Взрывчатые вещества относят к энергетическим конденсированным системам. По определению, энергетические вещества это индивидуальные конденсированные химические соединения или их смеси, способные к выделению тепловой энергии без участия других реагентов. Последнее условие определяет существенное отличие энергетических конденсированных систем от некоторых горючих (уголь, нефтепродукты), которые служат источником тепловой энергии только при условии химического взаимодействия с внешним окислителем. Энергия выделяется из энергетических систем в результате взрыва или горения. Источником энергии таких систем могут быть экзотермические реакции между компонентами самих энергетических систем или внутримолекулярные экзотермические процессы в составе индивидуального вещества, приводящие к образованию более устойчивых продуктов.
Энергетические соединения чрезвычайно быстро разлагаются с выделением энергии в виде пламени, тепла и света. Быстрое выделение тепла приводит к тому, что газообразные продукты реакции (N
2
2
Химические формулы соединений, часто используемые для подрыва в мирных и военных целях, представлены на рисунке 5. К ним относятся: 2,4,6-тринитротолуол (тротил), гексагидро-1,3,5-тринитро-1,3,5-триазин (гексоген) и октагидро-1,3,5,7-тетранитро-1,3,5,7-тетразоцин (октоген). Нитроглицерин (NG), нитрогуанидин (NQ), нитроцеллюлоза (NC), динитротолуолы (ДНТ) и различные составы перхлоратов используются в ракетных и пушечных топливах (жидкие метательные вещества).
Органические вторичные взрывчатые вещества разделяют на нитроароматические, нитрамины и сложные эфиры нитратов. Нитроароматические (тринитротолуол, тетрил, пикрат аммония) содержат NO
2
2
2
а) тротил; б) гексоген; в) октоген; г) нитроглицерин; д) нитрогуанидин; е) нитроцеллюлоза; ж) 2,4- динитротолуол; и) анион перхлората
Рис. 5. Структурные формулы взрывчатых веществ
Тротил одно из наиболее часто используемых взрывчатых веществ в военных, промышленных и горнодобывающих целях. Он менее чувствителен к трению и нагреванию, чем многие другие взрывчатые вещества, что делает его удобным в производстве боеприпасов. Для взрыва обычно необходимо использование детонатора, однако порошкообразный тротил с примесями может иметь повышенную чувствительность к внешним воздействиям, в том числе и к пламени. Тротил военного класса состоит из 99 % 2,4,6-тринитротолуола, остальные компоненты 2,4-ДНТ, 2,6-ДНТ, 1,3-динитробензол и 1,3,5-тринитробензол. В настоящее время его стараются заменить на более экономичные и безопасные малочувствительные взрывчатые вещества. Вооруженные силы США с 2010 года заменяют тротил в крупнокалиберных снарядах на вещество IMX-101, основными компонентами которого являются 2,4-динитроанизол и нитротриазолон.
У людей тротил вызывает нарушение функций печени, анемиею. Он, как и гексоген, относится к потенциальным канцерогенам для человека [5]. Токсичность тротила была продемонстрирована с помощью тестов на размножение дождевых червей [232]. Исследования с бактериями Vibrio fischeri, которые являются симбионтами кальмара, показали, что тринитротолуол чрезвычайно токсичен и для водных организмов [139]. Исследования мутагенности тринитротолуола и его метаболитов проводили на штаммах сальмонелл и клеточных линиях млекопитающих [147]. Тротил обладает мутагенными свойствами, причем некоторые его продукты разложения характеризуются большей мутагенностью, чем он сам.
Проведена экспериментальная оценка опасности содержания тротила в почве по наиболее значимому общесанитарному показателю вредности микробиоценозу. В качестве тест-организмов использовали Escherichia coli, микромицеты, актиномицеты и сапрофитные бактерии, которые выращивали на средах, специфических для каждого вида микрофлоры. При содержании токсиканта в почве на уровнях 20,0 и 10,0 мг/кг выявлен существенный рост колоний E. coli, достигавший 459 % (относительно контроля), что свидетельствует о торможении процесса самоочищения почвы.
Тротил аккумулируется в почвах, способствуя росту колоний микромицетов (до 200 %), которые накапливают токсин и являются индикаторами на загрязнение почв ТНТ. В то же время содержание тротила на уровне 20,0 мг/кг вызывает угнетение жизнедеятельности актиномицетов; на уровне 10 мг/кг сапрофитной микрофлоры. По общесанитарному показателю вредности концентрация тротила в почве на уровне 10,0 мг/кг признана предельной, а 2,0 мг/кг не действующей [47].
Гексоген широко используется в военных целях, часто в смесях с другими взрывчатыми веществами, пластификаторами или флегматизаторами (десенсибилизаторами). Он стабилен при хранении и считается одним из самых бризантных боевых взрывчатых веществ. Информация о воздействии гексогена на здоровье людей ограничена несмотря на то, что его токсичность изучается много лет. Известны случаи, когда гексоген вызывал судороги у военнослужащих при случайном приеме его с пищей; у рабочих, занятых в производстве боеприпасов и вдыхающих пыль с адсорбированным гексогеном. С токсичностью гексогена связана смерть рабочего на заводе по производству боеприпасов в Европе. Во время войны во Вьетнаме не менее 40 американских солдат были госпитализированы с интоксикацией композицией C-4, которая на 91 % состоит из гексогена. C-4 часто использовался солдатами в качестве топлива для подогрева пищи и еды, обычно смешивался тем же ножом, который использовался для разрезания C-4 на мелкие кусочки перед сжиганием. Симптомный комплекс включает тошноту, рвоту, судороги и длительную постиктальную спутанность сознания, амнезию [176]. Оральная токсичность гексогена исследована на крысах: летальная доза тонко измельченного вещества составляет 100 мг/кг, грубо гранулированного 300 мг/кг [29].
Октоген используют как детонатор в ядерном оружии, взрывчатое вещество на полимерной связке и твердое ракетное топливо. Его применяют для производства взрывчатых веществ, пригодных для литья из расплава, часто в смеси с тротилом. Взрывчатые композиции на полимерной связке, содержащие октоген, используются при производстве ракетных боеголовок и бронебойных кумулятивных зарядов. Из-за отсутствия информации октоген не относят канцерогенам. Известно, что он оказывает действие на центральную нервную систему, аналогичное действию гексогена, но в больших дозах. Тестирование добровольцев показало, что при длительном контакте октоген раздражает кожу. Исследования группы из 93 рабочих на заводе по производству боеприпасов не выявило гематологических, печеночных, аутоиммунных или почечных заболеваний. Однако количественной оценки уровней воздействия октогена на организм человека пока не получено.
При изучении его воздействия на животных было установлено снижение гемоглобина, повышение уровня щелочной фосфатазы в сыворотке и снижение уровня альбумина. Патологические изменения наблюдались также в печени и почках кроликов, грызунов.
Нитроглицерин применяют в качестве активного ингредиента и желатинизатора при производстве взрывчатых веществ (в т.ч. динамита) для строительной и горнодобывающей промышленности; твердых ракетных топлив, бездымных порохов двойного действия, используемых в перезарядных устройствах. Сотни комбинаций пороха в сочетании с нитроцеллюлозой используются в перезарядных устройствах для винтовок, пистолетов и дробовиков.