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Explosivos - Noções Básicas



por Walter Dornberger

Explosivos são substâncias ou compostos que, por ação de uma causa externa (calor, choque, descarga elétrica, etc.) são capazes de gerar explosão, uma reação química caracterizada pela liberação, em breve espaço de tempo e de forma violenta, de calor, gás e energia mecânica. São usados como carga em bombas, granadas e minas; como propelentes para projéteis de armas leves e artilharia; e em engenharia, terraplanagem, mineração e demolição (militar ou comercial) de construções e outras estruturas.

Explosivos 

São classificados em 'baixo' e 'alto' poder explosivo.
  • Baixo-explosivos agem por 'deflagração', através de combustão, da queima do material, com a explosão se propagando a alta velocidade subsônica, da ordem de centímetros ou metros por segundo, exemplo: pólvora negra e todos os propelentes.

  • Alto-explosivos agem por 'detonação', através da quebra da estrutura molecular do material, com a explosão se propagando a velocidade supersônica, da ordem de 1.000 a 10.000 metros por segundo, exemplo: nitroglicerina e todos os explosivos modernos.

As propriedades características de um explosivo são: sensibilidade, estabilidade e potência.
  • Sensibilidade é a aptidão do explosivo de reagir a uma causa externa mais ou menos intensa; depende de sua natureza química e varia com o estado físico, conservação, estrutura, etc.
  • Estabilidade é a capacidade do explosivo de manter inalterada sua composição química no tempo, sob condições normais de conservação. As principais causas de instabilidade são a constituição do explosivo e os agentes externos: temperatura, umidade, exposição à luz, etc.
  • Potência é dada pelo conjunto de efeitos mecânicos que um explosivo é capaz de produzir; depende de vários fatores: volume de gases gerados, quantidade de calorias desenvolvidas, pressão máxima obtida e velocidade de propagação.

Além da potência total de energia liberada pela explosão, um explosivo pode ser caracterizado pelo efeito de sopro e choque da explosão, chamado de 'brisagem'.



A maioria dos alto-explosivos modernos é 'estável' e 'insensível', isto é, resistente à detonação acidental, necessitando de um detonador ou espoleta específicos para explodir. Certos explosivos necessitam de uma carga explosiva secundária, de maior sensibilidade e ativada pelo detonador, para funcionar.

Propelentes também necessitam de uma espoleta adequada e às vezes de uma 'carga de ignição' secundária para operarem.

Incendiários

São materiais utilizados para iniciar e propagar fogo em larga escala. O material mais conhecido é o 'napalm', gasolina gelatinizada.

Embora o termo 'pirotécnicos' possa ser aplicado a explosivos e incendiários, ele normalmente é utilizado para rotular uma miscelânea de materiais usados para gerar chama, luz, calor, ruído, fumaça ou gás. Dispositivos pirotécnicos incluem fósforos de cozinha, sinalizadores, granadas de fumaça, infladores de airbags, foguetes de iluminação, pastilhas combustíveis para fogareiros de camping, acionadores de assentos ejetores em aviões militares e separadores de estágio usados em foguetes espaciais.


PRINCÍPIOS BÁSICOS

Muitos pirotécnicos e baixo-explosivos operam pelo processo de combustão, no qual um combustível combinado com oxigênio libera calor, luz, fumaça ou gás. Nestes materiais, o componente combustível é misturado com um componente oxidante, que libera oxigênio quando aquecido: a taxa de combustão é limitada se o processo depende apenas do oxigênio atmosférico. Por exemplo, o combustível na pólvora negra é fornecido pelo carvão e pelo enxofre, com o oxidante sendo o salitre (nitrato de potássio, KNO3).

O acondicionamento da mistura pirotécnica afeta seu comportamento. Confinamento acelera a combustão, concentrando o calor e gás quente. De fato, pólvora negra irá queimar ao invés de explodir se não for embalada propriamente. A taxa de combustão também é acelerada pela homogeneidade da mistura: pólvora fina irá queimar mais rápido que pólvora de grãos maiores.

Explosivos líquidos são perigosos porque são extremamente homogêneos: a mistura ocorre a nível molecular, e são muito sensíveis a choque físico. Explosivos líquidos tendem a precipitar e separar seus componentes quando armazenados, mudando suas propriedades químicas, e geralmente não para melhor. Adicionar materiais abrasivos a um explosivo aumenta sua sensibilidade, adicionar lubrificante como ceras torna o explosivo mais estável.

Materiais que reduzem a sensibilidade dos explosivos são chamados de 'estabilizadores' ou 'moderadores'. A maioria dos explosivos opera pelo rompimento químico de suas estruturas moleculares, e não por combustão. Nitroglicerina, por exemplo, tem a fórmula molecular C3N3H5O9. Qualquer perturbação suficiente, como um choque físico, causa sua decomposição em dióxido de carbono (CO2), água (H2O), nitrogênio (N2), e um pequeno excesso de oxigênio (O2). O processo ainda envolve reações de oxidação, mas o oxigênio é parte da molécula. Durante a quebra da nitroglicerina, os laços atômicos oxigênio-nitrogênio são substituídos por laços mais estáveis carbono-oxigênio, hidrogênio-oxigênio e nitrogênio-nitrogênio, com esse  processo acompanhado de violenta liberação de energia.

Explosivos, incendiários e pirotécnicos podem ser iniciados por chama, fricção, impacto, choque elétrico, altas temperaturas, e mesmo um feixe de laser.

Certos metais têm propriedades pirotécnicas: magnésio, alumínio, zircônio, e urânio, inflamam-se a altas temperaturas e queimam liberando muita energia. Alumínio em pó é muito usado como aditivo em explosivos e magnésio é usado em sinalizadores luminosos. Incidentalmente, alumínio sólido não queima bem: a combustão gera uma camada de óxido superficial que barra a queima.

BAIXO-EXPLOSIVOS: PÓLVORA NEGRA

O primeiro explosivo digno desse nome foi a pólvora negra, desenvolvida pelos chineses por volta do ano 1000 dC, e usada por eles em fogos de artifício e também em armas: lançadores de flechas, projéteis incendiários, bombas, minas, e canhões primitivos. A pólvora negra chegou ao Ocidente na Idade Média, possivelmente transmitida pelos árabes, sendo mencionada pelo monge inglês Roger Bacon em 1267: as primeiras fórmulas europeias seguiam fielmente as receitas chinesas, aperfeiçoadas por anos de experimentação, mas utilizando alguns ingredientes que não tem na verdade nenhuma utilidade. No século 14, novas armas usando a pólvora negra como explosivo ou propelente começaram a surgir: 'petardos' ou minas, para derrubar muralhas; bombas de arremesso manual; mosquetes disparando balas de chumbo; 'bombardas' disparando pedras. A pólvora negra evoluiria para dominar os campos de batalha, permanecendo como único explosivo e propelente até o século 19.



As primitivas fórmulas chinesas consistiam em pesos iguais de carvão, enxofre e salitre. A pólvora negra exige o uso de carvão vegetal. Carvão mineral não funciona, pois a estrutura celulósica da madeira, mantida no carvão vegetal, afeta o funcionamento da pólvora. Salitre é um material cristalino, branco brilhante, que pode ser encontrado nas paredes de cavernas de morcegos ou em pilhas de esterco envelhecido, produzido por bactérias que se alimentam de dejetos orgânicos. Quimicamente é constituído de nitrato de potássio (KNO3) e nitrato de cálcio (CaNO3).

Até meados do século XV, a pólvora usada era uma mistura simples dos ingredientes, farinhosa e negra, denominada de 'pólvora serpentina', por ser sibilante, ou seja, fazer mais ruído que efeito. Tinha uma dosagem de base chamada 'quadra-ás-ás', quatro partes de salitre por uma de carvão e uma de enxofre. Como explosivo deixava a desejar: era fraca, insegura, absorvia umidade, difícil de usar, perigosa de fabricar e difícil de transportar. Para garantir um mínimo de funcionamento seguro, seus componentes tinham de ser de boa qualidade, finamente moídos e misturados nas quantidades adequadas.

Carvão e enxofre são materiais abundantes, já o salitre era difícil de obter na Europa. No sul da China, de clima quente, alternadamente úmido e seco, o salitre se forma espontaneamente nas pilhas de esterco das fazendas. No norte da Europa, sempre frio e úmido, produzir salitre era difícil e desagradável. Esterco era armazenado em locais cobertos, periodicamente 'regado' com urina, e revirado constantemente. Depois de um ano ou mais desse processo, refinava-se o esterco para extrair o salitre: não era uma profissão muito atraente. Mas os artífices da pólvora e mestres-artilheiros medievais, meio alquimistas, eram tidos em grande consideração e existiram em quase todas as cidades do período. Alguns nomes chegaram até nós: os italianos Nicola Tartaglia, de Bréscia; Alessandro Capo Bianco, de Vincenza; e Pietro Sardi, de Veneza; os alemães Martin Mercz e Joseph Furttenbach. As investigações desses homens oscilavam entre a experimentação e a feitiçaria. Por exemplo, a busca do tipo de urina mais adequado à confecção de pólvora: seria melhor a urina de uma virgem, de um padre bebedor de cerveja ou de um bispo bebedor de vinho? A urina dos bebedores de vinho, bispos ou não, provou-se a melhor: sua acidez favorecia o crescimento das bactérias geradoras do salitre, o que foi constatado na prática muito antes que a ciência soubesse o porquê.

Os solavancos do transporte nos lentos comboios de carroças pelos ásperos caminhos da época provocavam a separação dos componentes da pólvora nos barris, fazendo com que o salitre e enxofre (densidade 1,6-2,1 gramas por centímetro cúbico) afundassem nos contentores, ficando na superfície o leve pó de carvão (densidade 0,2-0,4 gramas por centímetro cúbico). Para lidar com esse inconveniente, os ingredientes eram transportados em separado e misturados na hora do combate, ou seja, às presas sob fogo inimigo, com brasas e faíscas em redor. Os três ingredientes eram moídos juntos num pilão, um processo perigoso, que gerava poeira fina altamente inflamável. Nos dias de chuva, para alívio de inimigos (e amigos), sua utilização era impossível. Os atiradores tinham de ser muito cuidadosos na maneira de carregar a pólvora em suas armas. Se ela fosse muito compactada dentro do cano iria queimar na superfície, como num foguete, sem explodir. Para explodir, era necessário deixar espaço entre os grãos: não por causa do ar, já que o salitre fornece o oxigênio, mas para garantir a propagação da chama pela carga.

O mais relevante avanço na produção de pólvora negra ocorreu na Alemanha, por volta de 1410, sendo mencionado no 'Feuerbuch', Livro do Fogo, de Konrad Von Schongau, em 1429. O processo, usado ainda hoje, consistia na mistura dos componentes num líquido, na época vinho diluído com água ou (de novo) urina, durante a moagem para reduzir o risco de explosão. A pólvora umedecida podia ser comprimida em blocos ou 'bolos' que, depois de secos, podiam ser moídos. Essa pólvora 'granulada' podia ser carregada com muito menos cuidados, já que os grãos deixavam o espaço necessário para a propagação da chama. Nessa nova forma, era bastante estável, pois seus componentes já não se separavam, permitindo um rendimento balístico consistente. Podia ser transportada com maior segurança, era menos sensível à umidade, menos suja e mais potente, permitindo a fabricação das primeiras armas portáteis verdadeiramente eficientes.

A pólvora podia ser peneirada e separada em diferentes granulações de grossura homogênea.

Eventualmente se chegou à fórmula clássica da pólvora negra, ainda em uso: uma mistura de carvão, enxofre e salitre nas proporções 15:10:75 por peso, estabelecida numa série de testes efetuados em Bruxelas em 1568. Com efeito, depois das pólvoras militares com dosificação regulamentar e granulação média, apareceram outras, como as pólvoras finas para caça, com mais salitre e menos carvão; as pólvoras progressivas para artilharia, com grãos do tamanho de nozes; e as econômicas pólvoras de minas, com menos salitre, mais carvão e mais enxofre.

Engenheiros e mineradores foram lentos em adotar a pólvora negra. A menção mais antiga a seu uso civil data da metade do século 16 e não se disseminou durante um século. Essa lentidão deveu-se ao custo de fabricação, especialmente do refino do salitre, e à curva de aprendizagem demorada no uso de explosivos. Mineradores em especial foram compreensivelmente cautelosos em adotar explosivos em seus túneis subterrâneos, mas nos séculos 18 e 19 a pólvora negra se estabeleceria como ferramenta padrão na mineração e engenharia.

A indústria Bofors, estabelecida na Suécia em 1646 e ainda em operação, foi pioneira na fabricação comercial de pólvora negra. Os elementos de um moinho de pólvora eram separados entre si em construções de paredes triplas espessas com uma quarta parede e um teto fino para desviar uma eventual explosão dos outros prédios. A pólvora era moída sob pesadas rodas de pedra, nós, e umedecida com água destilada para evitar explosões. O produto final era prensado em blocos, duros como pedra, que eram partidos em grãos. Passando por uma série de peneiras, os grãos eram separados por tamanho, e então polidos por atrito em tambores giratórios, ganhando um acabamento de grafite, que os impedia de aglomerar quando estocados. A produção de carvão vegetal foi aperfeiçoada e a indústria química desenvolveu métodos científicos de produção de salitre. De início, não havia como separar o nitrato de potássio do nitrato de cálcio. Ambos funcionam igualmente como oxidantes, mas o nitrato de cálcio é altamente 'higroscópico', ou seja, absorve muito mais a água da atmosfera: a pólvora negra feita com ele se inutiliza pela umidade muito mais facilmente. Por tentativa e erro, acabou-se descobrindo meios de separar os dois tipos de salitre.

Um tipo especial de pólvora industrial foi inventado usando nitrato de cálcio, muito mais barato que o nitrato de potássio, com os grãos intensamente polidos para prevenir a absorção de água. Até o início do século 19, sua produção tinha se tornado um eficiente processo industrial.

A pólvora negra é um excelente explosivo em muitos aspectos. Suas matérias-primas são abundantes, não-tóxicas e ambientalmente seguras. Ela é estável, resistente ao choque e pode ser armazenada indefinidamente se mantida seca.



Ela pode ser facilmente acionada por uma faísca ou chama, o que nem sempre é uma vantagem. A pólvora negra também tem sérias limitações: ela tem de ser mantida seca e protegida da umidade do ar, o que pode ser difícil á bordo de navios ou em tempo chuvoso. Sua potência explosiva é limitada. Grande quantidade dela tem de ser usada para conseguir qualquer efeito sério, e sua baixa brisagem deixa muito a desejar para o uso em mineração e terraplanagem.  Suas propriedades explosivas são por vezes imprevisíveis: às vezes ela se incendeia rapidamente, por vezes não, aumentando os riscos de sua utilização. Sua queima é 'suja', 'entupindo' as armas com resíduos após uns poucos tiros. Os campos de batalha nos dias da pólvora negra eram cobertos por nuvens de fumaça e fuligem. Embora as primeiras armas de repetição datem dessa época, a sujeira rapidamente acumulada nos canos e mecanismos limitava severamente sua eficiência. Os resíduos de combustão também aderiam aos projéteis, contaminando as feridas e elevando muito a já alta taxa de infecções entre os feridos das batalhas da época. Ferimentos à bala nos membros eram tratados com amputação sumária: tiros no ventre, peito ou cabeça eram quase sempre fatais.

Melhores explosivos começaram a aparecer por volta da metade do século 19. A pólvora negra acabaria restrita, pelo seu baixo custo, ao uso em fogos de artifício.

ALTO-EXPLOSIVOS COMERCIAIS: NITROGLICERINA, DINAMITE E ANFO

Em 1846, um químico italiano chamado Ascanio Sobrero adicionou glicerina a uma mistura de ácidos nítrico e sulfúrico, resultando numa explosão que quase o matou. Ele batizou o líquido amarelo e oleoso de nitroglicerina, o primeiro alto-explosivo, e abandonou suas pesquisas.

Um industrial sueco chamado Immanuel Nobel iniciou a produção de nitroglicerina para mineração em 1863. O processo envolvia a mistura de glicerina com ácidos em várias etapas, usando gelo e água como refrigeração. Nitroglicerina não pode ser detonada por uma simples mecha: um fósforo lançado em um frasco de nitroglicerina irá se apagar; mas é muito sensível ao choque, exatamente o oposto da pólvora negra. Em 1865, o filho de Immanuel, Alfred Nobel, desenvolveu o primeiro detonador, uma cápsula explosiva contendo uma pequena carga de fulminato de mercúrio (a ser visto adiante) com um pavio. O detonador Nobel foi um significativo passo adiante no desenvolvimento dos explosivos modernos.

Nitroglicerina é um explosivo líquido perigosamente sensível. De fato, ele é tão inseguro que é difícil entender o porquê dele ter entrado em uso. Um dos irmãos Nobel, Emile, morreu num acidente com ela. Muitas vezes ela era transportada como carga normal, sem avisos de alerta para indicar cautela no manuseio, e acidentes graves aconteceram, levando à proibição da nitroglicerina em muitos países. No fim da década de 1860, descobriu-se que a nitroglicerina não detonava quando congelada, e ela começou a ser despachada para transporte nesse estado. Mas isso era apenas uma solução provisória.

Alfred Nobel descobriu que a nitroglicerina era muito menos sensível quando absorvida por 'farinha fóssil' proveniente das jazidas alemãs de Kieselguhr. A farinha fóssil, também chamada 'terra diatomácea' ou 'diatomita', é um mineral formado por esqueletos de algas diatomáceas, microorganismos marinhos; é uma rocha siliciosa, porosa, leve e absorvente. Este material podia ser embalado em tubos de cartolina, sendo fácil de transportar, manusear e detonar. Mais seguro do que a nitroglicerina, e até mesmo do que a pólvora negra, Nobel a batizou 'dinamite' e ela se tornaria o explosivo industrial padrão.

Dinamite oferecia muito do poder da nitroglicerina com grande segurança. Mas não era perfeita. A dinamite em armazenagem tende a 'transpirar' nitroglicerina, formando bolhas na superfície dos bastões. Em baixas temperaturas cristais de nitroglicerina, bastante sensíveis, se formam dentro dos bastões. Outro problema é que a nitroglicerina causa dilatação dos vasos sanguíneos, e pode ser absorvida pela pele: pessoas que manuseiam dinamite são sujeitas a fortes dores de cabeça. Por essa propriedade a nitroglicerina é usada em pequenas doses como remédio para cardíacos.



A tendência da dinamite a se tornar sensível em armazenamento torna sua estocagem perigosa, e os militares nunca aderiram ao seu uso. Em 1875, Nobel misturou nitroglicerina e nitrocelulose produzindo 'gelatina explosiva' ou 'gelinite', mais estável e capaz de detonar sob a água. A gelinite é classificada como dinamite de base ativa, onde a nitroglicerina é absorvida por uma substância que reforça suas propriedades explosivas, ao contrário da dinamite de base inerte, baseada em diatomita ou outro material que não participe da reação explosiva. Outra forma de dinamite de base ativa usa o 'nitrato de amônia'.

Apesar de suas limitações, a dinamite permaneceu o explosivo comercial predominante até a década de 1950, quando o nitrato de amônia começou a predominar. Nitrato de amônia (AN, com fórmula química NH4NO3) é útil como explosivo quando misturado com outros combustíveis ou explosivos, tendo sido usado por Alfred Nobel como aditivo da dinamite a partir de 1867. Uma mistura de nitrato de amônia e óleo diesel, conhecida como ANFO (ammonium nitrate fuel oil) é hoje comumente usado como explosivo industrial, e também é a base da maioria das receitas 'caseiras' de explosivos. O óleo no ANFO fornece energia, e o nitrato de amônia  provê oxigênio para a combustão do óleo. A ruptura da molécula do nitrato de amônia também produz energia, dando ao ANFO potência adicional. Ele é muito mais barato e menos sensível que dinamite.

A princípio, ANFO pode ser feito em casa misturando diesel e fertilizante AN até obter a consistência de pasta de dente. Na prática, não é tão fácil. Fertilizante comercial não tem a pureza necessária e nitrato de amônia de alta pureza é um material estritamente controlado: uma mistura diesel-fertilizante irá queimar sem explodir. Sulfato de potássio (K2SO4) pode ser usado como aditivo, mas as proporções da mistura são críticas: pouco não explode, em excesso torna-se imprevisível. Sintetizar ANFO é uma brincadeira perigosa. Em 1947 três navios carregados de nitrato de amônia explodiram em portos franceses e americanos, causando cerca de mil mortes e gerando mudanças nas normas de segurança e transporte do produto.

Nitrato de amônia é usado como base no explosivo gelatinoso chamado GSX (gelled slurry explosives), usado em mineração. Uma formulação típica é AN mais alumínio em pó, misturado com óleo leve e com poliestireno como espessante. Isso forma uma mistura gelatinosa que pode ser bombeada em buracos perfurados em rocha dura, possuindo alta brisagem.

Minas de carvão, um ambiente cheio de poeira altamente inflamável, são vetadas ao uso de qualquer tipo de explosivos. Como substituto, usa-se uma 'carga detonante' consistindo de um cilindro cheio de dióxido de carbono líquido e contendo um elemento aquecedor. O CO2 expande rapidamente quando o elemento aquecedor é ativado, gerando uma explosão sem chamas.

ALTO-EXPLOSIVOS MILITARES

Nitroglicerina, dinamite e ANFO não são convenientes para uso em combate, embora todos eles tenham tido algum uso militar. Explosivos específicos de uso militar foram desenvolvidos e adotados e, embora tenham algum uso civíl, são relativamente caros para aplicação comercial. O explosivo militar ideal combina potência, facilidade de manejo, capacidade  de estocagem prolongada em qualquer clima, e dificuldade em detonar exceto em condições precisamente específicas. Ele também tem de ser carregado em granadas, bombas e similares; ser fundível ou plástico, para permitir o carregamento; e insensível o bastante para ser armazenado carregado em munições. Os explosivos militares atuais são o produto de mais de um século de evolução.

O primeiro alto-explosivo militar a ser posto em serviço foi "trinitrofenol" ou "ácido pícrico", uma substância cristalina amarela, nitroderivado da série aromática, de fórmula C6H3O7N3. O ácido pícrico foi descoberto em 1788 pelo químico alemão Haussman e usado como corante e medicamento: suas propriedades explosivas foram demonstradas em 1871. Foi adotado na França em 1885 sob o nome de 'melinite'. Os ingleses o adotaram sob o nome de 'lidite'. Possui elevada potência e velocidade de detonação superior a 8.000 metros por segundo. No entanto, seu alto ponto de fusão dificulta o preenchimento de munições; reage com metais formando compostos tóxicos; é corrosivo; e também se torna sensível com o tempo.

Os alemães desenvolveram a 'nitroguanidina', fórmula CH4N4O2, usada durante as duas Grandes Guerras em granadas e munições, normalmente misturada com outros explosivos.



Outro alto-explosivo militar, "trinitrofenilmetilnitramina" ou"tetril" foi introduzido na mesma época. Potente, mas não muito estável, era mais usado em detonadores e como aditivo. Todos esses três explosivos são agora obsoletos.

O primeiro explosivo militar moderno foi o "trinitrotolueno", também chamado de TNT ou tritol. Com a fórmula C7H5N3O6, é obtido pela nitrificação do tolueno, um óleo leve destilado à partir do alcatrão de carvão mineral. O TNT foi descoberto em 1863 e adotado pelo exército alemão em 1902, tendo sido amplamente usado pela maioria dos combatentes na Primeira Grande Guerra. É um explosivo de boa potência, com velocidade de detonação na faixa de 7.500 metros por segundo. Apresenta ótima estabilidade e baixa sensibilidade, e pode ser derretido a baixas temperaturas permitindo o preenchimento de bombas e granadas. Sua explosão libera gases tóxicos.

Os ingleses usaram o TNT durante a Primeira Grande Guerra, mas logo depois adotaram um composto mais potente chamado "Research Department Explosive (RDX)". RDX, mais precisamente "ciclotrimetilenetrinitramina" e também chamado de "ciclonite", T4 ou "hexógeno", foi originalmente formulado em 1899. Tem a fórmula C3H6N6O6. Apresenta a insensibilidade do TNT com maior potência explosiva, e utilização segura em todas as condições climáticas. Misturado com parafina, vaselina, cera, etc., permite a produção de uma série de explosivos plásticos.

TNT e RDX são ainda importantes explosivos militares. Outro explosivo militar é o 'picrato de amônia' ou 'Explosivo D', que tem potência menor que o TNT mas é o explosivo militar menos sensível. É usado em granadas de alta velocidade, antiaéreas ou perfurantes de blindagem, por sua resistência a choque e aceleração.

'Tetranitrato pentaeritritol', 'pentrite' ou 'PETN', consegue-se tratando pentaeritrite com ácido nítrico e sulfúrico; a pentaeritrite é um álcool sintético composto por acetaldeídeos e formaldeídeos. Com a fórmula C5H8N4O12, PETN é um explosivo medianamente sensível, que pode ser moderado com a adição de parafina. É mais potente que o TNT e a sua explosão gera temperaturas da ordem de 4.000 graus Celsius. Durante o embargo da Liga das Nações à Itália em 1935, em represália à invasão da Abissínia, os italianos produziram uma variedade de PETN sob o nome de 'antisancionite', para driblar a falta de carvão mineral, de cuja destilação se obtém o tolueno necessário à produção do TNT. Uma aplicação particular do PETN é em 'cordões detonantes (detcord)', um tipo de cordão explosivo usado como detonador e para demolição em pequena escala. Detcord é usado, por exemplo, para derrubar árvores rapidamente e abrir zonas de pouso para helicópteros. Também é usado para romper o canopi de aviões antes do disparo dos assentos ejetores.

'HMX' ou 'Octógeno' tem cerca de 75% a mais de potência que o TNT. Foi desenvolvido durante a Segunda Guerra, entrando em serviço após o fim do conflito. Na prática, muitos explosivos militares são misturas desses explosivos e outros materiais. Por exemplo, embora ANFO não seja no geral próprio para usos militares, por ser problemático de armazenar e sensível à umidade, a mistura de AN e TNT chamada de 'amatol'  foi usada em ambas as Guerras Mundiais como meio de esticar os estoques de explosivos. A proporção de AN na mistura varia de 50% a 80%.

Uma mistura de ANFO, TNT, e alumínio em pó, chamada "Minol" é usada ainda hoje. RDX e TNT são misturados com cera para produzir o "Composto B", também chamado "ciclotol". RDX, TNT, e alumínio em pó são combinados nos "High Brissance Explosives (HBX)" como o "HBX-1", "HBX-3", e "HBX-6", formulações mais potentes que o TNT. HBX-3 tem uma alta proporção de alumínio em pó como aditivo para aumentar a onda de choque, sendo usado em munições subaquáticas como cargas de profundidade. HBX-3 é também chamado de  "Torpex", de 'torpedo explosive'.

Outras misturas explosivas incluem  "Pentolite" ou "Pentrolit", que é metade PETN e metade TNT; "Picritol", que é uma mistura meio-a-meio de ácido pícrico e TNT; "Tetritol", 70% tetril e 30% TNT; e "Octol", 75% HMX e 25% TNT. RDX é a base de muitos 'explosivos plásticos', incluindo o 'Composto A', o 'Composto C', e o 'Sempex' tcheco.

O Composto A é produzido em muitas formulações diferentes, de "A-1" até "A-5", e o Composto C também tem variações de "C-1" a "C-4". C-4 é o favorito do Exército norte-americano para demolição e como carga de granadas e minas terrestres.

No início dos anos 1950 a noção de explosivos plásticos foi extendida com a introdução dos PBX, "polymer bonded explosives", em que cristais de material explosivo são adicionados a uma matriz de polímeros. Uma variedade de tipos de PBX foi fabricada, usando explosivos como HMX, PETN, e RDX ligados a polímeros como nylon, poliuretano, e teflon. As pesquisas mais recentes focam o desenvolvimento de polímeros que tenham em sí propriedades explosivas, como "polyAMMO" e "polyBAMO".

Um explosivo recente interessante é o "octaninitrocubano". Este material experimental é derivado do "cubano", um hidrocarboneto composto ao redor de um arranjo cúbico de átomos de carbono, sintetizado nos anos 1960. O núcleo cúbico da molécula de cubano dá a esse hidrocarboneto o dobro da densidade energética da gasolina. No início da década de 1980, o Exército norte-americano percebeu que um explosivo derivado do cubano combinaria alta energia em volume compacto e alta velocidade de detonação. Octaninitrocubano consiste de um núcleo cúbico de oito átomos de carbono, com um grupo N2O ligado em cada quina do cubo. As pesquisas indicam que o octaninitrocubano pode fornecer o dobro da potência do TNT, com grande estabilidade, tendo como sub-produtos da explosão compostos não-tóxicos de carbono e nitrogênio. 

DETONADORES E FULMINANTES

Detonadores eram feitos tradicionalmente de 'fulminato de mercúrio', fórmula Hg(CNO)2, um sal do 'ácido fulmínico', um explosivo líquido instável e perigoso de fórmula HCNO. Existem uma série de fulminatos metálicos, como o fulminato de prata, muito potentes, porém instáveis demais para utilização segura.



Fulminato de mercúrio foi primeiramente sintetizado no século 17, sob a forma de finas agulhas cristalinas, mas seu manuseio difícil impediu sua disseminação até o início do século 19. Ele é altamente instável, sensível à umidade, venenoso e mercúrio é um material caro, além de ser um metal pesado tóxico. Ele nunca foi adaptável ao uso geral como explosivo e achou seu lugar como material de detonadores, particularmente em armas de fogo de percussão. Devido a suas desvantagens, ele é agora obsoleto. Em tempos modernos, 'azido de chumbo', fórmula Pb(N3)2, é o material preferido para detonadores, sendo mais estável e menos sensível à umidade, embora menos potente. Ele é um sal do 'ácido hidrazóico', HN3. Existem outros azidos estáveis, com o azido de sódio, NaN3, em uso generalizado como inflador de airbags automotivos.

NITROCELULOSE E PROPELENTES

Todos os propelentes são chamados genericamente de 'pólvora', embora as formulações atuais nada tenham a ver com a pólvora negra. As pólvoras modernas são chamadas pólvoras 'sem fumaça', embora não sejam totalmente sem fumaça: apenas queimam muito mais limpo que a pólvora negra, deixando poucos resíduos sólidos. 

Todas essas pólvoras 'sem fumaça' são baseadas na nitrocelulose. Celulose é um polímero natural de cadeia longa, presente em fibras vegetais. Tratado com ácido nítrico, os grupos hidroxila (OH) na cadeia são substituídos por nitratos (NO3). Quanto maior a percentagem de substituição hidroxila-nitrato mais potente e sensível o resultado final. As nitroceluloses de nível inferior (até 10% de nitrificação), chamadas de piróxilas, são a base industrial da produção de celulóide, fibras e vernizes sintéticos. Embora altamente inflamáveis, não são explosivas. Nitrocelulose de nível médio é chamada de colódio ou binitrocelulose, sendo usada como base para a nitroglicerina na fabricação de dinamite de base ativa e pólvoras. Acima de 13% de nitrificação, a chamada trinitrocelulose é também denominada 'fumialgodão' ou 'algodão-pólvora', e é um explosivo de altíssima velocidade de combustão, normalmente usado combinado com moderadores como a cânfora. 

Propelentes modernos são classificados como de 'base simples', 'base dupla', e 'base múltipla' ou 'composta'. Pólvoras de base simples, como a cordite, são feitas quase exclusivamente de nitrocelulose. Queimam a temperatura moderada com poucos resíduos. Pólvoras de base dupla são misturas de nitroglicerina e nitrocelulose, como a balistite, e queimam a temperatura elevada sem deixar resíduos sólidos.



Pólvoras compostas são formulações modernas que não contém nitroglicerina nem nitrocelulose: elas queimam a temperatura moderada e com grande potência.

A pólvora negra era o único propelente disponível até o meio do século 19, quando vários químicos começaram a investigar o tratamento de papel, polpa de madeira, e particularmente algodão com ácido nítrico, HNO3. Essas experiências resultaram em algodão-pólvora, que prometia ser um propelente ideal, de queima rápida e produzindo grande volume de gás. No entanto, as primitivas fórmulas de algodão-pólvora eram inseguras de produzir e manusear. Também  queimavam rápido demais, podendo causar a explosão das armas de fogo. Em 1865, o químico inglês Sir Frederick Abel, trabalhando no  problema da fabricação de algodão-pólvora para o governo britânico, desenvolveu o processo de maceração, fervura e lavagem da celulose, produzindo 'nitrocelulose' de alta qualidade, eficiente e segura.

A primeira pólvora sem fumaça a ser aceita em serviço foi a 'Poudre B', pólvora B, sintetizada em 1884 pelo químico francês Paul Vielle. Em 1888, Alfred Nobel desenvolveu a 'balistite', baseada na sua fórmula de gelatina explosiva. Dela derivou outra pólvora, baseada na mistura de algodão-pólvora, nitroglicerina gelatinizada e vaselina, desenvolvida por Frederick Abel e James Dewar em 1889. O material podia ser moldado em cordões, sendo nomeado 'cordite', e foi adotado em larga escala pelo exército britânico, sendo o principal propelente durante a Primeira Guerra.

Armas de fogo hoje usam pólvora de base simples ou composta. Pólvoras de base dupla ainda são usadas em pequenos foguetes de combustível sólido, mas foram quase totalmente substituídas por combustíveis sólidos mais modernos, discutidos mais adiante.



Criar uma pólvora sem fumaça confiável requer a manipulação da percentagem de nitrificação e adição de moderadores e outros elementos. O resultado é um explosivo de aspecto sólido e estrutura coloidal, compacta e homogênea, permitindo elevada constância do rendimento balístico; facilmente moldável em fios, escamas e grãos; caracterizado por uma combustão controlada, lenta e regular. A taxa de queima das pólvoras sem fumaça, como a de outros explosivos, pode ser controlada pela variação no tamanho dos grãos: quanto maior a granulação mais lenta a queima. Os grãos também podem ser perfurados, aumentando a área de queima.

INCENDIÁRIOS

Junto com explosivos, os militares também usam intensamente material incendiário. Armas incendiárias têm sido usadas em combate há muito tempo, por exemplo, as flechas de fogo usadas pelos Apaches para atacar as caravanas nos filmes de cowboy. No século VII, alquimistas bizantinos descobriram uma mistura de piche, nafta, enxofre e petróleo capaz de queimar violentamente. O chamado 'fogo grego' tornou-se a arma secreta do Império de Constantinopla contra os sarracenos. Mais tarde, nos combates navais da era da vela, balas de canhões eram aquecidas a rubro antes do disparo na esperança de incendiar os vasos inimigos. Munições militares modernas incendiárias consistem em 'napalm', 'explosivos ar-combustível (FAE)', e compostos metálicos.



Napalm é simplesmente gasolina a qual um espessante foi adicionado para fazê-la viscosa. A fórmula original da Segunda Guerra usava 'palmitrato de sódio' (natrium palmitrate) como espessante, levando ao nome 'napalm'. Napalm moderno usa plástico poliestireno como espessante. Napalm improvisado usa sabão em pó ou isopor como espessante.

FAEs, explosivos ar-combustível, pulverizam uma nuvem de aerosol de hidrocarboneto líquido, e então o inflamam para criar uma explosão deflagrante sobre uma extensa área.

Alumínio é o metal incendiário mais difundido. Outros metais incendiários incluem zircônio, magnésio, titânio, e urânio exaurido. Todos eles queimam a altas temperaturas. Um composto metálico incendiário particularmente útil é a 'termite', uma mistura de óxido de ferro (Fe2O3, ferrugem) e alumínio. A reação da termite é:

   Fe2O3 + 2Al -> Al2O3 + 2Fe

A reação queima a alta temperatura e libera uma tremenda quantidade de energia. Termite é muito usado em cargas de demolição para inutilizar material militar abandonado ao inimigo.

Um novo esquema usa uma 'folha combustível' feita de metais pirotécnicos para efetuar soldagens de emergência. A 'folha' contém finas camadas alternadas de níquel e alumínio, pode ser acesa por um fósforo ou por uma bateria, e incendeia em toda a superfície instantaneamente, queimando no vácuo ou sob a água. É usada por soldados para reparos de campo, como detonadores e para aquecimento.

PIROTÉCNICOS

Fósforo branco já foi usado como incendiário militar. O elemento fósforo aparece na natureza em duas formas: a vermelha, amorfa, e a branca, cristalina, de quatro átomos em arranjo tetraedral. Fósforo vermelho é relativamente seguro de manusear, mas fósforo branco sofre ignição espontânea à temperatura ambiente. Fósforo branco é hoje usado principalmente para gerar fumaça.

Combustíveis a base de cálcio em mistura com óxido de ferro podem gerar moderado calor sem produzir chama ou gás. Durante a Segunda Guerra Mundial, dispositivos desse tipo foram usados para aquecer latas de rações de campanha.

Fusos pirotécnicos são feitos de enxofre, silicone, tungstênio, ou boro. Eles podem ser dispostos em colunas, queimando num intervalo específico e desencadeando uma reação maior. Estes fusos são usados para controlar a sequência de tempo em vários dispositivos aeroespaciais, incluindo os ferrolhos explosivos que liberam as saídas de emergência em aviões e a separação de estágios em foguetes, além de seu uso mais comum como temporizadores em granadas de mão.

Existem muitos tipos de sinalizadores para uso militar e comercial. Sinalizadores comerciais de estrada, de cor vermelha, são feitos com estrôncio mais um oxidante.

Sinalizadores militares, de iluminação noturna, são feitos de partículas de magnésio, misturadas com oxidantes e aglutinantes.



Aeronaves militares carregam às vezes chamarizes térmicos para desviar mísseis seguidores de calor. No início, sinalizadores comuns eram usados como chamarizes ou flares, mas os mísseis se sofisticaram e ficaram capazes de ignorar as iscas, e chamarizes mais sofisticados apareceram. Flares modernos consistem de plástico teflon misturados com compostos de flúor como oxidante, e podem conter dois estágios queimando a diferentes temperaturas em tempos diferentes. Os mais recentes chamarizes 'pirofóricos' são feitos de tiras metálicas que se oxidam rapidamente ao invés de queimar, para simular as temperaturas moderadas dos escapes de turbinas. 

Os mísseis modernos se tornaram tão espertos que os aviões estão agora adotando sistemas de laser para confundi-los. Além de ineficientes, os flares são difíceis de armazenar e manusear, e uma vez que um avião tenha usado seu estoque, estará indefeso.

Pólvora fotográfica é feita com alumínio ou magnésio em pó misturado com um oxidante, sendo usada para gerar um clarão de luz e som estrondoso. É usada em granadas de atordoamento e como fonte de luz para fotografia noturna.

Granadas de fumaça militares são feitas com fósforo, ou com açúcar como combustível em mistura com um oxidante como o clorato de potássio, junto com corantes orgânicos para gerar fumaça colorida. O açúcar queima a baixa temperatura, não degradando os corantes. Tanques e outros blindados normalmente carregam lançadores de granadas para lançar cortinas de fumaça como camuflagem. Granadas e ogivas fumígenas são usadas para marcação de alvos e sinalização de zonas de pouso de helicópteros.

Airbags de segurança automobilísticos têm de ter atuação instântanea, requerendo um pirotécnico que gere rapidamente uma grande quantidade de gás, sem gerar chama ou choque desnecessário. Nos anos 1970 foi desenvolvido um dispositivo inflador barato e compacto, baseado na reação do azido de sódio (NaN3) com um oxidante, produzindo  nitrogênio suficiente para inflar um airbag em cerca de 50 milissegundos. Azido de sódio consiste de estruturas conectadas de sódio e azido, um grupo de três átomos de nitrogênio ligados. Um choque desagrega a estrutura, o sódio combinando com o oxigênio do oxidante, enquanto os átomos de nitrogênio se reagrupam em pares, formando uma grande quantidade de nitrogênio gasoso.

Dispositivos similares são usados para inflar botes e coletes salva-vidas.

Muitos dos pequenos foguetes usados na Segunda Guerra usavam pólvora de base dupla como propelente, mas durante a guerra o JPL, Jet Propulsion Laboratory, nos EUA, desenvolveu um combustível sólido de queima lenta baseado no asfalto, em mistura com perclorato de amônia (NH4ClO4) ou perclorato de potássio (KClO4) como oxidante mais pó de alumínio. O único problema era que o asfalto tendia a fluir, especialmente nos dias quentes, exigindo que os foguetes ficassem armazenados com o nariz para baixo. 

Depois da guerra, esse esquema evoluiu para os modernos combustíveis baseados em borracha sintética, misturada com perclorato de amônia como oxidante e altas dosagens de pó de alumínio. A borracha sintética age como combustível e como aglutinante, podendo ser moldada num maciço bloco sólido, sem fissuras ou bolhas que causem combustão irregular, e permitindo estocagem segura e prolongada sem deterioração. 

Melhorias posteriores adicionaram óxido de ferro em pó à mistura, causando uma reação de termite. Combustíveis sólidos de alta energia incorporam uma dose de alto-explosivos, como nitroglicerina, nitrocelulose ou HMX, mas essas fórmulas são compreensivelmente perigosas de manusear e são usadas apenas em pequenos estágios superiores.

Uma interessante aplicação dos modernos combustíveis sólidos de foguetes é na desativação de minas. Cargas preenchidas com combustíveis sólidos de foguete são colocadas sobre uma mina, apoiadas em pernas retráteis. O escapamento queima através da carapaça da mina e destrói a carga explosiva.

RASTREAMENTO DE EXPLOSIVOS

Uma área interessante da tecnologia de explosivos são os sistemas de rastreamento que permitem a identificação de um explosivo que, por exemplo, tenha sido usado num ataque terrorista. Embora a análise da composição química dos resíduos da explosão possa ajudar a identificar o tipo de explosivo, a possibilidade de traçar a origem da produção do explosivo é muito mais útil. 

Uma das tecnologias de rastreamento está disponível há várias décadas. Microtrace Incorporated de Blaine, Minnesota, comercializa o sistema "MicroTag", inventado nos anos de 1970 por um químico da Corporação 3M, chamado Richard Livesay. A 3M desenvolveu e comercializou o sistema MicroTag, baseado em  pequenas partículas, do tamanho aproximado de um grão de pimenta, construídas de cerca de 10 camadas coloridas. Um lote de marcadores com um código de cores particular é misturado com um lote de explosivo para permitir sua identificação. Um teste feito pelo governo norte-americano entre 1977 e 1979, adicionando marcadores a 1% de todos os explosivos produzidos não demonstrou problemas: de fato, um atentado a bomba foi solucionado pelo sistema. 

Na Suíça, a primeira nação a adotar a tecnologia, centenas de crimes foram solucionados com seu uso. No entanto, um acidente desastroso em 1979 em uma fábrica de explosivos foi atribuído ao uso do sistema, levando a uma ação legal contra a 3M. Embora a companhia tenha ganho o caso desistiu do negócio, vendendo-o ao seu inventor, Livesay, que fundou a Microtrace. Muitos dos clientes da Microtrace usam o sistema Micro Tags para proteger bens como cosméticos e bebidas alcóolicas de falsificação. 

Um esquema mais tradicional e sutil baseia-se na criação de marcadores na forma de moléculas seletivamente modificadas com isótopos atômicos relativamente raros. Por exemplo, moléculas podem ser sintetizadas usando átomos de deutério, hidrogênio pesado, no lugar de hidrogênio comum, em diferentes padrões. Este esquema é usado na identificação de lotes de petróleo em oleodutos e na marcação de lotes de nitrato de amônia.



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