«химия на военной службе» дню победы посвящается

Название	«химия на военной службе» дню победы посвящается
Дата	23.02.2016
Размер	133.32 Kb.
Тип	Документы

«ХИМИЯ

НА ВОЕННОЙ СЛУЖБЕ»

ДНЮ ПОБЕДЫ ПОСВЯЩАЕТСЯ

«Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие» - эти слова М. В. Ломоносова никогда не потеряют актуальности. В современном обществе, пожалуй, нет такой отрасли производства, которая не была бы так или иначе связана с этой наукой. Химия необходима и тем, кто посвятил свою жизнь важной профессии, суть которой - защищать Родину.

Эти материалы позволят вам узнать, что даёт армии химическая наука.

Химические элементы в военном деле
Перед вами Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Многие элементы образуют вещества, широко используемые в военном деле.
Элемент N1. На энергии термоядерной реакции с участием изотопов водорода - дейтерия и трития, идущей с образованием гелия и выделением нейтронов, основано действие водородной бомбы. Водородная бомба превосходит по своей силе атомную.
Элемент N2. Гелием наполняют дирижабли. Заполненные гелием летательные аппараты, в отличие от заполненных водородом, более безопасны.

Гелий необходим и подводникам. Аквалангисты дышат сжиженным воздухом. При работе на глубине 100 м и более азот начинает растворяться в крови. При подъёме с большой глубины он быстро выделяется, что может привести к нарушениям в организме. Значит, подъём должен быть очень медленным. При замене азота гелием таких явлений не происходит. Гелиевый воздух использует морской спецназ, для которого главное - быстрота и внезапность.
Элемент N6. Углерод входит в состав органических веществ, которые составляют основу горюче-смазочных, взрывчатых, отравляющих веществ. Уголь входит в состав пороха и используется в противогазах.
Элемент N8. Жидкий кислород используют как окислитель топлива для ракет и реактивных самолётов. При пропитывании жидким кислородом пористых материалов получают мощное взрывчатое вещество - оксиликвит.
Элемент N10. Неон - инертный газ, которым заполняют электролампы. Неоновый свет далеко виден даже в тумане, поэтому неоновые лампы применяют на маяках, в сигнальных установках различных типов.
Элемент N12. Магний горит ослепительным белым пламенем с выделением большого количества теплоты. Это свойство используют для изготовления зажигательных бомб осветительных ракет. Магний входит в состав сверхлёгких и прочных сплавов, используемых в самолётостроении.
Элемент N13. Алюминий - незаменимый металл для производства лёгких и прочных сплавов, которые используются в самолёто- и ракетостроении.
Элемент N14. Кремний - ценный полупроводниковый материал, при повышении температуры электропроводность его усиливается, что позволяет использовать кремниевые приборы при высокой температуре.
Элемент N15. Фосфор используется для изготовления напалмов и ядовитых фосфорорганических веществ.
Элемент N16. С давних времён сера используется в военном деле как горючее вещество, она также входит в состав дымного пороха.
Элемент N17. Хлор входит в состав многих отравляющих веществ.
Элемент N22. Титан придаёт сталям твёрдость, эластичность, высокую коррозионную устойчивость. Эти свойства незаменимы для оборудования морских кораблей и подводных лодок.
Элемент N23. Ванадиевая сталь, упругая, прочная на истирание и разрыв, стойкая к коррозии, используется для строительства небольших быстроходных морских кораблей, гидросамолётов, глиссеров.
Элемент N24. Хром применяется для получения специальных сталей, изготовления орудийных стволов, броневых плит. Стали, содержащие более 10% хрома, почти не ржавеют, из них делают корпуса подводных лодок
Элемент N26. В Античности и в Средние века железо изображали в виде бога войны Марса. Во время войны железо расходуется в огромных количествах в снарядах, бомбах, минах, гранатах и других изделиях.
Элемент N29. Медь - первый металл, использованный человеком. Из него делали наконечники копий. Позже его стали называть пушечным металлом: сплав из 90% меди и 10% олова использовали для отливки орудийных стволов. И сейчас главный потребитель меди - военная промышленность: детали самолётов и судов, латунные гильзы, пояски для снарядов, электротехнические детали - всё это и многое другое делают из меди.
Элемент N30. Цинк вместе с медью входит в состав латуней - сплавов, необходимых для военного машиностроения. Из него изготовляют гильзы артиллерийских снарядов.
Элемент N33. Мышьяк входит в состав боевых отравляющих веществ .
Элемент N35. Бром входит в состав слезоточивых отравляющих веществ - лакриматоров.
Элемент N42. Молибденовые сплавы идут на изготовление сверхострого холодного оружия. Добавка 1,5-2% этого металла в сталь делает броневые листы танков неуязвимыми для снарядов, а обшивку кораблей - химически устойчивой к действию морской воды.
Элемент N53. Иод входит в состав поляроидных стёкол, которыми оснащены танки. Такие стёкла позволяют водителю видеть поле битвы, гася ослепляющие блики пламени.
Элемент N82. С изобретением огнестрельного оружия свинец стал расходоваться в больших количествах на изготовление пуль для ружей и пистолетов, картечи для артиллерии. Свинец защищает от губительного радиоактивного излучения.
Элементы N88, 92 и др. Соединения радиоактивных элементов радия, урана и их собратьев - сырьё для изготовления ядерного оружия.

Боевые отравляющие вещества
Инициатива применения боевых отравляющих веществ (ОВ) в качестве оружия массового уничтожения принадлежит Германии. Впервые ядовитый газ хлор был применён 22 апреля 1915 г. на Западном фронте недалеко от бельгийского города Ипра против англо-французских войск. Первая газовая атака лишила боеспособности целую дивизию, оборонявшую данный участок: 15 тыс. человек были выведены из строя, из них 5 тыс. навсегда.

Примерно месяц спустя газовая атака была повторена на Восточном фронте против русских войск. В ночь на 31 мая 1915 г. в районе польского городка Болимова на участке фронта протяжённостью 12 км при ветре, дувшем в сторону русских позиций, из 12000 баллонов было выпущено 150 т ядовитого газа. Передовые линии атакованного газами участка, представлявшие собой сплошной лабиринт окопов и путей сообщения, были завалены трупами и умиравшими людьми. Из строя выбыли 9 тыс. человек.

Английский поэт Уилфред Оуэн, погибший в Первую мировую войну, оставил стихотворение, написанное под впечатлением газовой атаки:
- Газ! Газ! Скорей! - Неловкие движенья,

Натягивание масок в едкой мгле ...

Один замешкался, давясь и спотыкаясь,

Барахтаясь, как в огненной смоле,

В просветах мyrного зелёноro тумана.

Бессильный, как во сне, вмешаться и помочь,

Я видел только - вот он зашатался,

Рванулся и поник - бороться уж невмочь.
В память о первой газовой атаке отравляющее вещество дихлордиэтилсульфид S(CH₂CH₂C1)₂ было названо ипритом. Хлор содержится и в составе дuфосгена СС1зОС(0)С1. А вот табун (CH3)2NP(0)(OC2H5)CN - жидкость с сильным фруктовым запахом - производное цианфосфорной кислоты.

Отравляющие вещества, содержащие мышьяк, в отличие от других способны проникать через примитивные противогазы. Вызывая нестерпимое раздражение дыхательных путей, выражающееся в чиханье и кашле, они заставляют человека срывать маску и подвергаться воздействию удушающего газа.

Особую группу ОВ составляют вещества - лакриматоры, вызывающие слезотечение, чиханье. Так, в 1918 г. американским химиком Р. Адамсом было предложено вещество адамсит HN(C6H4)2AsC1, содержащее и мышьяк, и хлор. Оно раздражает верхние дыхательные пути, а также способно возгораться, образуя тончайший ядовитый дым.

Большинство лакриматоров содержат хлор и бром, например хлорацетон и бром ацетон, бромбензил, бромбензилцианид.

Современные боевые ОВ ещё более страшны и безжалостны.

Для самозащиты, а также при антитеррористических операциях используют менее токсичные вещества.

Защита от отравляющих веществ
В 1785 г. помощник аптекаря (впоследствии русский академик) Товий Егорович Ловиц обнаружил, что древесный уголь способен удерживать на своей поверхности (адсорбировать) различные жидкие и газообразные вещества. Он указал на возможность использования этого свойства для практических целей, например для очистки воды. С 1794 г. активированный уголь стали применять для очистки сахара-сырца. Явление адсорбции нашло оригинальное применение в Англии, где с помощью угля очищали воздух, подаваемый в здание парламента.

Однако только во время Первой мировой войны это свойство стали использовать в больших масштабах. Поводом для этого послужило применение отравляющих веществ для массового поражения живой силы воюющих армий.

Начавшаяся химическая война готовила человечеству неисчислимые жертвы и страдания. Создать защиту от ОВ позволило использование одной из разновидностей аморфного углерода - древесного угля.

Выдающийся химик профессор Н. Д. Зелинский (впоследствии академик) разработал, испытал и в июле 1915 г. предложил противогаз, действующий на основе явления адсорбции, происходящей на поверхности частиц угля. Прохождение отравленного воздуха через уголь полностью освобождало его от примесей и предохраняло солдат, защищённых противогазом, от боевых отравляющих веществ.

Изобретение Н. Д. Зелинского спасло множество человеческих жизней.

По мере разработки новых отравляющих веществ совершенствовался и противогаз. Наряду с активированным углем в современном противогазе используются и более активные адсорбенты.
Взрывчатые вещества
Единого мнения по вопросу об изобретении пороха нет: считается, что огненный порошок пришёл к нам от древних китайцев, арабов, а может, его изобрёл средневековый монах-алхимик Роджер Бэкон. Бот как описывал один из его учеников опыт по получению пушечного пороха:

«Учитель обратил внимание на сильно горящие порошки, в состав которых входили селитра, уголь и сера. Он очень долго искал нужные соотношения этих веществ, пока не стал получать смеси, горящие быстро, ярко, с громким шипением и треском. Я растирал в большой бронзовой ступке каждый порошок отдельно. Крылом дикого гуся мы смешивали эти порошки. Однажды я убирал со стола и смёл всё в бронзовую ступку, туда же я метнул медный шар, лежавший на столе. И тут случилось что-то ужасное! Я никогда не слышал такого громкого треска и шума. Синий дым вырвался из ступки, в своде потолка образовал ось отверстие, в котором застрял медный шар. Так родился новый век - век, окутанный дымом огненного порошка, в грохоте летящих ядер, от которых не может спасти ни щит, ни панцирь, ни стены крепости».

На Руси специалистов по изготовлению «пушечного зелья» называли зелейщиками. Наиболее сложно было получить селитру - ямчуг. Ямчужных дел мастера собирали в кучи растительные и животные отходы, поливали их и засыпали землёй. Через некоторое время поверхность кучи покрывалась крупными бесцветными кристалликами селитры: это было результатом действия особых нитрифицирующих бактерий, которые любые органические отходы превращали в нитраты - селитру. Перенося часть материала из одной кучи в другую, мастера переносили и бактерии.

Чёрный порох называют дымным. Много лет он окутывал клубами дыма поля битв, делая неразличимыми людей и машины.

Шагом вперёд стало использование в военном деле взрывчатых органических веществ: они оказались более мощными и образовывали меньше дыма.

Среди органических веществ имеется группа нитросоединений, молекулы которых содержат группу атомов -N02. Эти вещества легко разлагаются, часто со взрывом. Увеличение числа нитрогрупп в молекуле повышает способность вещества взрываться. На основе нитросоединений и получают современные взрывчатые вещества.

Для производства взрывпакетов используют тринитрометан СН(N02)з, как компонент жидких взрывчатых смесей - тетранитрометан С(N02)4 для снаряжения детонирующих шнуров, детонаторов и капсюлей детонаторов - тетранитропентаэритрит (ТЭН) C(CH20N02)4' Это производные предельных углеводородов.

Производное фенола - тринитрофенол, или пикриновая кислота, С6Н2(N02)зОН способно взрываться от детонации и под названием «мелинит» применяется для наполнения артиллерийских снарядов.

Производное толуола - тринитротолуол (тротил, тол) С6Н2(N02)зСНз - одно из наиболее важных дробящих взрывчатых веществ. Оно применяется в громадных количествах для изготовления артиллерийских снарядов, мин, подрывных шашек. Мощность других взрывчатых веществ сравнивают с мощностью тротила и выражают в тротиловом эквиваленте.

Производное многоатомного спирта глицерина - нитроглицерин СзН₅(ОNО₂)з жидкость, взрывающаяся при поджигании, детонации и обычном встряхивании. Нитроглицерин способен разлагаться почти мгновенно с выделением тепла и огромного количества газов: 1 л его даёт до 1 О 000 л газов. для стрельбы он не годится, потому что разрывал бы стволы оружия. Он используется для подрывных работ, но не в чистом виде (очень легко взрывается), а в смеси с пористой инфузорной землёй или древесными опилками. Такую смесь называют динамитом. Промышленное производство динамита разработал Альфред Нобель. В смеси с нитроклетчаткой нитроглицерин даёт студенистую взрывчатую массу - гремучий студень.

Производное целлюлозы - тринитроцеллюлоза, иначе называемая пироксилином, также обладает взрывчатыми свойствами и применяется для изготовления бездымного пороха. Способ получения бездымного пороха (пироколлодия) был разработан Д. И. Менделеевым. Во влажном виде пироксилин безопасен. К пироксилину добавляют камфару и обрабатывают смесью спирта с эфиром, в которой пироксилин разбухает и образует желатинообразную массу. Её прокатывают в ленты или, продавливая через кольцевые отверстия, придают ей форму макарон. Это обеспечивает наибольшую поверхность сжигаемого вещества и увеличивает скорость сгорания. При высыхании такая масса используется в качестве бездымного пороха.

Волшебное стекло в армии
Стёкла, используемые в военной технике, должны обладать некоторыми специфическими свойствами.

В армии нужна точная оптика. Добавление к исходным веществам соединений галлия позволяет получать стёкла с высоким коэффициентом преломления световых лучей. Такие стёкла применяют в системах наведения

ракетных комплексов и навигационных приборах. Стекло, покрытое слоем металлического галлия, отражает практически весь свет, до 90%, что даёт возможность изготовлять зеркала с большой точностью отражения. Подобные зеркала используют в навигационных приборах и системах наведения орудий при стрельбе по невидимым целям, в системах маяков, перископических системах подводных лодок Эти зеркала выдерживают очень высокую температуру, поэтому их используют в ракетной технике. для усиления оптических свойств в сырьё для производства стекла добавляют также соединения германия.

Широкое применение находит инфракрасная оптика: стёкла, хорошо пропускающие тепловые лучи, используют в приборах ночного видения. Такие свойства стеклу придаёт оксид галлия. Приборы применяют разведывательные группы, пограничные дозоры.

Ещё в 1908 г. был разработан метод получения тонких стеклянных волокон, но лишь недавно учёные предложили делать двухслойные стекловолокна - световоды, которые используют в армейской системе связи. Так, кабель толщиной 7 мм, составленный из 300 отдельных волокон, обеспечивает одновременно 2 млн. телефонных переговоров.

Введение в стекло оксидов металлов в разных степенях окисления придаёт стеклу электропроводность. Подобные полупроводниковые стёкла используют для телевизионной аппаратуры космических ракет.

Стекло - материал аморфный, но сейчас получают и кристаллические стекломатериалы - ситаллы. Некоторые из них имеют твёрдость, сравнимую с твёрдостью стали, и коэффициент теплового расширения почти такой, как у кварцевого стекла, выдерживающего резкие перепады температур. Ситаллы используют в ракетной технике.

Использование полимеров

в военно-промышленном комплексе
хх в. называют веком полимерных материалов. Полимеры широко применяются в военной промышленности. Пластмассы заменили древесину, медь, никель и бронзу, другие цветные металлы в конструкции самолётов и автомашин. Так, в боевом самолёте в среднем 100 000 деталей, изготовляемых из пластмасс.
Полимеры необходимы для изготовления отдельных элементов стрелкового оружия (рукоятки, магазины, приклады), корпусов некоторых мин (обычно противопехотных) и взрывателей (для затруднения обнаружения их миноискателем), изоляции электропроводки.
Также из полимеров производят антикоррозионные и гидроизоляционные покрытия стаканов шахт ракетных комплексов и колпаки контейнеров подвижных боевых ракетных комплексов. Корпуса многих электроприборов, приборов радиационной, химической и биологической защиты, элементы управления приборами и системами (тумблеры, переключатели, кнопки) сделаны из полимеров.

Для современной техники нужны материалы, обладающие химической стойкостью при повышенной температуре. Такими свойствами обладают волокна из фторсодержащих полимеров - фторопластов, которые устойчивы при температуре от -269 до +260°С.Фторопласты используют для изготовления аккумуляторных ёмкостей: наряду с химической стойкостью они обладают прочностью, что важно в полевых условиях. Высокая термостойкость и химическая устойчивость позволяют использовать фторопласты как электроизоляционный материал, применяемый в экстремальных условиях: В ракетной технике, полевых радиостанциях, подвод ном оборудовании, подземных ракетных шахтах.
С развитием современных видов вооружения стали востребованы вещества, способные выдерживать высокую температуру в течение сотен часов. Конструкционные материалы, произведённые на основе термостойких волокон, применяют в самолёто- и вертолётостроении.
Полимеры используют и как взрывчатые вещества (например, пироксилин). Современные пластиды также имеют полимерное строение.
Вы убедились, что химические знания необходимы для укрепления обороноспособности нашей Родины, а мощь нашей державы - надёжный оплот мира.