Třaskaviny

Až do devatenáctého století užívalo se téměř výhradně jako třaskaviny střelného prachu. Složení jeho až do dnes velmi málo se změnilo, takže jednotlivé druhy se liší nepatrně; jen co do směšovacího poměru jednotlivých součástí. Prach k účelům vyjenským sestává přibližně ze 74 % ledku draselného, 10 % síry a 16 % uhlí dřevěného. Ballistická cena střelného prachu nezávisí tak na poměru součástí, jako na správném a důkladném zpracování. Nejprve se součásti rozmělňují v kulových mlýnech a to síra a ledek společně, kdežto uhlí zvlášť. Pak teprve obé se smísí v směšovacích bubnech kožených, čímž se docílí jemného prášku, který však dosud prachem není, navlhčuje se 10 - 20 % vody a znovu se hněte v kulových mlýnech Grusonových v těsto a lisuje se rýhovanými bronzovými válci v zrnka, která se síty prosijí a pak teprve velkým tlakem se slisují v desku. Suché pevné desky se znovu rozbijí v kusy a drobí se rýhovanými válci v stejnoměrná zrnka. Hotový prach se ještě leští v dřevěných bubnech a třídí dle velikosti zrn na sítech..

Nejdůležitější zdokonalení jakosti střelného prachu provedeno bylo teprve na konci 19. století. Prach lisován byl velkým tlakem v hranoly, kostky nebo jiná pravidelná tělesa geometrická, která se na povrchu leští. Tento prach prismatický hoří volněji než zrnitý a hodí se tedy výborně pro děla, kde se vyžaduje, aby tlak plynů zažehnutím vyvinutých vzrůstal po dobu než střela opustí hlaveň, a v tom okamžiku aby teprve shořel zbytek rychlostí detonační. Prismatický prach jest barvy břidlicově šedé, matně lesklý, v specifické váze 1.7 - 1.9. Vlhkem netrpí tolik jako prach zrnitý. Při explosi vyvine se hustý bílý kouř, ježto ve vyvinutých plynech rozprášeny jsou částečky pevných hmot síranu, sirníku a uhličitanu draselnatého. Tuto vadu nemá prach bezdýmný a proto v poslední době vojenské správy upustily od užívání prachu černého. Vlastní třaskavinou bezdýmného prachu jest střelná bavlna, čili nitrocellulosa a částečně i nitroglycerin. Užití střelné bavlny pro účely ballistické setkávalo se dlouho s nezdarem, až teprve roku 1882 Reid a Johnson rozpustili nitrocellulosu v acetonu; podařilo se zhotoviti preparát, mající žádoucí vlastnosti. Lístkový bezdýmný prach má složení: 97.5 % nitrocellulosy, 0.5 % uhličitanu vápenatého a 0.5 % acetonu. Prach lovecký mívá přimíšeno dvojchromanu draselnatého, dusičnanu barnatého a jiné.

Příbuzné třaskaviny jsou:

Ballistit má asi totéž složení jako bezdýmný prach; ale za roupustidlo nitrocellulosy bylo užito acetonu a nitroglicerinu.

Kordit, užívaný v armádě anglické obsahuje 65 % nitrocellulosy, 30 % nitroglicerinu a 5 % vaseliny.

Plastomenit složen jest z 68 % nitrocellulosy, 13 % trinitrotouolu, 6 % dinitrotoluolu a 13 % dusičnanu barnatého.

Protože hořením těchto třaskavin vyvíjí se pouze součástky plynné, netvoří se bílý kouř jako při černém prachu. Mimo to účinnost bezdýmného prachu jest 2 - 3kráte větší než prachu černého a množství vyvinutých plynů (brisance) až čtyřnásobné. Celá řada nyní užívaných třaskavin sestává v podstatě z několika základních hmot třaskavých a to z nitroglicerinu, nitrocellulosy a kyseliny pikrové. Látky se vyrábí nitrifikací, t. j. nechá se na ně působiti směs kyseliny dusičné a sírové. Pouze kyselina dusičná jest vlastní agens (hmota, která působí) a kyselina sírová má za úkol odnímati vodu při nitrifikaci uvolněnou.

Nitroglycerin

Poprvé podařilo se vyrobiti nitroglycerin Italu Sobrero v Turině, ale vlastním objevitelem jest Alfred Nobel, který r. 1866 nejen výrobu nitroglycerinu nalezl, ale také zdokonalil, ale který, což jest zvláště důležito, přizpůsobil tuto nebezpečnou třaskavinu technickému používání. Nitroglycerin jest olejovitá kapalina, bezbarvá a bez zápachu, ve vodě nerozpustná, jedovatá. Rozpustí se snadno v lihu, etheru a chloroformu. Není snadno zápalný, ale úhozem nebo třením vybuchuje se strašlivou silou. Nitroglycerin vyrábí se z čistého glycerinu nitrací. V olověných nádobách smísí se 270 dílů /dle váhy) kyseliny dusičné 94 %ní a 450 dílů kyseliny sírové 96 %ní a do směsi se vpouští pomalu glycerin a to asi 100 dílů. Celý pochod musí se díti úplně stejnoměrně při teplotě 25o C. Olověné nádobky spojeny jsou s velkými vodními nádržemi, aby v případě, nerovnoměrného pochodu mohla býti směs ihned vodou rozředěna a tak zabráněno možnému výbuchu. Místnost nitrační oddělena jest od ostatních místností několika stěnami z lanového pletiva a postup nitrace a teplota pozoruje se okénky. Čistý nitroglycerin jsa lehčí než kyseliny, vyplove na povrch, sbírá se a podrobí se čistící proceduře roztokem sody, aby se zbavil všech stop kyseliny. Nitroglycerinu samotného se nepoužívá a hotoví se z něho výbušné preparáty.

Nitrocellulosa

Střelná bavlna, správněji nitrocellulosa, nalezena byla r. 1846 chemikem Schönbeinem, který podrobil bavlnu, dřevo, papír, konopí aj. nitraci. Prakticky zužitkována byla teprve roku 1886, kdy nalezeno bylo příhodné rozpustidlo a připravena t. zv. nitrocellulosa gelatinosní. Nitrocellulosa vyrábí se z odpadků bavlněných z přádelen, které se před tím náležitě vyčistí. Pak máčí se v malých dávkách do nitrační směsi kyselin, podobně jako při výrobě nitroglycerinu a ponechá se v kyselinách as čtvrt hodiny. Na 1 kg bavlny jest potřebí 50 gr. nitrační směsi. Pak se kyselina vypustí a zbytek odstraní se centrifugováním, při čemž často celý obsah se vyjme. Na to podrobí výrobek důkladnému promývání proudem vodním a roztokem sody a pak se suší. Na důkladném zbavení kyseliny závisí jakost výrobků. Takto vyrobená nitrocellulosa podobá se úplně papírové kaši k výrobě papíru. Pro účely ballistické se buď gelatinuje a mísí s přísadami, nebo se lisuje velkým tlakem pod vodou. Lisované hranoly dají se řezati, vrtati, zpracovati jako dřevo, ovšem pod vodou, aby nebylo nebezpečí výbuchu možným zahřátím. Lisovaná nitrocellulosa používá se hlavně pro miny a torpeda.

Kyselina pikrová

Nejmocnější třaskavinou z dosud uvedených jest kyselina pikrová. Zajímavo jest, že mnohem dříve než poznána byla výbušnost, užívalo se jí jako výborného žlutého barviva na hedvábí. Objevena byla již r. 1788 Haussmannem, který ji vyrobil nitrací kyseliny karbolové. Teprve roku 1884 seznal Springel, že kyselina pikrová, zapálená silnou kapslí třaskavé rtuti, prudce vybuchuje. Technicky vyrábí se takto: Směs stejných dílů kyseliny karbolové a koncentrované kyseliny sírové zahřívá se za stálého míchání na 100 - 120o C a jakmile se začne směs ve studené vodě snadno rozpouštěti, nechá se vychladnouti a zředí se dvojnásobným množstvím vody. Takto získaná kyselina fenolsulfonová vlévá se do kamenných nádob z polovice naplněných 60ti procentní kyselinou dusičnou. Reakce obou kapalin jest z počátku bouřlivá a jakmile ustává, podporuje se zahříváním parou. Po ukončení procesu usadí se na dně krásné žluté krystalky kyseliny pikrové, které se z nádoby vyjmou, centrifugováním zbaví se matečného louhu, vymyjí horkou vodou a znovu překrystalují. Pikrová kyselina taje při 125.5o C, aniž se rozkládá a roztokem plní se trhací bomby. Proti nárazu, tření i volnému zahřátí jest celkem netečná, což jest vlastnost velmi výhodná. S kovy tvoří kyselina pikrová soli, zvané pikrany, např. s olovem, sodíkem, draslíkem (pikran draselný = pikratový prach), které se však vyznačují mnohem větší sensibilitou než samotná kyselina a snadno prudce vybuchují. Proto neukládá se v nádobách kovových přímo, nýbrž v obalu papírovém. Kyselina pikrová jest vlastně trhací třaskavinou pod různými jmény ode všech států užívanou k plnění granátů a bomb. Francouzská armáda užívala ji pod jménem Melinit. Angličané nazývají ji Lyddit, Japonci Schimosa, Rakušané pojmenovali ji Ekrasit atd. Ovšem složení těchto třaskavin zůstává tajemstvím dotyčných států, ale podstatně zůstává vždy kyselina pikrová s eventuelní příměsí soli ammonatých a kyseliny kresylové.

Z těchto tří základních popsaných preparátů, které vhodnými příměsky nabývají buď lepších vlastností nebo jsou méně sensibilní, nejznámější jest z nich Dynamit. Již Nobel hleděl směšením nitroglycerinu s prachem, nebo jinou vhodnou neutrální lárkou docíliti třaskaviny, která by měla méně nebezpečné vlastnosti než nitroglycerin. Látkou tou jest infusiorová hlinka křemičitá, a smísením tří dílů nitroglycerinu s jedním dílem hlinky vyrábí se dynamit. Lisované válce as 19 mm průměru a 10 cm délky balí se do olejovaného nebo parafinovaného papíru.

Třaskavá gelatina, rovněž Nobelem vyrobená, sestává ze 7 - 10 % třaskavé bavlny, rozpuštěné za tepla v 90 - 93 % nitroglycerinu. Tvoří elastickou hmotu, která s přísadou kafru má velmi malou sensibilitu, ale podržuje svoji brisanci.

Dynamit gelatinový jest roztok 62.5 % nitroglycerinu, 25 % kallodia s přísadou 25.5 % dusičňanu sodnatého, 8.7 % mouky, 0.8 % sody. Pro specielní účely, hlavně v hornictví a k trhání skal užívá se celé řady třaskavin. Některé z nich jsou podobného složení jako střelný prach, pouze místo ledku užívá se buď dusičňanu ammonatého, nebo různých chlorečňanů (draselnatého) a perchlorátů. V obchodě přichází pod jmény: Petroklastil, Haloxylín, Lithofrakteur. Roburit, Densit, Ammonal a jiné.

I dynamit vyrábí se v několika druzích, které se vyznačují římskými ciframi I. a II. Příbuznými třaskavinami jsou Dynammon a Rhexit, Gelignit a Donarit.

Nitrací jiných chemických látek vznikají konečně třaskaviny jako trinitrotoluol, nitronaftalin aj. Italský ballistit jest směs nitroglycerinu a nitrocellulosy v lístcích. Podobných třaskavin používala vojenská správa bývalého Rakouska ve válce světovou pod značkou (Mg3) pro náboje děl, Francie skoro těchže třaskavin pod značkou BSP (Boulanger siege et place.) a BN (Boulanger nouvelle.). Podrobné složení ovšem utajeno.