Pyroteknik & eksplosivstoffer

Danmarks Fysik- og Kemilærerforening Storkøbenhavns Afdeling 22. marts 2007 Mads Skak Jensen, Kemisk Beredskab

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Kemisk Beredskabs rolle i bombeberedskabet Prøvetagning

Post-blast gerningssteder Øvrige lokaliteter, der ønskes undersøgt for spor af eksplosivstoffer Kontamineringskontrol af indsatsstyrker

Analyse

Laboratorieundersøgelse af uomdannede eksplosivstoffer Spor sikret fra post-blast gerningssteder

Sikkerhedsransagning (”Sweepning”)

Kontrol af adgangsveje for spor af eksplosivstoffer

Kemisk faglig rådgivning

Eksplosivstoffers kemiske egenskaber Fremstilling og sammensætning af hjemmelavede eksplosivstoffer Håndtering af potentielt eksplosionsfarligt kemikalieaffald Politihundeskolen vedr. brug af sprængstofhunde Danmarks Fysik og Kemilærerforening

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Pyroteknik Pyroteknik handler grundlæggende om redoxreaktioner…

Danmarks Fysik og Kemilærerforening

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Pyroteknik

Fyrværkeri indeholder en række delkomponenter kaldet satser effektsatser . Satserne har forskellig funktion og inddeles normalt i drivsatser, spredningssatser og Drivsatsen løfter effekten op i luften og består normalt af sort krudt Spredningssatsen metalpulver spreder den visuelle effekt på himlen og består normalt af perchlorat/chlorat og Effektsatsen og består normalt af spredningssats tilsat farvegivere giver den visuelle effekt Danmarks Fysik og Kemilærerforening

www.brs.dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Pyroteknik Oxidationsmidler

Perchlorater (ClO 4 ): KClO 4 , NaClO 4 , NH 4 ClO 4 Chlorater (ClO 3 ): KClO 3 , NaClO 3 Nitrater (NO 3 ): KNO 3 , NaNO 3 , NH 4 NO 3 , BaNO 3 Permanganater (MnO 4 ): KMnO 4 Dichromater (Cr 2 O 7 2 ): (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 Chromater (CrO 4 2 ): BaCrO 4

Reduktionsmidler

Metaller: Aluminium, magnesium, magnalium, titan, jern Organiske forbindelser: Sucrose, lactose, phthalater, benzoater, salicylater, glycerin Carbon Svovl Phosphor Danmarks Fysik og Kemilærerforening

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Demonstrationsforsøg 1

Kaliumnitrat og sukker (hvid røg) 48 KNO 3 + 5 C 12 H 22 O 11  24 K 2 CO 3 + 24 N 2 + 36 CO 2 + 55 H 2 O Kaliumchlorat og svovl (friktionsfølsomt) 2 KClO 3 + 3 S  2 KCl + 3 SO 2 Kaliumchlorat og phosphor (stødfølsomt) 10 KClO 3 + 3 P 4  10 KCl + 6 P 2 O 5 Danmarks Fysik og Kemilærerforening

www.brs.dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Oxidations- og reduktionsmidler

Almindelige oxidationsmidler Perchlorater (KClO 4 , NH 4 ClO 4 ) Nitrater (KNO 3 , NaNO 3 , Ba(NO 3 ) 2 , Sr(NO 3 ) 2 ) Chlorater (KClO 3 , NaClO 3 , Ba(ClO 3 ) 2 ) Almindelige reduktionsmidler Metaller (Al, Mg, Ti, Fe, Zn, Zr) Svovl Rød phosphor Organiske stoffer (trækul, dextrin, sukker, shellac, harpiks, phthalater) Danmarks Fysik og Kemilærerforening

www.brs.dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Farvegivere

Strontiumsalte (SrCO 3 , Sr(NO 3 ) 2 ) Mix af strontium- og natriumforbindelser Natriumforbindelser (Na 2 C 2 O 4 , Na 3 AlF 6 ) Bariumsalte (Ba(NO 3 ) 2 ) Kobberforbindelser (CuO, CuCO 3 ) Mix af strontium- og kobberforbindelser Antimonforbindelser (Sb 2 S 3 ) Bismuthforbindelser (knitre-effekt) Titanpulver (hvid/sølv) Danmarks Fysik og Kemilærerforening

www.brs.dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Farvegivere

På nær natriums gule farve gives alle øvrige farver af chlorid forbindelser af det brugte metal SrCl BaCl CuCl 620-640 nm 505-535 nm 435-480 nm Noget af denne chlor kan tages fra oxidationsmidlet men ofte tilsættes en organisk chlorforbindelse gøre farverne stærkere, eksempelvis: (perchlorat/chlorat), som chlorkilde for at PVC Hexachlorbenzen 57 % Cl 75 % Cl Danmarks Fysik og Kemilærerforening

www.brs.dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Demonstrationsforsøg 2

Kaliumchlorat og sukker 8 KClO 3 + C 12 H 22 O 11  8 KCl + 12 CO 2 + 11 H 2 O Sukker og svovlsyre (dehydrering) 2 C 12 H 22 O 11 + 11 H 2 SO 4  24 C + 11 H 2 SO 4 •2 H 2 O Kaliumchlorat og svovlsyre KClO 3 + H 2 SO 4 3 HClO 3   HClO 4 2 ClO 2  Cl 2 KHSO + 2 O 2 4 + 2 ClO + HClO 3 2 + H 2 O Danmarks Fysik og Kemilærerforening

www.brs.dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Eksplosivstoffer Forsøg på definition

Kemisk ustabilt stof, eller blanding af stoffer, der efter ydre påvirkning (stød, gnidning, gnist, flamme eller trykbølge) kan bringes til hurtig omdannelse under frigivelse af varme og gas.

Den dannede mængde gas kan have et volumen der er 10.000-15.000 gange større end det oprindelige volumen eksplosivstof.

Volumenforøgelsen kan ske med op til 8.000 m/s.

Temperaturen kan nå op på 4.000

° C.

Hele processen er overstået på millisekunder og skaber en kraftig trykbølge.

Danmarks Fysik og Kemilærerforening

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Initiering på fem måder

Stød Flamme Gnidning Trykbølge Gnist Alle metoder giver samme slutresultat; nemlig overførsel af energi i form af varme Danmarks Fysik og Kemilærerforening

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Eksplosivstoffer

En absolut nødvendighed for detonation af eksplosivstoffer er tilstedeværelsen af rigeligt oxidationsmiddel.

Oxidationsmidlet (oxygen) kan ikke tages fra luften i tilstrækkeligt omfang, hvorfor et oxidationsmiddel må indbygges i eller tilsættes eksplosivstoffet.

Enhedssprængstoffer består af et enkelt eksplosivt stof indeholdende både brændsel og oxidationsmiddel.

Blandingssprængstoffer indeholder en blanding af flere stoffer, der fungerer som brændsel og oxidationsmiddel.

Danmarks Fysik og Kemilærerforening

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Enhedssprængstoffer

Nitroglycerin og TNT er eksempler på enhedssprængstoffer Enhedssprængstoffer indeholder brændsel ( reduktionsmiddel ) og oxygenkilde ( oxidationsmiddel ) i samme molekyle

O 2 N O CH 3 O NO 2 O 2 N NO 2 O O 2 N

Nitroglycerin (NG) Danmarks Fysik og Kemilærerforening

NO 2

TNT

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Eksempler - blandingssprængstoffer

Blitzknald 8 Al(s) + 3 KClO 4 (s) → 4 Al 2 O 3 (s) + 3 KCl(s) Aluminium Kaliumperchlorat Aluminiumoxid Kaliumchlorid Aluminium fungerer som brændsel (reduktionsmiddel) Kaliumperchlorat fungerer som oxygenkilde (oxidationsmiddel) Sort krudt 72 KNO 3 (s) + 30 S(s) + 15 C 6 H 2 O(s) → Kaliumnitrat Svovl Trækul 60 CO 2 (g) + 14 CO(g) + 3 CH 4 (g) + 3 H 2 S(g) + 6 H 2 (g) + 36 N 2 (g) + 12 K 2 CO 3 (s) + 13 K 2 SO 4 (s) + 8 K 2 S(s) + 3 K 2 S 2 O 3 (s) +C(s) Danmarks Fysik og Kemilærerforening

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Eksempler - enhedssprængstoffer

Nitroglycerin 4 C 3 H 5 (ONO 2 ) 3 → 12 CO 2 (g) + 10 H 2 O(g) + 6 N 2 (g) + O 2 (g) Nitroglycerin Carbondioxid Vand Nitrogen Oxygen Nitroglycerin er et enhedssprængstof indeholdende både brændsel (reduktionsmiddel) og oxygenkilde (oxidationsmiddel) Nitroglycerin har en positiv oxygenbalance (overskud af oxygen) EGDN (CH 2 ONO 2 ) 2 → 2 CO 2 (g) + 2 H 2 O(g) + N 2 (g) EGDN Carbondioxid Vand Nitrogen EGDN er et enhedssprængstof i oxygenbalance Danmarks Fysik og Kemilærerforening

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Inddeling af eksplosivstoffer

Detonerende eksplosivstoffer har følsomhed. Nogle detonerer ved berøring med en fjer, mens andre tåler slag med en hammer.

meget forskellig Denne naturlige inddeling medfører to kategorier af detonerende eksplosivstoffer: Primære eksplosivstoffer Følsomme eksplosivstoffer, der detonerer ved påvirkning fra stød, gnidning, gnist eller flamme, hvorved andre eksplosivstoffer kan detoneres Sekundære eksplosivstoffer Eksplosivstoffer der kræver kraftig påvirkning for at detonere.

Primære eksplosivstoffer anvendes som initiator.

Danmarks Fysik og Kemilærerforening

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Inddeling af eksplosivstoffer efter reaktionshastighed

Eksplosivstoffer Detonerende eksplosivstoffer Deflagrerende eksplosivstoffer *: Betegnelsen tertiære eksplosivstoffer benyttes til eksplosivstoffer, der kræver en boosterladning for at detonere, eksempelvis AN-baserede eksplosivstoffer. Danmarks Fysik og Kemilærerforening Primære eksplosivstoffer: Blyazid, blystyphnat, TATP kviksølvfulminat Sekundære eksplosivstoffer: TNT, RDX, NG, EGDN, PETN AN * Drivmidler: Raketdrivmidler, røgsvagt krudt Pyrotekniske satser: Sort krudt, fyrværkerisatser, røgsatser mm.

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Inddeling af eksplosivstoffer efter type

Eksplosivstoffer Enheds sprængstoffer Blandings sprængstoffer Aromatiske nitroforbindelser fx TNT, pikrinsyre, tetryl Organiske nitrater fx NG, EGDN, PETN, NC Nitraminer fx RDX, HMX Salte fx blyazid, kviksølvfulminat, AN Peroxider fx TATP, HMTD Alle komponenter eksplosive fx sprænggelatine (NG+NC) Eksplosive og ikke-eksplosive fx ANFO Ingen komponenter eksplosive fx pyrotekniske blandinger Danmarks Fysik og Kemilærerforening

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Eksplosivstofstyrke

Styrken af et eksplosivstof kan ikke karakteriseres ved en enkelt parameter. Egenskaberne beskrives typisk ved angivelse af Eksplosionsvarme Detonationshastighed Specifikt gasvolumen Oxygenbalance Blyblokudvidelse Stød- og friktionsfølsomhed Danmarks Fysik og Kemilærerforening

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Eksplosionsvarme og detonationshastighed

Energiudviklingen ved en eksplosion kaldes eksplosionsvarmen og angives ofte i enheden kJ/g.

Reaktionshastigheden, ikke den udviklede energimængde, er afgørende for om en kemisk reaktion forløber eksplosivt.

Detonationshastigheden angiver den lineære reaktionshastighed i eksplosivstoffet og angives normalt i m/s eller km/s. Danmarks Fysik og Kemilærerforening

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Specifikt gasvolumen og følsomhed

Ved detonation af eksplosivstoffer dannes store mængder gas. Volumen af disse gasser, omregnet til 1 atm. og 0 ° C, betegnes det specifikke gasvolumen og angives i enheden L/kg.

Jo større gasmængde der dannes, jo kraftigere er eksplosivstoffet.

Følsomheden af et eksplosivstof er den lethed, hvormed man kan udløse en detonation ved mekanisk påvirkning. Af speciel interesse er stødfølsomheden og friktionsfølsomheden .

Eksplosivstoffer kan godt være overordentligt friktionsfølsomme uden at være særlig stødfølsomme.

Danmarks Fysik og Kemilærerforening

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Friktionsfølsomhed (N)

TATP HMTD Blyazid Blystyphnat Kviksølvfulminat PETN RDX HMX Tetryl TNT AN KClO 4 + Al Sort krudt Danmarks Fysik og Kemilærerforening 0,1 0,1 0,1 1,5 3 60 120 120 353 >353 >353 60-120 >353 Primære eksplosivstoffer Sekundære eksplosivstoffer Pyroteknik

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Blyblokprøven (Trauzl’s test)

Eksplosivstof EGDN PETN NG RDX HMX Tetryl Nitromethan HMTD TNB ANFO TNT Ureanitrat TATP DNT AN Blyazid KClO 4 + Al Sort krudt Testværdi (cm³/10 g) 620 523 520 480 480 410 400 330 325 316 300 270 250 240 180 110 80 30 Blyblokudvidelsen bruges som mål for den energi, der frigøres ved detonation af et eksplosivstof Danmarks Fysik og Kemilærerforening

Pyroteknik & eksplosivstoffer

Tak for i dag…

Danmarks Fysik og Kemilærerforening