常用炸藥潮解的原因及一般規(guī)律

徐永士，孔令方，熊 冉，徐 衎

（中國(guó)人民解放軍63981部隊(duì)， 湖北 武漢 430311）

常用炸藥潮解的原因及一般規(guī)律

徐永士，孔令方，熊 冉，徐 衎

（中國(guó)人民解放軍63981部隊(duì)， 湖北 武漢 430311）

潮解性并不是在任何一個(gè)相對(duì)濕度下都存在的，而是存在某一特定的相對(duì)濕度數(shù)值，當(dāng)小于這一值時(shí)就沒有潮解性，只有相對(duì)濕度超過這一值時(shí)，才表現(xiàn)出顯著的吸水能力。通過計(jì)算部分炸藥在20 ℃時(shí)的吸濕點(diǎn)，以及對(duì)常見炸藥不同溫度時(shí)水及鹽的飽和蒸汽壓試驗(yàn)，分析吸濕點(diǎn)與溫度的關(guān)系，探索其潮解的原因及一般規(guī)律。

炸藥；吸濕點(diǎn)；潮解

炸藥的潮解性是指炸藥在一定相對(duì)濕度下，開始吸濕而使其部分或全部潮解的性質(zhì)。開始吸濕而發(fā)生潮解的相對(duì)濕度越低，潮解性越強(qiáng)。潮解性并不是在任何一個(gè)相對(duì)濕度下都存在的，而是存在某一特定的相對(duì)濕度數(shù)值，當(dāng)小于這一值時(shí)就沒有潮解性，只有相對(duì)濕度超過這一值時(shí)，才表現(xiàn)出顯著的吸水能力[1]。

潮解性物質(zhì)，一般是易溶于水的結(jié)晶物質(zhì)。常用單體炸藥都是非潮性物質(zhì)，混合炸藥和火藥中的部分物質(zhì)，如硝酸鹽（KNO3、NaNO3、NH4NO3、Sr（NO3）2等）、氯酸鹽、氯化物（NH4Cl、NaCl等）及尿素等都是潮解性物質(zhì)。由于潮解性要比吸濕性的危害大得多，而且部分炸藥、火藥含有這類潮解性物質(zhì)，因此，探索常用炸藥潮解的原因及一般規(guī)律很有必要。

1 炸藥的吸濕點(diǎn)

吸濕點(diǎn)是指在一定溫度下，某物質(zhì)飽和溶液的飽和蒸汽壓與同溫度下水的飽和蒸汽壓比值的百分?jǐn)?shù)。當(dāng)空氣相對(duì)濕度大于吸濕點(diǎn)時(shí)，物質(zhì)就開始吸濕?？諝庀鄬?duì)濕度小于吸濕點(diǎn)時(shí)，就把吸收的水分蒸發(fā)出來，叫做干燥（或減濕）[2]。由此可見，吸濕點(diǎn)在數(shù)值上等于物質(zhì)不吸濕也不干燥的空氣相對(duì)濕度。

在某一溫度時(shí)，物質(zhì)的吸濕點(diǎn)是個(gè)常數(shù)，可通過下式計(jì)算：

式中：Kt——在t℃時(shí)某物質(zhì)的吸濕點(diǎn),%；

P1——在t℃時(shí)某物質(zhì)飽和溶液的飽和蒸汽壓；

P2——在t℃時(shí)水的飽和蒸汽壓。

利用上式計(jì)算的吸濕點(diǎn)如表1所示。

2 影響炸藥潮解的因素

（1）空氣相對(duì)濕度大于物質(zhì)的吸濕點(diǎn)時(shí)，溫度越高，潮解性越大，吸濕的速度和吸濕量都越大。

因?yàn)闇囟壬仙?，潮解性物質(zhì)的吸濕點(diǎn)下降（見表2），空氣相對(duì)濕度就容易超過吸濕點(diǎn)。尤其在相對(duì)濕度不變或升高時(shí)而溫度也升高的話，相對(duì)濕度就會(huì)大大超過其吸濕點(diǎn)，空氣中的水蒸汽壓也就大大超過飽和溶液的飽和蒸汽壓，所以吸濕的速度將大大加快。由于在最后構(gòu)成的動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，溶液的蒸汽壓要上升到與空氣的水蒸汽壓相等，溶液的濃度就必須更小一些，因此，吸入的水分自然也要多一些。

表1 部分物質(zhì)在20 ℃時(shí)的吸濕點(diǎn)Table 1 Hygroscopic points of part of the material at 20℃

從吸濕點(diǎn)的計(jì)算式（公式1）看，溫度上升后，水的飽和蒸汽壓升高很快，而飽和溶液的飽和蒸汽壓升高較慢（見表2），所以吸濕點(diǎn)下降。溫度升高后，物質(zhì)的溶解度增大，溶液中的溶質(zhì)含量增多，使水分的蒸發(fā)變得困難[3]。

表2 溫度與吸濕點(diǎn)的關(guān)系Table 2 The relationship between the temperature and moisture absorption points

（2）含低吸濕點(diǎn)的雜質(zhì)時(shí)，將使物質(zhì)的吸濕點(diǎn)顯著下降，使吸濕速度和吸濕量增大。

如在硝酸銨中含有尿素、硝酸鈉、氯化銨等雜質(zhì)時(shí)，將使硝酸銨的吸濕點(diǎn)下降。如表3所示。

表3 30 ℃時(shí)硝酸銨和某些鹽的混合物吸濕點(diǎn)Table 3 The moisture absorption points of the mixture of ammonium nitrate and some salt at 30℃

（3）含低吸濕點(diǎn)的雜質(zhì)時(shí)，將使物質(zhì)的吸濕點(diǎn)顯著下降，使吸濕速度和吸濕量增大。

除上述三個(gè)主要影響因素外，物質(zhì)的顆粒大小對(duì)吸濕速度有影響，但與吸濕量無關(guān)。

3 炸藥潮解的原因

我們已經(jīng)知道，物質(zhì)的潮解是由于空氣相對(duì)濕度超過了該物質(zhì)的吸濕點(diǎn)而引起的，要回答這個(gè)問題，我們先來研究空氣相對(duì)濕度與物質(zhì)吸濕點(diǎn)相等這一特定條件下的狀況。相對(duì)濕度可表示為：

式中：rt——在t℃時(shí)空氣的相對(duì)濕度,%；

P1'——在t℃時(shí)空氣中的水蒸氣壓；

P2'——在t℃時(shí)水的飽和水蒸汽壓。

當(dāng)rt=Kt時(shí)，則P2'=P2，空氣中的水蒸汽壓P1'等于某物質(zhì)的飽和溶液的飽和蒸汽壓（P1）。將物質(zhì)在一定溫度下的飽和溶液放與密閉容器中，在空間呈現(xiàn)的水蒸汽壓就是該物質(zhì)飽和溶液的飽和蒸汽壓。這個(gè)水蒸汽壓在溫度不變的條件下是個(gè)常數(shù)，始終保持不變。這種不變是指水蒸氣壓大小不變，而在水蒸汽碰到器壁凝結(jié)成水和飽和溶液中水分的蒸發(fā)這兩個(gè)過程還是在不斷地進(jìn)行著，只是它們變化速度相等構(gòu)成了動(dòng)態(tài)平衡，空間的水蒸汽量不再增加，而使水蒸汽壓保持不變，飽和溶液中的含水量也不變化。

如果這個(gè)飽和溶液不是處在密閉器中，而是處在大氣條件下，當(dāng)飽和溶液的飽和蒸汽壓與空氣中的水蒸汽壓相等時(shí)，與其本身水分蒸發(fā)的速度將會(huì)相等，同樣會(huì)構(gòu)成動(dòng)態(tài)平衡，飽和溶液中的含水量不會(huì)增多，也不會(huì)減少。[4]因此，在空氣相對(duì)濕度與某物質(zhì)的吸濕點(diǎn)相等這一特定條件下，物質(zhì)是不吸濕也不干燥的。

很明顯，當(dāng)空氣相對(duì)濕度大于物質(zhì)的吸濕點(diǎn)時(shí)，意味著空氣中的水蒸汽壓比物質(zhì)飽和溶液的飽和蒸汽壓要大，那么，飽和溶液從空氣中吸水的速度就將大于其本身水分蒸發(fā)的速度，飽和溶液中的含水量將會(huì)不斷增多。在沒有固定溶質(zhì)存在的飽和溶液中，因吸入水分而使其濃度不斷降低，其蒸汽壓也就隨著不斷升高，當(dāng)溶液的蒸汽壓等于空氣中的水蒸汽壓時(shí)，才能構(gòu)成新的動(dòng)態(tài)平衡，溶液中的水分不再增多。

基于上述原理，我們現(xiàn)在進(jìn)一步討論固體的潮性物質(zhì)的吸濕原因?？稍O(shè)想為：由于表面吸附和毛細(xì)作用等物理原因，使物質(zhì)表面吸附了一層水分子。當(dāng)空氣中相對(duì)濕度等于該物質(zhì)的吸濕點(diǎn)時(shí)，由于吸附的水分溶解一部分物質(zhì)而形成很薄的一層飽和溶液，這層飽和溶液的中蒸汽壓與空氣中的水蒸汽壓相等，出現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡，物質(zhì)的含水量就保持不變，但是數(shù)量很少，在實(shí)際上可以忽略不計(jì)，所以就說它不吸濕也不干燥。當(dāng)空氣相對(duì)濕度大于該物質(zhì)的吸濕點(diǎn)時(shí)，這層飽和溶液就要從空氣中吸入水分，而使含水量增大。水分增多，溶液濃度降低，勢(shì)必又要溶解一部分物質(zhì)，使其仍保持溶液的飽和狀態(tài)。這種飽和狀態(tài)是不穩(wěn)定的，只要相對(duì)濕度始終大于物質(zhì)的吸濕點(diǎn)，它就將繼續(xù)吸入水分，而失去飽和狀態(tài)，失去飽和狀態(tài)的溶液又將溶解一部分物質(zhì)，再次構(gòu)成飽和狀態(tài)。這種由于不斷溶解和不斷吸收水分而形成的飽和和非飽和狀態(tài)的交替進(jìn)行，使吸入的水分越來越多，被溶解的物質(zhì)也越來越多，最后將使全部物質(zhì)溶解成溶液。當(dāng)沒有固體物質(zhì)繼續(xù)溶解時(shí)，溶液的濃度就要下降，水蒸汽壓就要升高，當(dāng)升到與空氣的水蒸汽壓相等時(shí)，才停止吸濕。

4 結(jié) 論

潮解性物質(zhì)在空氣相對(duì)濕度大于它的吸濕點(diǎn)時(shí)，將吸濕不止直至全部變?yōu)槿芤?。在全部變?yōu)槿芤汉筮€要吸濕，直至溶液的蒸汽壓等于空氣中的水蒸汽壓時(shí)才停止。

不難看出，在空氣相對(duì)濕度小于潮解性物質(zhì)的吸濕點(diǎn)時(shí)，將干燥不止，直至留下因表面吸附或毛細(xì)作用等吸收的少量水分。

歸納潮解性物質(zhì)的吸濕規(guī)律為：空氣相對(duì)濕度等于物質(zhì)的吸濕點(diǎn)時(shí)，不吸濕也不干燥；空氣相對(duì)濕度大于物質(zhì)的吸濕點(diǎn)時(shí)，吸濕不止直到全部變?yōu)槿芤?；空氣相?duì)濕度小于物質(zhì)的吸濕點(diǎn)時(shí)，已吸濕的水分將蒸發(fā)而干燥。

必須指出，在討論一種具體炸藥的吸濕性時(shí)，必須分清是吸濕性物質(zhì)，還是潮解性物質(zhì)，或是兩種物質(zhì)都有。然后再根據(jù)它們不同的吸濕規(guī)律分別考慮，最后把它們聯(lián)系起來綜合分析，得出一個(gè)總體認(rèn)識(shí)。

［1］崔慶忠，焦清介，任慧．無木炭型黑火藥研究[J].含能材料.2005（6）：389-392 .

［2］劉美中，史華全，馬正星．炸藥與火藥[M].石家莊：中國(guó)人民解放軍高級(jí)軍械學(xué)校，1981-08：127-132．

［3］呂春緒，劉祖亮，陸明．膨化硝銨炸藥[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2001：61-64．

［4］任特生．硝胺硝酸酯炸藥化學(xué)與工藝學(xué)[M].北京：兵器工業(yè)出版社，1994：125-132．

［5］Dick J J.Shock-wave behavior in explosive monocrystals [J]. Journal de Physique IV，1995，5：103-106.

Causes and General Rule of the Common Explosive Deliquescence

XV Yong-shi，KONG Ling-fang，XIONG Ran，XV Kan
（PLA 63981 Troops , Hubei Wuhan 430311, China）

Deliquescence does not exist in any relative humidity conditions, but there is a certain relative humidity, there is no deliquescence when the relative humidity is less than this value, only when the relative humidity is higher than this value, it will show significant moisture absorption ability. In this paper, by calculating some explosives hygroscopic point at 20 ℃ and testing the saturated vapor pressure of water and salt of the common explosives under different temperature, the relation between the hygroscopic point and the temperature was determined, and causes and general rules of the common explosive deliquescence were explored.

Explosives; Hygroscopic point; Deliquescence

TQ 560

： A

： 1671-0460（2015）03-0537-03

2014-10-21

徐永士（1989-），男，河南周口人，助理工程師。