Хімія у військовій справі

Реферат з хімії.

ХІМІЯ У ВІЙСЬКОВІЙ СПРАВІ.

Роль хімії в житті суспільства в останні десяти­ліття значно зросла, зокрема це стосується значно ширшого застосування хімічних речовин і хімічних процесів у військовій справі.

Хімія дала паливо бойовим машинам і літакам: своєю здатністю перелітати за кілька хвилин вели­чезні відстані бойові ракети зобов’язані спеціально розробленому для них паливу. Створюється не тільки хімічна зброя, отруйні речовини, але також синте­зуються сполуки, які дезактивують і знезаражують їх. Відкриття пороху шість віків тому стало тріум­фом хімічних знань і поклало початок новій епосі вогнепальної зброї. Виробництво бомб, фугасів, ар­тилерійських снарядів — дітище хімії. Хімічні про­цеси забезпечують колообіг речовин у замкнутих системах (на підводних човнах і космічних кораб­лях) та дають тим самим можливість існувати лю­дині в цих умовах тривалий час. Бурхливий розвиток хімії полімерів дав змогу створювати речовини із заданими властивостями, які поєднують міцність, легкість, хімічну стійкість, дають можливість у небачено короткий термін будувати дороги, злітно-посадочні смуги для літаків і гелікоптерів, наводити переправи через водні перешкоди, змінювати зовнішній вигляд бойової техніки, вирішувати про­блеми підвищення міцності деталей літаків, авто­мобілів, танків, підводних човнів, різних видів зброї.

Хімія змусила приймати участь у прогресі військо­вої справи елементи, які рідко зустрічаються в при­роді: Телур, Цезій, Цирконій — використовуються у фотоелементах, дають можливість «бачити» в тем­ряві, вести бій у нічних умовахУран, Берилій, Бор, Кадмій, Гафній — застосовуються в атомних сило­вих установкахуран використовується для створен­ня снарядів, куль. Поряд з ядерною фізикою хімія є основою для створення атомної й термоядерної зброї, а також ефективних засобів захисту.

Без ознайомлення з усією багатогранністю впливу хімії на військову справу не можна чітко уявити на­уково-технічної революції, яка проходить в армії, передбачити перспективу дальшого прогресу бойо­вої техніки.

Тому доцільно на уроках, факультативах, гурт­ках, позакласних заходах, у повідомленнях, рефера­тах, доповідях використовувати військову тематику. Це не тільки сприяє активізації знань з хімії, викли­кає інтерес до спеціальної літератури та інших інформаційних джерел, де подібні питання розгля­даються ширше і глибше, а й формує стійку грома­дянську позицію, виховує патріотів — захисників Вітчизни.

У запропонованій методичній розробці ми розгля­немо ті розділи курсу хімії, які потрібно використову­вати з метою військово-патріотичного виховання учнів.

Оксиген і Сульфур Під час вивчення цієї теми можна ознайомити учнів з оксиліквітами — вибухонебезпечними сумі­шами будь-якої пористої маси (торфу, тирси, вугіл­ля) з рідким киснем. Оксиліквітний патрон — це довгий мішечок, заповнений горючим матеріалом, який безпосередньо перед використанням занурю­ють у рідкий кисень, після чого в нього вставляєть­ся електричний запал. Цю вибухівку застосовували під час Першої і Другої світових війн. Нині оксилі­квіти використовують у гірничовидобувній промис­ловості.

Сірку використовувала людина з давніх-давен. У ранньому Середньовіччі з’явилася загадкова й мо­гутня на той час зброя — «грецький вогонь». Більше п’яти віків Візантія зберігала таємницю його виго­товлення. Точний рецепт нині невідомий, хоча су­часні дослідники дійшли такого висновку: це нафта або її легкі фракції, різні масла, горючі смоли, які збирали на обмілинах Мертвого моря, асфальт і обо­в'язково якийсь «секретний компонент» (найбільш адекватним варіантом є суміш негашеного вапна і сірки, яка загоралася при контакті з водою). Вибух супроводжувався густим димом і страшним гурко­том, що наводив жах, сіяв паніку. Все кругом заго­ралось як при польоті снаряда, так і при його падінні. Намагання гасити полум’я водою тільки підсилюва­ло горіння.

«Грецький вогонь» відіграв не тільки стратегіч­ну, а й геополітичну роль: зупинив мусульманську експансію в Європу. Якщо на суходолі, в Сірії і Малій Азії, візантійці отримували від арабів одну поразку за другою, то Константинополь і Грецію, для загарбання яких арабам необхідно було виграти битву на морі, християни могли утримувати протя­гом віків.

Хоча, слов’янські дружини 911 р. під орудою кня­зя Олега розбили візантійський флот, і Олег прибив свій княжий щит на воротах Царгорода.

Сірка використовувалася під час виготовлення ручних запалювальних засобів, заповнених рідиною. Ще на початку Великої Вітчизняної війни цей вид зброї одержав назву «коктейля Молотова». 7 липня 1941 р. Державний Комітет Оборони прийняв по­станову «Про протитанкові збройні фанати (пляш­ки)», у якій йшлося про забезпечення ними військ. Виготовляли кілька видів цих самозапалювальних засобів, але найбільш ефективними були пляшки з рідиною КС («Кошкінська суміш» — за прізвищем винахідника Н. Кошкіна), яка являла собою жовто-зелений розчин із вмістом фосфору і сірки. Пляшки заповнювали сумішшю авіаційного бензину, лігрої­ну, загущеного маслами або спеціальним порошком-загусником СП-2. Падаючи на тверду поверхню, пляшка розбивалася, рідина розливалася і від кон­такту з повітрям самозаймалася, горіла яскравим по­лум'ям до трьох хвилин, розвиваючи температуру до 1000 °C. При цьому, будучи липкою, вона прилипала до броні танка, осліплювала екіпаж димом, викурю­ючи його з танка і випалюючи все всередині. Краплі горючої рідини викликали сильні важкозагоювані опіки. Фронтовики вимагали: «Більше пляшок з КС. Танки горять від них як сірники». І справді, бойовий рахунок запалювальних засобів вражає. З їх допомо­гою за роки війни було знищено 2 500 танків, само­ходок, бронемашин, 1 200 ДОТів і ДЗОТів, 800 авто­машин, 65 військових складів.

Розглядаючи властивості сірчаної кислоти, до­цільно звернути увагу на використання її у вироб­ництві вибухових речовин як водовіднімаючий засіб у складі нітруючої суміші. Сумішшю сірчаної кис­лоти, бертолетової солі й цукрової пудри заповню­вали ампули, які кріпилися до пляшок із запалю­вальною рідиною. Запал загорався як тільки ампула розбивалася разом з пляшкою.

Застосування вогнепальної зброї пов’язане з по­рохом. Уперше порох винайшли в Стародавньому Китаї і використовували його, як не дивно, не у військових цілях, а розважальних — фейєверках. Лише епізодично порох використовували як «несмер­тельну» зброю шокуючої дії - гуркіт вибуху і спа­лах порохового заряду викликав панічну втечу во­рогів. Близько 300 р. н.е. китайці почали використо­вувати порохові снаряди: стріли з вибухаючими на­конечниками, чавунні глечики заповнювали речо­виною, подібною за складом до пороху і підпалюва­ли (у радіусі 15 м все вигорало, а осколки пробивали броню воїнів).

Шістсот років тому німецький монах Бертольд Шварц (алхімік з Фрейнбурга), експериментуючи із селітрою, сіркою та іншими горючими матеріала­ми, розкрив склад вибухової суміші незалежно від китайців. У XIII ст. грізна вогнепальна зброя розпо­чала тріумфальну ходу спочатку Європою, а потім усім світом. Реакція горіння чорного, або димного, пороху виражається рівнянням:

2KNO3 + ЗС + S = N2 + ЗСО2 + K, S + Q.

Два продукти реакції - гази, а сульфід калію — тверда речовина, яка утворює після вибуху «дим». Джерело кисню — нітрат калію. Якщо посудину, яка запаяна з одного кінця (труба), закрити рухливим тілом (ядром), воно під тиском порохових газів ви­кидається. У цьому виявляється метальна дія поро­ху. Якщо ж стінки посудини, у якій знаходиться по­рох, недостатньо міцні, то вона розривається під дією порохових газів на дрібні осколки, які розлітаються навкруги з величезною кінетичною енергією. Це бризантна дія пороху.

У середині XIX ст. замість чорного пороху стали застосовувати нові вибухові речовини з більшою руй­нівною силою. Вони швидко витіснили порох з військової техніки. Тепер він застосовується в гірничій справі, піротехніці, а також у мисливстві.

Кисень і озон використовуються як компоненти ракетного палива. Встановлено, що озон значно ефективніший за кисень як окиснювач — він забез­печує крашу питому тягу, але через велику вибухонебезпечність, особливо в газоподібному стані, ви­користовувати його в паливі неможливо. Він широ­ко застосовується тільки у вигляді розчину в рідко­му кисні.

Нітроген і Фосфор Вивчення теми пов’язане з обговоренням про­блеми зв’язаного Нітрогену. Синтез аміаку й одер­жання на його основі нітратної кислоти дає мож­ливість добувати сильні вибухові речовини: нітро­гліцерин (динаміт), тринітротолуол (тол), триніт-роцелюлозу (піроксилін), тринітрофенол (пікрино­ву кислоту) тощо. Азотна промисловість Радянсь­кого Союзу з честю витримала важке випробування в роки Великої Вітчизняної війни: наш фронт був забезпечений боєприпасами в достатній кількості.

Більшість вибухових сумішей містять окиснювач (нітрати металів або амонію тощо) і паливо (дизельне пальне, деревне борошно, алюміній). З нітрату амо­нію виробляють вибухові речовини — амоніти. На­приклад, до складу амоналу входять амоній нітрат і порошкоподібний алюміній, іноді вугілля. Реакція під час вибуху амоналу така:

3NH4NO3 + 2АІ = 3N2 + 6Н2О + АІ2О3 + Q.

Фосфор застосовується у військовій справі як за­палювальний засіб і як димоутворююча речовина. У результаті спалювання фосфору на повітрі виділяєть­ся фосфорний ангідрид, пара якого, вбираючи воло­гу, утворює білий туман, що складається з найдрібніших краплинок розчину метафосфатної кислоти, яка викликає опіки й отруєння організму. Наприк­лад, у США створено новий димовий універсальний елемент, який являє собою пластину білого фосфо­ру, армовану бавовняною тканиною. Такі елементи щільно укладаються в корпус боєприпасу і при підльоті до землі виштовхуються та розсіюються, утворюючи дим.

Дим забезпечує маскування військ і тилових об'єктів. До сучасних димоутворюючих речовин ви­суваються вимоги: знижувати ефективність сучасних систем зброї, оснащених оптичними, інфрачерво­ними і радіолокаційними засобами.

Фосфор входив до складу диверсійного запалю­вального засобу, яке було схоже на звичайнісіньке мило і не викликало підозр у німців і поліцаїв у роки Великої Вітчизняної війни. До складу «партизансь­кого мила», крім власне мила, додавали фосфор і горючі речовини. Партизани прикріплювали масти­ку до вагонів, а коли поїзд набирав швидкість, фос­фор починав інтенсивно окиснюватися під дією по­току повітря і загорався, підпалюючи мастику, а та розвивала температуру більше 1000 °C, навіть метал при цьому загорався.

Білим фосфором оснащують напалмові суміші, напалмові бомби (бомби, які використовувалися у В'єтнамі містили до 30% фосфору), гранати, фу­гасні снаряди. Іноді додають до напалму ще й натрій, одержуючи «супернапалм», який не можна погасити водою, оскільки при взаємодії утворюється гриму­чий газ.

Карбон і Силіцій Застосування на початку Першої світової війни німецькими військами хімічної зброї (хлору) вияви­ло неефективність вологих масок. Досліджуючи яви­ще адсорбції, М. Зелінський запропонував новий спосіб захисту за допомогою активованого вугілля.

1916 р. Російська армія одержала 5 млн. фільтру­вальних протигазів, які складалися з гумового шо­лому конструкції російського інженера Куманта і протигазної коробки Зелінського, оснащеної акти­вованим вугіллям. Це врятувало життя сотням ти­сяч солдатів.

За наявності шкідливих домішок, які не затри­муються фільтруючими протигазами, або при нестачі кисню в повітрі (менше 16%) застосовуються ізо­люючі протигази, у яких використовується регене­ративний патрон, що містить пероксиди лужних ме­талів, які одночасно поглинають вуглекислий газ. Реакція, що відбувається, виражається хімічним рівнянням:

2Na2O2 + 2СО2 = 2^СО3 + Ог Розглядаючи властивості карбон (ІІ) оксиду, не­обхідно відзначити його токсичний вплив на живі організми. При цьому чадний газ зв’язується з ге­моглобіном крові, перетворюючи його в карбокси-гемоглобін. У результаті гемоглобін втрачає здатність зв’язувати і переносити кисеньнаступає кисневе голодування і людина гине від задухи. Під час Вели­кої Вітчизняної війни фашисти використовували цю властивість чадного газу для масового знищення в машинах-«душогубках».

При взаємодії карбон (ІІ) оксиду з хлором одер­жують фосген СОС12 — отруйну речовину задушли­вої дії. Це безбарвний газ із запахом прілого сіна або гнилих яблук, який у 3,5 раза важчий за повітря. Концентрація його в повітрі 0,5 мг/л протягом 10 хв є смертельною. Захистом від фосгену є фільтрую­чий протигаз.

Знезараження (дегазацію) фосгену здійснюють за допомогою аміаку. При цьому утворюється цінне нітратне добриво — сечовина:

СОСІ, + 4NH3 = CO (NH2)2 + 2NH4C1.

Синильна кислота HCN — сильна отруйна речо­вина загальної дії. При концентрації 2 мг/л миттєво викликає зупинку дихання і смерть.

Безумовними є досягнення хімії у створенні но­вих матеріалів. Основою майбутнього прогресу аві­аційної, космічної та інших видів техніки є компо­зиційні матеріали.

На кожен квадратний метр підводного човна, який занурився, наприклад, на глибину 200 м, тисне стовп води масою 200 т. Протистояти такому тиску може тільки корпус із надміцної сталі. Але чи тільки сталі? Незважаючи на високу міцність, сталь важка, має велику густину. З появою пластмас стало мож­ливим створення нових матеріалів із заданими влас­тивостями. Для того щоб надати пластмасам міцності, в синтетичну смолу (найчастіше епоксид­ну) включили арматуру зі скляного волокна — і на­родився склопластик. Густина його в чотири рази нижча ніж у сталі, а міцність лише трохи менша. Крім того, склопластик має хороші теплозвукоі електроізоляційні властивості в поєднанні з висо­кою корозійною і хімічною стійкістю до морської води, розчинників та інших агресивних середовищ.

Склопластики застосовують на підводних човнах. З них, наприклад, виготовляють надбудови й огорожі рубок, деталі антен, перископів, повітряних шахт. На американському підводному човні «Дельфін* з глибиною занурення 600−900 м із склопластика ви­готовлено балони із стисненим повітрям.

Склопластики широко застосовують у корабле­будуванні, авіації, ракетобудуванні та інших галузях техніки. Вплив маси ракети на дальність стрільби в закордонній пресі ілюструвалася таким прикладом: якщо зменшити пасивну масу конструкції лише на 1 кг, то дальність стрільби збільшиться на 16 км. Для зменшення пасивної маси ракети використову­ють склопластики, до складу яких входить 80% скло­волокна (яке містить оксиди Силіцію, Бору, Маг­нію, Натрію, Калію), а як матриця використовуєть­ся епоксидна смола. Корпуси твердопаливних дви­гунів балістичних ракет «Поларис» А-2 і А-3, морсь­кої ракети «Посейдон» і «Мінітмен», якими озброєні атомні ракети підводних човнів, виготовлені із склоп­ластика. З нього виготовляють також балони для збе­рігання на борту газів високого тиску, носових ко­нусів бойових частин балістичних ракет, на деяких типах зенітних ракет зі склопластиків виготовлено поверхні управління, стабілізатори, пускові трубо-контейнери.

Силікатне скло використовують для побудови корпусів глибоководних апаратів. Його міцність зро­стає із збільшенням глибини занурення. На глибині 6 000 м скляна сфера стає в 5 разів міцнішою, ніж на поверхні води.

Насичені вуглеводні.

Застосування метану і його похідних у військовій справі найрізноманітніше — це одержання водню в паливних елементах, розчинників (тетрахлормета-ну), вибухових речовин, дегазуючих речовин, окис­ників у димових сумішах.

У підкоренні військовою технікою простору хімії належить провідна роль, адже вона забезпечує го­ловним — дає енергію палива. З усіх найпоширені­ших видів викопного палива найбільшу теплотвірну здатність має нафта, точніше продукти її перероб­ки: бензин, гас, лігроїн, дизельне пальне, мазут тощо, основною складовою яких е вуглеводні. Для забез­печення бойових машин більш ефективним і еко­логічно чистим паливом застосовують зріджений пропан. Рідкий метан порівняно зі звичайним реак­тивним паливом має більшу теплоту згорання і теплоємність, але при цьому зростає вага паливної сис­теми, ускладнюється заправка.

Хімія вказала шлях до підвищення довговічності гарматних стволів за рахунок додавання до порохо­вого заряду спеціальних присадок — флегматизаторів. Це суміш парафіну чи воску з тонко подрібненими порошками сульфату або карбонату кальцію, якою просочується бавовняна чи шовкова тканина. По­роховий заряд обмотують цією тканиною. Під час пострілу суміш випаровується і температура поро­хових газів, які омивають внутрішні стінки ствола, знижується. Зменшуючи розжарення ствола під час пострілу, флегматизатори захищають його від руй­нування.

З метою економного використання боєприпасів використовують імітатори вибуху. Це балони з кис­нем, пропаном і димовий циліндр. Під час пострілу кисень з пропаном загораються, створюючи звуко­вий і світловий ефект, а з димового циліндра вихо­дять сполуки Титану, які імітують дим пострілу.

Командування армій світу приділяє значну увагу до вогнеметно-запалювальної зброї. У Росії створе­но два унікальні зразки зброї: реактивний піхотний вогнемет «Шмель» з термобаричним пострілом і важка вогнеметна система «Буратино», які показали свою надзвичайну могутність у Чечні й Афганістані. Запалювальні суміші, які використовуються вогне­метно-запалювальною зброєю, мають найрізнома­нітніший склад. Але обов’язковим компонентом є 30−40% рідких парафінових вуглеводнів, а також згущувачі, аморфні полімерні матеріали, гідрореагуючі компоненти (ті, що дають можливість засто­совувати вогнеметно-запалювальну зброю під час бойових дій у районах з підвищеною вологістю).

Література.

1. Химия в бою: Сборник статей. — М.: Воениздат, 1970.

2. Советская воєнная энциклопедия. — М.: Воениздат, 1976.

3. Князева Р. Н., Бородихина A.M. Ознакомление с химическими веществами, применяемыми в воен­ном деле. — М.: Педагогика, 1989. — С. 66−72.

4. Ардашев А. Н. Огнеметно-зажигательное ору­жие. — М.: Астрель, 2001.