化學爆炸的本質是什麼?

2020-08-07 小民科

化學爆炸,我們最最常見的可以說就是鞭炮跟煙花的燃燒。

化學爆炸的本質是什麼?

而鞭炮燃燒爆炸的原理就是硫,碳跟硝酸鉀等在明火或者撞擊產生高溫的條件下釋放出大量熱的同時,還生成了大量的氮跟二氧化碳氣體,這些熱跟氣體產生就是鞭炮內壓瞬間增大並爆炸的基礎,而這基礎得以發生的根本就是化學鍵鍵能的釋放。

在初中剛接觸化學的時候,老師會給我們做一個用高錳酸鉀在有二氧化錳做催化劑的情況下加熱,並最終釋放出氧氣的實驗。

這應該是很多人剛真正開始接觸化學時的第一股力量了,而這股力量的本質是舊化學鍵的斷裂,新化學鍵的形成,簡單一點的理解就是舊物質的消失與新物質的形成。

化學爆炸的本質是什麼?

但是由於舊物質與新物質化學鍵的不同,所以鍵能也不同。

舉個簡單的例子,在氫跟氧燃燒的時候會釋放出大量的能量,這是因為兩個氫與一個氧化合前的總鍵能要比化合後生成兩個水的總鍵能能量高,所以當氫跟氧反應生成水的時候,它們就必須將高出來的那部分能量給釋放出來,而這釋放的方式就是燃燒的放熱了。

放熱是一切易燃易爆品在燃燒爆炸時共有的屬性,而這放熱的基礎是它們本身得具有較高的能量,因為只有高能量的物質在轉化成低能量物質的時候才可以將高出來的能量以熱量的形式釋放出來。

其實無論是在物理上還是在化學上,物質的高能總是會有著一種向低能轉化的趨勢的,而這趨勢可以簡單的理解為一種勢能。

比如說一塊在山頂上的大石頭,它具有很大的重力勢能,

但卻沒有往下滾,那是因為過大的摩擦阻力阻止了它將重力勢能轉化為動能的緣故。

但是只要我們推一推它,相當於給它一個外力讓它克服阻礙它往下滾的阻力,然後往山下滾去,這時候的石頭在重力勢能減小的同時就會獲得一個動能,而這個動能也就會克服它底下的摩擦阻力,最終一直往山腳下滾去。

化學爆炸的本質是什麼?

而平時的易燃易爆品沒有自動燃燒爆炸,本質上,跟這個道理是差不多的,因為有一定的阻力在維持著它們狀態的穩定。

但是對於易燃易爆品來說,阻礙它們燃燒爆炸的阻力有多大,了解它們燃燒爆炸的最低條件是什麼,這才是防止災難發生的關鍵。

而最低條件,其實也沒那麼複雜,無非就是日常生活中常見的明火靜電或者撞擊而已,這些東西的存在,都很有可能會使易燃易爆品發生燃燒或者爆炸。

易燃易爆品的燃燒爆炸的過程,其實就跟山頂上的石頭滾下山的道理是差不多的,石頭只要開始滾下山獲得動能,它就會藉助那個動能來克服它底下的摩擦阻力,從而一直往山腳下滾去。

易燃易爆品在引燃引爆的時候會稀釋出大量的熱量,而熱量可以說就相當於石頭的動能,可以克服易燃易爆品的阻力,從而使得它們持續的燃燒,或者是爆炸。

化學爆炸的本質是什麼?

比如說油罐著火了之後,它並沒有經常像我們所擔心的那樣會爆炸,那是因為油的燃燒需要有氧參與才可以生成二氧化碳跟水以及釋放能量,而油的內部是沒有氧氣的,所以它的內部無法燃燒,無法像火藥那樣瞬間引燃全部,然後將全部的能量跟要生成的氣體釋放出來並產生爆炸。

而火藥之所以可以在無氧的環境下被全部引燃,那是因為硫,碳跟硝酸鉀要生成硫化鉀,氮氣跟二氧化碳不需要有氧氣的參與就可以完成,因此它們反應僅需要高溫即可。

化學爆炸的本質是什麼?

同樣的,硝酸銨也是如此,它之所以也能作為炸藥的根本就在於遇到400℃以上的高溫時,分子內的氮氫鍵、氮氧鍵等發生斷裂,然後劇烈分解出大量化學勢能低的氮氣,氧氣跟水蒸氣等,並在極短時間內還釋放出大量的能量來迫使更多的硝酸銨進行分解,最終產生爆炸。

所以說,一種化學物質有沒有爆炸的屬性,它化學勢能的高低,它需不需要跟空氣混合就能發生放熱式裂解,它裂解時是否產生大量氣體等都是重要的參考因素。

而硝酸銨看起來雖不像是種可以爆得起來的東西,但它確實是完完全全的符合爆炸物該有的屬性的,只不過相較於其他易爆品,它確實比較鈍,沒那麼容易爆得起來。

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