Pyroteknik & eksplosivstoffer

1. Pyroteknik & eksplosivstoffer Danmarks Fysik- og KemilærerforeningStorkøbenhavns Afdeling 22. marts 2007 Mads Skak Jensen, Kemisk Beredskab

2. Pyroteknik & eksplosivstoffer Kemisk Beredskabs rolle i bombeberedskabet PrøvetagningPost-blast gerningssteder Øvrige lokaliteter, der ønskes undersøgt for spor af eksplosivstoffer Kontamineringskontrol af indsatsstyrkerAnalyseLaboratorieundersøgelse af uomdannede eksplosivstoffer Spor sikret fra post-blast gerningsstederSikkerhedsransagning (”Sweepning”)Kontrol af adgangsveje for spor af eksplosivstofferKemisk faglig rådgivningEksplosivstoffers kemiske egenskaber Fremstilling og sammensætning af hjemmelavede eksplosivstoffer Håndtering af potentielt eksplosionsfarligt kemikalieaffald Politihundeskolen vedr. brug af sprængstofhunde Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www.brs.dk

3. Pyroteknik & eksplosivstoffer Pyroteknik Pyroteknik handler grundlæggende om redoxreaktioner… Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www.brs.dk

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

5. Pyroteknik & eksplosivstoffer Pyroteknik Oxidationsmidler Reduktionsmidler Perchlorater (ClO4-): KClO4, NaClO4, NH4ClO4 Metaller: Aluminium, magnesium, magnalium, titan, jern Chlorater (ClO3-): KClO3, NaClO3 Organiske forbindelser: Sucrose, lactose, phthalater, benzoater, salicylater, glycerin Nitrater (NO3-): KNO3, NaNO3, NH4NO3, BaNO3 Oxidationsevne Permanganater (MnO4-): KMnO4 Carbon Svovl Dichromater (Cr2O72-): (NH4)2Cr2O7 Phosphor Chromater (CrO42-): BaCrO4 Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www.brs.dk

6. Pyroteknik & eksplosivstoffer Demonstrationsforsøg 1 Kaliumnitrat og sukker (hvid røg) 48 KNO3 + 5 C12H22O11 24 K2CO3 + 24 N2 + 36 CO2 + 55 H2O Kaliumchlorat og svovl (friktionsfølsomt) 2 KClO3 + 3 S  2 KCl + 3 SO2 Kaliumchlorat og phosphor (stødfølsomt) 10 KClO3 + 3 P4 10 KCl + 6 P2O5 Danmarks Fysik- og Kemilærerforening

7. Pyroteknik & eksplosivstoffer Oxidations- og reduktionsmidler Almindelige oxidationsmidler Perchlorater (KClO4, NH4ClO4) Nitrater (KNO3, NaNO3, Ba(NO3)2, Sr(NO3)2) Chlorater (KClO3, NaClO3, Ba(ClO3)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

8. Strontiumsalte (SrCO3, Sr(NO3)2) Mix af strontium- og natriumforbindelser Natriumforbindelser (Na2C2O4, Na3AlF6) Bariumsalte (Ba(NO3)2) Kobberforbindelser (CuO, CuCO3) Antimonforbindelser (Sb2S3) Mix af strontium- og kobberforbindelser Pyroteknik & eksplosivstoffer Farvegivere Bismuthforbindelser (knitre-effekt) Titanpulver (hvid/sølv) Danmarks Fysik- og Kemilærerforening

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

10. Pyroteknik & eksplosivstoffer Demonstrationsforsøg 2 Kaliumchlorat og sukker 8 KClO3 + C12H22O11 8 KCl + 12 CO2 + 11 H2O Sukker og svovlsyre (dehydrering) 2 C12H22O11 + 11 H2SO4 24 C + 11 H2SO4•2 H2O Kaliumchlorat og svovlsyre KClO3 + H2SO4 KHSO4 + HClO33 HClO3  HClO4 + 2 ClO2 + H2O2 ClO2 Cl2 + 2 O2 Danmarks Fysik- og Kemilærerforening

11. 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 www.brs.dk

12. Stød Gnidning Gnist Flamme Trykbølge Pyroteknik & eksplosivstoffer Initiering på fem måder Alle metoder giver samme slutresultat; nemlig overførsel af energi i form af varme Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www.brs.dk

13. 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 www.brs.dk

14. TNT Nitroglycerin (NG) Pyroteknik & eksplosivstoffer Enhedssprængstoffer Nitroglycerin og TNT er eksempler på enhedssprængstoffer Enhedssprængstoffer indeholder brændsel (reduktionsmiddel) og oxygenkilde (oxidationsmiddel) i samme molekyle Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www.brs.dk

15. Pyroteknik & eksplosivstoffer Eksempler - blandingssprængstoffer Blitzknald 8 Al(s) + 3 KClO4(s) → 4 Al2O3(s) + 3 KCl(s) Aluminium Kaliumperchlorat Aluminiumoxid Kaliumchlorid Aluminium fungerer som brændsel (reduktionsmiddel) Kaliumperchlorat fungerer som oxygenkilde (oxidationsmiddel) Sort krudt 72 KNO3(s) + 30 S(s) + 15 C6H2O(s) → Kaliumnitrat Svovl Trækul 60 CO2(g) + 14 CO(g) + 3 CH4(g) + 3 H2S(g) + 6 H2(g) + 36 N2(g) + 12 K2CO3(s) + 13 K2SO4(s) + 8 K2S(s) + 3 K2S2O3(s) +C(s) Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www.brs.dk

16. Pyroteknik & eksplosivstoffer Eksempler - enhedssprængstoffer Nitroglycerin 4 C3H5(ONO2)3 → 12 CO2(g) + 10 H2O(g) + 6 N2(g) + O2(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 (CH2ONO2)2 → 2 CO2(g) + 2 H2O(g) + N2(g) EGDN Carbondioxid Vand Nitrogen EGDN er et enhedssprængstof i oxygenbalance Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www.brs.dk

17. Pyroteknik & eksplosivstoffer Inddeling af eksplosivstoffer Detonerende eksplosivstoffer har meget forskellig følsomhed. Nogle detonerer ved berøring med en fjer, mens andre tåler slag med en hammer. 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 www.brs.dk

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

19. Aromatiske nitroforbindelserfx TNT, pikrinsyre, tetryl Organiske nitraterfx NG, EGDN, PETN, NC Enheds- sprængstoffer Nitraminerfx RDX, HMX Saltefx blyazid, kviksølvfulminat, AN Eksplosivstoffer Peroxiderfx TATP, HMTD Alle komponenter eksplosivefx sprænggelatine (NG+NC) Blandings-sprængstoffer Eksplosive og ikke-eksplosive fx ANFO Ingen komponenter eksplosive fx pyrotekniske blandinger Pyroteknik & eksplosivstoffer Inddeling af eksplosivstoffer efter type Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www.brs.dk

20. 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 www.brs.dk

21. 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 www.brs.dk

22. 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 www.brs.dk

23. TATP HMTD Blyazid Blystyphnat Kviksølvfulminat PETN RDX HMX Tetryl TNT AN 0,1 0,1 0,1 1,5 3 60 120 120 353 >353 >353 Primære eksplosivstoffer Sekundære eksplosivstoffer Pyroteknik KClO4 + Al Sort krudt 60-120 >353 Pyroteknik & eksplosivstoffer Friktionsfølsomhed (N) Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www.brs.dk

24. Pyroteknik & eksplosivstoffer Blyblokprøven (Trauzl’s test) EksplosivstofTestværdi (cm³/10 g) EGDN 620 PETN 523 NG 520 RDX 480 HMX 480 Tetryl 410 Nitromethan 400 HMTD 330 TNB 325 ANFO 316 TNT 300 Ureanitrat 270 TATP 250 DNT 240 AN 180 Blyazid 110 KClO4 + Al 80 Sort krudt 30 Blyblokudvidelsen bruges som mål for den energi, der frigøres ved detonation af et eksplosivstof Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www.brs.dk

25. Pyroteknik & eksplosivstoffer Tak for i dag… Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www.brs.dk