Химическая физика, 2021, T. 40, № 12, стр. 39-41

В работах [1–4] соединение 5,5'-бистетразол-1,1'-диолят дигидроксиламмония (ТКХ-50) характеризуется как весьма перспективное взрывчатое вещество (ВВ), которое может быть использовано в качестве более мощной альтернативы гексогену. Утверждается также, что это соединение обладает более низкой чувствительностью к внешним воздействиям, чем гексоген и октоген, а метод синтеза позволяет создать промышленное производство этого ВВ. Однако, как показали дальнейшие исследования, параметры детонации TKX-50 были оценены авторами [1–4] на основании завышенного расчетного значения стандартной энтальпии образования этого вещества: 446.6 кДж · моль^–1.

В результате тщательно проведенных калориметрических измерений в Федеральном исследовательском центре химической физики им. Н.Н. Семёнова РАН (ФИЦ ХФ РАН) была получена существенно более низкая величина энтальпии образования ТКХ-50, а именно: (194.1 ± 0.9) кДж/моль [5]. В связи с тем, что вещество ТКХ-50 вызывает значительный интерес у исследователей и разработчиков взрывчатых материалов, цель настоящей работы заключалась, во-первых, в анализе влияния различий в значениях энтальпии образования на детонационные характеристики ТКХ-50, а во-вторых, в оценке взрывчатых свойств этого соединения в сравнении с параметрами ряда известных ВВ.

В табл. 1 представлены значения детонационных характеристик для ТКХ-50 и с целью сравнения еще для четырех известных ВВ разной мощности. Данные по плотности ρ приведены в работе [1]. Значения стандартной энтальпии образования ВВ, использованные в работах [1–4], обозначены как $\Delta H_{{f1}}^{^\circ }.$ Скорости детонации рассчитаны на основе значений $\Delta H_{{f1}}^{^\circ }$ с использованием термодинамических кодов: EXPLO5.05 – D₁ [1], EXPLO5 V6.01 – D₂ [2], CHEETAH 2.0 – D₃ [3] и EXPLO5 V6.02 – D₄ [4]. Величина D₅ оценивалась по методу Камлета–Джейкобса [6]. Остальные данные получены расчетным путем авторами настоящей работы с использованием значений энтальпии образования ВВ, измеренных в ФИЦ ХФ РАН $(\Delta H_{f}^{^\circ }).$ Скорость детонации, D, и давление в точке Чепмена–Жуге, P_CJ, рассчитывали по методу Камлета–Джейкобса [6]. Для расчета теплоты взрыва Q (Н₂О – газ) использовался способ, предложенный в работе [7].

Метательная способность (МС) является одной из важнейших характеристик ВВ. В предлагаемой работе рассматривается МС, соответствующая условиям испытаний по методу М-40. Эта методика в нашей стране принята в качестве базовой [8]. В методе М-40 исследуется процесс ускорения стальной пластины диаметром 40 и толщиной 4 мм, метаемой с торца цилиндрического заряда диаметром и толщиной 40 мм в канале толстостенной стальной оболочки. Мерой МС служит скорость пластины на расстоянии 40 мм от торца заряда. Относительная скорость пластины, η (эталон – октоген при плотности 1.904 г/см³) оценивалась способом, предложенным в работе [9].

Как следует из табл. 1, в случае гексогена, октогена и CL-20 различие в результатах расчета значений D₁, D₂, D₃ и D₅, с одной стороны, и D, с другой, невелико, так как $\Delta H_{{f1}}^{^\circ }$ и $\Delta H_{f}^{^\circ }$ для этих ВВ различаются на относительно небольшую величину. Напротив, в случае ТКХ-50 наблюдается значительное расхождение значений скоростей, рассчитанных с использованием двух разных величин энтальпии образования. Кроме того, согласно значениям D₁, D₂, D₃ и D₄, рассчитанным по термодинамическим кодам, вещество ТКХ-50 по скорости детонации должно не только превосходить гексоген и октоген, но и, по крайней мере, не уступать CL-20. При этом обращает на себя внимание очень высокое значение D₄ для ТКХ-50 (≈10 км/с). Более низкая скорость для ТКХ-50 получена по методу Камлета–Джейкобса [6], хотя и в этом случае величина D₅ остается на уровне значения скорости детонации октогена.

В соответствии с результатами расчета, выполненного с использованием измеренных в ФИЦ ХФ РАН энтальпий образования $\Delta H_{f}^{^\circ },$ ТКХ-50 по скорости детонации D незначительно уступает гексогену, но заметно проигрывает октогену и, в особенности, веществу CL-20. По давлению детонации это соединение близко к гексогену. Однако МС и теплота взрыва у ТКХ-50 ниже, чем у гексогена. Более того, по теплоте взрыва ТКХ-50 приближается к ТНТ, веществу с относительно невысокими параметрами детонации.

Для повышения работоспособности ВВ широко используются энергетические добавки. Наиболее распространенной добавкой такого рода является порошкообразный алюминий. Известно, что введение алюминия в состав с ВВ приводит к увеличению теплоты взрыва и МС. Наибольший эффект достигается для ВВ с положительным кислородным балансом [10–12]. Кислородный баланс CL-20, гексогена (октогена) и ТКХ-50 равен ‒11%, –21.6% и –27.1% соответственно. В связи с этим не следует ожидать более значительного повышения теплоты взрыва и МС при добавлении алюминия к ТКХ-50, чем в случае, когда алюминий вводится в состав с гексогеном, октогеном и CL-20.

Таким образом, результаты сравнения данных, представленных в табл. 1, подчеркивают необходимость использования при расчетах взрывчатых свойств ВВ надежных значений энтальпии образования как одной из их важнейших характеристик. Некоторые выводы, сформулированные авторами работ [1–4] по поводу высокой мощности ТКХ-50, не подтверждаются результатами расчета, проведенного на основе измеренного в ФИЦ ХФ РАН значения энтальпии образования этого ВВ.

Работа выполнена за счет субсидии, выделенной ФИЦ ХФ РАН на выполнение государственного задания по темам 0082-2019-0016 “Создание высокоэнергетических материалов нового поколения и исследование их характеристик” (регистрационный номер АААА-А18-118031490034-6) и 0082-2019-0006 “Фундаментальные исследования процессов превращения энергоемких материалов и разработка научных основ управления этими процессами” (регистрационный номер АААА-А21-121011990037-8).