Hur fungerar bomber? Niklas Dahrén

Transkript

1 Hur fungerar bomber? Niklas Dahrén

2 För att förstå oss på bomber måste vi veta vad oxidation och reduktion innebär Oxida'on: Ämnet får e* elektronundersko* genom a* elektroner avges helt eller delvis (oxida8onstalet ökar). Reduk'on: Ämnet får e* elektronöversko* genom a* elektroner upptas helt eller delvis (oxida8onstalet minskar). - - Ämne 1 Ämne 2

3 För att förstå oss på bomber måste vi veta oxidations- och reduktionsmedel innebär Oxida'onsmedel: E* ämne som kan dra 8ll sig elektroner och därför har förmåga a* oxidera e* annat ämne. Ämnen med hög elektronega8vitet (t.ex. syre och kväve) är bra oxida8onsmedel. Reduk'onsmedel: E* ämne som kan ge bort elektroner och därför har förmåga a* reducera e* annat ämne. Ämnen med låg elektronega8vitet (t.ex. olika metaller och kol) är bra reduk8onsmedel. Reduk8onsmedel Oxida8onsmedel C + O 2 CO 2 Oxideras Reduceras Förbränning av kol: Syreatomerna fungerar som oxida8onsmedel ejersom syreatomerna drar åt sig valenselektroner från kolatomen och därmed oxiderar kolatomen. Kolatomen fungerar som reduk8onsmedel ejersom kolatomen ger bort valenselektroner 8ll syreatomerna och därmed reducerar dessa. Bränslen: Reduk8onsmedlen kallas också för bränslen ejersom det är dessa som innehåller mycket energi.

4 3 saker behövs för alla förbränningar och explosioner Reduk'onsmedel (bränsle) + Oxida'onsmedel Ak8veringsenergi Gaser + Energi (värme, ljus) Innehåller energirika elektroner Drar 8ll sig elektroner från bränslet vilket frigör deras energi Det bildas många gasmolekyler som p.g.a. den frigjorda värmen har hög rörelseenergi= högt gastryck.

5 3 saker behövs för alla förbränningar och explosioner 1. Reduk'onsmedel (bränsle): Bränslet innehåller kemisk bunden energi. Energin finns hos elektronerna hos de ingående atomerna. Kolatomer fungerar oja som bränsle i både vanliga förbränningar och i bomber. Kolatomer som är bundna 8ll andra kolatomer eller 8ll väteatomer (kolväten) har energirika valenselektroner ejersom dessa atomer har låg elektronega8vitet och därför kommer elektronerna inte vara särskilt hårt bundna 8ll någon atomkärna. 2. Oxida'onsmedel: Oxida8onsmedel behövs för a* bränslet ska börja brinna eller explodera. Oxida8onsmedlet drar energin ut ur bränslet. Oxida8onsmedlet drar 8ll sig de energirika valenselektronerna från bränslet och binder dessa hårt 8ll sina egna atomkärnor. När de*a sker kommer valenselektronerna förlora sin energi 8ll omgivningen i form av värme- och ljusenergi. Elektronega8va ämnen som t.ex. syre och kväve är bra oxida8onsmedel. I både vanliga förbränningar och i bomber används oja syre som oxida8onsmedel. 3. Ak'veringsenergi (ofa värme): Värmen fungerar som ak8veringsenergi och sä*er igång reak8onen mellan bränslet och oxida8onsmedlet. Värmen kan 8llföras med hjälp av en tänds8cka, en gnista från en gnis*ändare etc.

6 Vad är skillnaden mellan vanliga förbränningar och explosioner? Has'gheten är avgörande: Skillnaden mellan en vanlig förbränningsreak8on och en explosion är a* vid en explosion sker förbränningen mycket snabbare. Det bildas mycket snabbare e* stort antal gasmolekyler och det bildas mycket snabbare en stor mängd värme. De varma gaserna ökar snabbt i volym och skapar därmed e* högt tryck. En tryckvåg uppstår i det omgivande mediet (t.ex. i luj eller va*en) och fasta föremål i tryckvågens väg riskerar därmed a* krossas.

7 Varför sprängs det? 1. När bränslet reagerar med oxida8onsmedlet ger bränslet upphov 8ll e* stort antal gasmolekyler. Den värme som bildas kommer leda 8ll a* gasmolekylerna har hög has8ghet= hög gastryck inu8 behållaren. 2. När gastrycket inu8 behållaren bli högre än lujtrycket utanför behållaren kommer behållaren sprängas. 3. De gasmolekyler som åker ut genom behållarens väggar kommer påverka lujen runt omkring behållaren vilket skapar en tryckvåg (som också ger upphov 8ll det höga ljudet). 4. Om tryckvågen är 8llräckligt krajig så kan den orsaka stor skada på byggnader och människor. Bränsle + oxida'onsmedel Ak8veringsenergi Varm gas Tryckvåg

8 Kännetecknande för mycket explosiva ämnen Sönderfaller snabbt: Ämnet ska mycket snabbt kunna sönderfalla och oxideras och därmed snabbt ge upphov 8ll en stor mängd olika gasmolekyler (CO 2, H 2, O 2 och/eller N 2 ). Ger upphov 'll en krafig exoterm reak'on: När ämnet sönderfaller ska det bildas mycket värme så a* gasmolekylerna får hög has8ghet och bygger upp e* högt gastryck. Innehåller både bränsle och oxida'onsmedel: Det explosiva ämnet bör innehålla både bränslet (ojast kolatomer) och oxida8onsmedlet (ojast syreatomer). Det innebär a* ämnet inte är beroende av lujens syrgas utan bär själv runt på si* oxida8onsmedel. Det möjliggör en mycket snabbare reak8on. Snabbast reak8on fås om samma molekyl innehåller både bränslet och oxida8onsmedlet. Det finns dock högexplosiva ämnen som består av 2 olika ämnen som är blandade med varandra varav det ena fungerar som bränsle och det andra fungerar som oxida8onsmedel.

9 Nitroföreningar är explosiva eftersom de innehåller både bränsle och oxidationsmedel Nitroföreningar innehåller nitrogrupper: Nitroföreningar är organiska ämnen som innehåller en eller flera nitrogrupper (-NO 2 ). De är oja explosiva, speciellt om de innehåller flera nitrogrupper. R= En atomgrupp som ser olika ut i olika molekyler. Nitroföreningar har oxida'onsmedlet inbyggt: Nitroföreningar innehåller syre som är e* mycket effek8vt oxida8onsmedel. Nitroföreningar är instabila och kan lä* sönderfalla och ger då upphov 8ll fri syrgas. Syrgasen kan sedan oxidera bränslet (framförallt kolatomerna i nitroföreningen) vilket leder 8ll a* det bildas en stor mängd gasmolekyler sam8digt som mycket värme frisä*s. De*a leder 8llsammans 8ll e* högt gastryck.

10 Exempel på nitroförening: TNT Fakta: TNT är e* av de vanligaste sprängämnena inom industrin och inom militären, delvis beroende på a* det är rela8vt stabilt (jämfört med många andra sprängämnen) och reagerar inte med va*en på något sä* (kan därför användas i fuk8ga förhållanden). TNT började användas i stor skala i bomber under 2:a världskriget. Namnet: Förkortningen TNT står för trinitrotoluen men namnet trotyl används oja. Det rik8ga namnet är dock 2,4,6-trinitrotoluen (alterna8vt; 2-metyl-1,3,5-trinitrobensen). Kemisk beteckning: C 6 H 2 (NO 2 ) 3 CH 3.

11 TNT tillverkas genom nitrering av toluen Vi kan 'llverka TNT genom a* 8llsä*a salpetersyra (HNO 3 ) 8ll toluen. Det som då sker kallas för nitrering ejersom det kopplas på nitrogrupper på toluenmolekylen. + 3HNO 3

12 Sönderfall av TNT Bränslet (reduk'onsmedlet): Det är kolatomerna i TNT-molekylen som utgör bränslet. Reduk'onsmedlet: Det är framförallt syreatomerna i nitrogruppen som fungerar som reduk8onsmedel (även kväveatomerna kommer reduceras i reak8onen). 2C 7 H 5 N 3 O 6 3N 2 + 5H 2 O + 7CO + 7C + Värme Vad händer i reak'onen?: Det första som sker i reak8onen är a* syreatomerna i nitrogrupperna lossnar och ger upphov 8ll syrgas (O 2 ). Syrgasen kommer sedan reagera med och oxidera kol- och väteatomerna i TNT-molekylen och ge upphov 8ll va*en och kolmonoxid (båda i gasfas). Sam8digt kommer kväveatomerna förenas och bilda kvävgas. EJersom det är mer kol och väte jämfört med syre så kommer det även bildas rent kol vilket leder 8ll a* svart rök bildas när vi spränger TNT.

13 Film: 1 kg TNT

14 Film: 100 ton TNT

15 Exempel på nitroförening: Nitroglycerin Nitroglycerin som sprängämne och medicin: Nitroglycerin är e* explosivt ämne som i ren form är mycket instabilt och därför svårt a* hantera på e* säkert sä*. Det kan explodera av slag, stötar, upphe*ning, sta8sk elektricitet eller frik8on. Nitroglycerin fungerar även som kärlkrampsmedicin, men då i krajigt utspädd form (andra ämnen är 8llsa*a som gör det stabilare). Nitroglycerin ger i kroppen upphov 8ll kvävemonoxid (NO) som kan vidga blodkärlen. Nobel uppfann dynamiten: År 1866 upptäckte dock Alfred Nobel a* nitroglycerinet blev mycket stabilare om det blandades med kiselgur (en jordart bestående av främst kiseldioxid). Nobel hade därmed uppfunnit dynamiten! Nitroglycerin hanteras nuför8den oja löst i aceton, etanol eller kiselgur för a* minska explosionsrisken. När lösningsmedlet har brunnit upp exploderar själva nitroglycerinet. Namn: 1,2,3-trinitroxipropan. Kemisk beteckning: C 3 H 5 (NO 3 ) 3

16 Nitroglycerin tillverkas genom nitrering av glycerol Vi kan 'llverka nitroglycerin genom a* 8llsä*a salpetersyra (HNO 3 ) 8ll glycerol. Det som då sker kallas för nitrering ejersom det kopplas på nitrogrupper på glycerolmolekylen. Glycerol är en ofarlig molekyl som finns i stora mängder i våra kroppar (ingår i fe*molekyler) men som alltså får explosiva egenskaper vid nitrering. + 3HNO 3

17 Nitroglycerin Bränslet (reduk'onsmedlet): Det är framförallt kolatomerna i nitroglycerinmolekylen som utgör bränslet. Reduk'onsmedlet: Det är framförallt syreatomerna i nitrogrupperna som fungerar som reduk8onsmedel (även kväveatomerna kommer reduceras i reak8onen). CO 2 + H 2 O + N 2 + Värme Vad händer i reak'onen?: Det första som sker i reak8onen är a* syreatomerna i nitrogrupperna lossnar och ger upphov 8ll syrgas (O 2 ). Syrgasen kommer sedan reagera med och oxidera kol- och väteatomerna i nitroglycerinmolekylen och ge upphov 8ll koldioxid och va*en (alla i gasfas). Sam8digt kommer kväveatomerna förenas och bilda kvävgas. Det är väldigt mycket syre i nitroglycerin vilket innebär en fullständig förbränning (vi får inget rent kol). I reak8onen frisä*s en stor mängd värme.

18 Film: Nitroglycerin

19 Exempel på nitroförening: ANFO Beteckningen ANFO står för Ammonium Nitrate Fuel Oil. Ammoniumnitrat blandat med dieselolja kallas för ANFO och det är e* billigt, stabilt och mycket välanvänt sprängämne (ca 95 % ammoniumnitrat och 5 % olja). Det räcker inte med en tändha* för a* få ämnet a* explodera utan det krävs en s.k. sprängkapsel. Det skapas då en mekanisk tryckvåg som i sin tur får ämnet a* explodera. ANFO har en detona8onshas8ghet pa ungefär m/s. Andra användningsområden: Ammoniumnitrat används också som konstgödsel och i kylpåsar. Bildkälla: Av Halen - Halen, CC BY-SA 2.5, h*ps:// commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=519403

20 ANFO Bränslet (reduk'onsmedlet): Det är framförallt kolatomerna i dieselbrännoljan som utgör bränslet. Reduk'onsmedlet: Det är framförallt syreatomerna i ammoniumnitratet som fungerar som reduk8onsmedel (även kväveatomerna kommer reduceras i reak8onen). Dieselbrännolja + Ammoniumnitrat CO 2 + H 2 O + N 2 + Värme Vad händer i reak'onen?: Det första som sker i reak8onen är a* syreatomerna i ammoniumnitratet lossnar och ger upphov 8ll syrgas (O 2 ). Syrgasen kommer sedan reagera med och oxidera kol- och väteatomerna i dieselbrännoljan och ge upphov 8ll koldioxid och va*en (alla i gasfas). Sam8digt kommer kväveatomerna förenas och bilda kvävgas. I reak8onen frisä*s en stor mängd värme.

21 Film: 16 kg ANFO

22 Film: Ta bort stubbar med ANFO

23 Bombrecept 1. Bränsle/reduk'onsmedel: Innehåller energin. 2. Oxida'onsmedel: Får ut energin ur bränslet. 3. Antändningsanordning: Bidrar med ak8veringsenergin och sä*er därmed igång reak8onen mellan bränslet och oxida8onsmedlet). 4. Behållare: I behållaren finns alla komponenter och den möjliggör även uppbyggnaden av e* högt gastryck innan explosionen sker.

24 Se gärna fler filmer av Niklas Dahrén: hxp:// hxp://