-------------------------[ Swedish Infomania 1995 ]-----------------------

                     Sprngmneslra fr fltpyrologer

--------------------------------------------------------------------------
      Swedish Infomania tackar den anonyme frfattaren till denna fil.
--------------------------------------------------------------------------

               Innehllsfrteckning:

               1.0.......Sprngmneslra
               1.1.......Sprngmnen
               1.2.......Sprngmnens uppbyggnad
               1.3.......Explosionen
               2.0.......Sprngmneskemi
               2.1.......Hgeffektiva
               2.2.......Lgeffektiva
               3.0.......Anvndning
               4.0.......Upprkning av vanliga sprngmnen
               4.1.......Hgeffektiva
               4.2.......Lgeffektiva
               5.0.......Pyroteknik
               5.1.......Fyrverkerier
               5.2.......Rk
               5.3.......Gas
               6.0.......Sammanfattning & utveckling



--------------------------------------------------------------------------

1.0            SPRNGMNESLRA

1.1            SPRNGMNEN

        Sprngmnen r kemikalier eller blandningar drav som vid
antndning genom hg temperatur, en sttvg, friktion, gnista eller statisk
elektricitet undergr snabb nedbrytning eller oxidering. Reaktionen frigr
kemisk energi i form av vrme och/eller ljus, eller genom att brytas ner i
gasformiga mnen som upptar mycket strre plats n det ursprungliga mnet.
D reaktionen och drmed rrelsen r snabbare n ljudet, uppstr en
ljudbang. Den mycket snabba och mycket kraftiga tryckkningen orsakar en
tryckvg som utvidgas med ljudets hastighet. Den r mycket tunn, 1/10.000
mm, men har som bekant en oerhrd kraft. Explosionsgasernas
utvidgningshastighet och drmed kraft fr ett sprngmne kallas mnets
brisans. Explosionsreaktionen utgrs vanligtvis av ngon frbrnning, men
vissa sprngmnen har bara ett explosivt snderfall. Traditionellt indelas
explosiva mnen i sprngmnen, krut, tndmnen och pyrotekniska satser.
Med undantag fr sistnmnda kategorin gr alla explosiva mnen hr under
namnet sprngmnen.

1.2            SPRNGMNENS UPPBYGGNAD

        Sprngmnen bestr alltid av ett eller flera brnslen vars kemiska
energi utgr strsta delen av explosionsenergin. Det finns ocks alltid med
ngot oxideringsmedel som reagerar med brnslet. Sprngmnen behver drfr
inget syre fr sin anvndning, och syrebrist pverkar inte effektiviteten.
I speciella drivmedel finns ofta ngot frdrjningsmedel fr att frhindra
explosioner. I blandningar fr fyrverkeripjser ingr mestadels ngot mne
fr ljus- och ibland ljudeffekter o.dyl. De flesta sprngmnen innehller
ocks ngot bindemedel fr enklare hantering (shellack, tyngre oljor som
asfalt och 'plasticizers'), och slutligen innehller flera (i synnerhet
ammoniumnitratbaserade) ngot fuktavsttande medel.

1.3            EXPLOSIONEN

        Sprngmnen kan explodera p tv stt: de kan detonera eller
brinna.
        Hgeffektiva sprngmnen detonerar. Detonationer uppstr endast av
hgeffektiva mnen. I hgeffektiva mnen r brnslet och oxidationsmedlet
kemiskt bundna i en och samma molekyl.  Detonationer uppstr vanligtvis av
en sttvg som gr genom mnet. Sttvgen bryter snder molekylerna varvid
mnena reagerar med varandra enligt ovan, i dessa fall mest gas.
Hgeffektiva mnen ger sllan hga temperaturer. Exempel p typiska
hgeffektiva mnen r TNT (trinitrotoluen), ammoniumnitrat och RDX.
Lgeffektiva mnen detonerar inte - de brinner, eller deflagrerar. Brnslet
och oxideringsmedlet r vanligen endast mekaniskt blandade. De reagerar och
bildar vrme, ljus och gaser. En del lgeffektiva mnen, t.ex bomullskrut,
brinner i lst tillstnd men blir explosivt om de packas ihop. Andra,
srskilt svartkrut, har ungefr samma brinntid oavsett hur hrt packade de
r. Svartkrut, bomullskrut och s.k. blixtkrut r typiska lgeffektiva
mnen.


2.1            SPRNGMNESKEMI I

        De flesta hgeffektiva sprngmnen r uppbyggda av ngot brnsle
plus tre eller flera nitrogrupper, t.ex. TNT, RDX, nitroglycerin och PETN.
Nitrylkatjonen NO3 innehller kvve med sitt hgsta oxidationstal (+5)
vilket r anledningen till dess effektivitet som oxidationsmedel. Mnga av
nitrosprngmnena framstlls med hjlp av salpetersyra och svavelsyra (s.k.
nitrering), vilket frsts nr man ser dess jmviktsreaktion:

          H2SO4 +   HNO3 <->  H2O  +  HSO4 +  NO2 <-- nitrogruppen

        Reaktionen r starkt frskjuten t hger.
        Tidigare har man trott att svavelsyran endast r till fr att ta
bort vattnet (som den bildar hydrat med), men den fungerar ocks som
katalysator i reaktionen. Det r bara ett ftal lttnitrerade mnen som kan
nitreras utan ngon svavelsyra, t.ex. fenol (TNP). Istllet fr svavelsyra
kan man anvnda perklorsyra, borontrifluorid, vtefluorid eller
ttiksanhydrid.
        Sjlva nitreringen, bindandet av nitrogruppen till rvaran, kan ske
p tre olika stt. Kolnitreringen:

          --C-H + HNO3 -> --C-NO2 + H2O

Syrenitreringen:

          --C-OH + HNO3 -> --C-O-NO2 + H2O

Och kvvenitreringen:

          --N-H + HNO3  -> --N-NO2 + H2O

Alla nitreringsreaktionerna r mycket exoterm, energimngder p 63-146
kJ/mol r normala. Kylning vid framstllning av knsliga sprngmnen som
nitroglycerin r drfr oerhrt viktigt.
        Den exakta mngden salpetersyra och svavelsyra varierar: fr t.ex.
nitroglycerin ska proportionen vara 1:3, nitrering av cellulosa eller
strkelse behver 1:1, en annan blandning r 39:55 osv.
        tskilliga mnen kan gras explosiva genom nitrering, fenol (TNP)
och toluen (TNT) r vanliga exempel. ven lgeffektiva sprngmnen som
bomullskrut (nitrocellulosa) tillverkas genom nitrering av cellulosa Mnga
nitrosprngmnen r mycket skra d de endast exploderar vid en kraftig
sttvg frn en detonator. De kan smltas och gjutas om, tappas, skjutas
p, eldas med osv. utan att ngon risk freligger. RDX och PETN t.ex.
behver en sttvg p 3000-5000 m/s fr att detonera.

2.2            SPRNGMNESKEMI II

        Lgeffektiva sprngmnen bestr i regel av ngot oxidationsmedel
och ngot eller ngra brnslen. Vanliga oxidationsmedel r kaliumklorat,
kaliumperklorat, kaliumpermanganat och salpeter: klorater och nitrater
verhuvudtaget. Typiska brnslen r svavel, metallfilspn av jrn,
magnesium eller aluminium och diverse sackarider.
        Det finns ett nrmast ondligt antal brnsle-oxidationsmedels-
blandningar, varav endast ett ftal har praktisk anvndning. Numer anvnds
sllan lgeffektiva sprngmnen till annat n som raketbrnsle och till
fyrverkeripjser.

Hr r emellertid ngra kombinationer:

70 % ammoniumperklorat, 30 % aluminiumpulver, en aning jrnoxid

        Det r det hr som r det fasta brnslet i rymdfrjans tv
hjlpraketer.

75 % kaliumnitrat, 15 % kol, 10 % svavel

     Svartkrut.

50 % kaliumpermanganat, 25 % socker, 25 % magnesium/aluminiumdamm

        Intressant blandning d den lr antndas d den blir fuktig (jag
har inte lyckats).
        De hr blandningarna r ett ngorlunda representativt urval av alla
de otaliga blandningar som finns. Ofta kan sm frndringar eller
tillsatser ge stora skillnader i resultat. Notabelt r att oxidationsmedlet
alltid utgr minst halva blandningen. Dessa kan i allmnhet bytas ut, man
kan t.ex. mycket vl anvnda kaliumklorat istllet fr salpeter i
svartkrut.



3.0            ANVNDNING

        Hgeffektiva sprngmnen karakteriseras av att de r effektiva i
frhllande till sin vikt och fr det mesta rtt oknsliga. Lgeffektiva
mnen r mindre effektiva men ocks knsligare, vilket gr att de r
besvrligare att sprnga nr man faktiskt vill. En slags tredje grupp
utgrs av tndmnena som r mycket knsligare och mycket kraftigare n
ngra andra. Dessa hanteras drfr i s sm mngder som mjligt i tndrr
eller tndhattar fr att detonera strre (och skrare) laddningar av ngot
annat sprngmne.
        En typisk och vanlig sprngmnessats bestr av tre delar:
detonator, tndmne och sprngmne. Detonatorn, en vanlig tndhatt, fs att
explodera p elektrisk vg. Den detonerar t.ex. TNT, som i sin tur
detonerar en packe ANFO.

        Den s.k. Munroe-effekten upptcktes nr man fann att bokstver
inristade i ett sprngmne ger avtryck p metallytor som det legat an mot
vid explosionen. Metallen trycks ut av tryckvgen i detonationsgonblicket
och de partier som inte har sprngmnet alldeles intill pressas upp av de
omgivande krafterna.
        Sin strsta tillmpning har Munroe-effekten i s.k. riktade
laddningar. Riktade laddningar har en sfrisk eller konisk inbuktning i en
ppen nde, och vid detonationen riktas laddningens kraft mot en liten yta
framfr denna. r laddningen fastsatt direkt p ett freml (stridsvagnar
och kassaskp r de vanligaste) utstts ytan fr ett tryck p flera GPa.



4.0            UPPRKNING AV VANLIGA SPRNGMNEN

        Hr fljer en upprkning av de vanligaste och intressantaste
sprngmnena.

4.1            HGEFFEKTIVA SPRNGMNEN


          Nitroglycerin (glycerinnitrat)

          C3H5O3(NO2)3
        Svagt gul olja, tillverkas genom nitrering av glycerin. Mycket
knsligt, anvnds tillsammans med andra sprngmnen fr att gra dessa
knsligare. Upptckt 1847. Uppsuget i kiselgur fs s.k. gurdynamit. Anvnds
ven som hjrtmedicin. Nitroglycerin r knt fr sina giftiga,
huvudvrksframkallande ngor som terfinns hos dynamit.

          TNT (Trotyl, trinitrotoluol)

          C6(NO2)3CH3
        Framstlls genom nitrering av toluen (industriellt anvnds en
trestegsmetod med ytterligare ngra syror inblandade fr att tervinna
salpetersyran, men det r inte ndvndigt). Mycket vanligt. Starkt och
inte alltfr knsligt, krver i en sttvg fr att detonera. Anvnds ofta i
blandningar med andra sprngmnen fr att minska dess knslighet.
Knsligare i kristallform.

          RDX (Cyclonit, cyklotrimetylentrinitramin)

          (CH2)3(NNO2)3
        Med tillsats av s.k. plasticizers (olja och lecitin resp. vax)
kallas RDX fr C-1 resp. A-3. Ett av de mest anvnda militra sprngmnena.
Ungefr 50% kraftigare n TNT men fr knsligt fr att anvndas bart. Lika
delar RDX och TNT kallas HMX och r en av de vanligare blandningarna.

          Pikrinsyra (TNP, trinitrofenol)

          C6H2OH(NO2)3
        Anvndes ursprungligen som gult frgmne. 1885 pvisades dess
explosivitet vid kraftig sttvg. Tillsammans med metallhydroxider bildar
pikrinsyra mycket explosiva salter, s.k. pikrat. Tillverkas genom nitrering
av fenol. Fenol r s lttnitrerat att man inte behver anvnda svavel-
syra drtill, utan behandling med stark salpetersyra i vrme rcker fr att
pikrinsyra ska bildas. Anvnds som tndmne.

          PETN (pentyl, pentaerytritoltetranitrat)

          C(CH2)4O4(NO2)4
        Anvnds i explosiva stubiner (primacord eller pentylstubiner) och
tndhattar. Tillverkas genom att nitrera pentacrytritol och behandla det
med aceton.

          Blyazid 

          Pb(N3)2
        Det vanligaste tndmnet. Tmligen oknsligt bde mot vrme och
sttar. Ett av de f sprngmnen som inte innehller syre. Blyazid r ocks
ett av de sprngmnen som inte frbrnns utan snderfaller under
explosionen. Tillverkas genom att lsa natriumazid och blyacetat i vatten,
vrma upp blandningen och tillstta blyacetatlsning tills ingen reaktion
lngre sker. Filtrera ut fllningen som r blyazid. Blyazid ska lagras
fuktigt.

          Kvicksilverfulminat (knallkvicksilver)

          Hg2(ONC)2
        Kraftigt och inte alltfr knsligt, kan detoneras med vrme eller
en sttvg. Synnerligen giftigt bde fre och efter anvndandet. Anvnds
fr att detonera hgeffektiva sprngmnen och drivmedel. Blandas ofta med
kaliumklorat eller liknande. Har haft stor anvndning speciellt militrt,
men r nu relativt betydelselst. Fs genom att lsa kvicksilver i
salpetersyra, blanda med etanol, tillstta dest. vatten och sedan
filtrera ut kristallerna som tvttas till pH=7. Kvicksilverfulminat behver
allts endast salpetersyra fr att nitreras.

          Ammoniumnitrat

          (NH4)(NO3)
        Det perfektaste sprngmnet: kostar nstan ingenting, svrt att
detonera och synnerligen effektivt. Nackdelen r dess hydroskopiska
karaktr (suger t sig vatten), vilket i den mycket vanliga kombinationen
ANFO (Ammonium Nitrate - Fuel Oil) avhjlps med en skvtt dieselolja.
Vanligtvis r det ANFO som menas nr man talar om sprngdeg. ANFO anvnds
idag nstan alltid fr bergssprngning o.dyl. Eftersom ammoniumnitrat r
svrdetonerat (+300 grader eller mycket kraftig stt) blandar man ibland in
aluminiumpulver i ANFO, som brinner med en tillrckligt hg temperatur fr
att detonera blandningen. ANFO r s svrdetonerat att en enkelt tndsats
inte rcker till, utan man fr lgga en s.k. booster av TNT el.dyl.
emellan.

4.2            LGEFFEKTIVA SPRNGMNEN

      
          Svartkrut

        Det absolut vanligaste och ldsta sprngmnet. Anvnds numera
mycket sllan som sdant. Har stor anvndning som drivmedel i fyrverkerier,
ammunition och vanliga stubiner. Tillverkas av finfrdelat trkol, salpeter
och svavel som fuktas och kndas ihop. Efter att ha torkat pulvriseras
blandningen. Kornen ska ge svartblnkande skrvor nr de krossas. Den
strsta nackdelen med svartkrut r dess knslighet fr statisk
elektricitet.

          Nitrocellulosa (bomullskrut) (BOM-ull :-)

        Har inget mer n namnet gemensamt med svartkrut. r enbart nitrerad
cellulosa, vilket man kan f fram genom att lgga bomull eller pappers-
massa i en blandning av svavelsyra och salpetersyra och sedan tvtta
nitrocellulosan neutral. Genom att variera styrkan p blandningen fr man
fler eller frre nitratgrupper p cellulosamolekylerna. Hgnitrerad
cellulosa har betydligt strre sprngkraft n lgnitrerad. Cellulosanitrat
kan inte anvndas som drivmedel d det exploderar alldeles fr snabbt.
Genom att frst behandla det med eter-alkohol eller aceton fr man en
plastisk, formbar massa som nr lsningsmedlet avdunstar blir till
hornartat gelatinkrut som exploderar tillrckligt lngsamt fr att kunna
anvndas som drivmedel. Gelatinkrut avger ingen rk av fasta partiklar nr
det exploderar och kallas drfr ocks rksvagt krut. Med en tillsats p
30-50 % nitroglycerin fr man ett mycket starkt rksvagt krut
(nitroglycerinnitrocellulosa) som har stor militr anvndning.

          Termit

        r inte ngot egentligt sprngmne men anvnds ofta som tndmne.
Det bestr av fint pulvriserat aluminium och jrnoxid - en typisk brnsle-
oxideringsmne-kombination. Nr aluminiumet antnds oxiderar det med syret
i jrnoxiden, tv reaktioner som r synnerligen exoterma. Temperaturen
uppgr till omkring 2200 grader C.

          Blixtkrut

        Blandning av t.ex. kaliumklorat eller kaliumperklorat som
syregivare och aluminium eller magnesiumpulver som brnsle (2/3
kaliumperklorat och 1/3 magnesium/aluminiumdamm r vanligast). Brinner
mycket snabbt med ett starkt ljus, anvnds inom showbusiness och i
fyrverkeripjser.

          Perklorater

        I princip alla oxideringsbara mnen som behandlas med perklorsyra
blir till lgeffektiva sprngmnen, t.ex. sgspn, papper och bomull
(Carlsonit). Metallhydroxider som kalium- och natriumhydroxid ger mycket
anvndbara sprngmnen nr de perkloreras.



5.0            PYROTEKNIK

        Till pyrotekniken rknas hr den 'mjukare' sortens eldkonst dr
faktorer som sprngkraft r av underordnat intresse.

5.1            FYRVERKERIER

        Fyrverkeripjser bestr i allmnhet av tv delar, drivsats och
tndsats. Drivsatsen anvnds antingen fr att skicka upp en raket med
tndsatsen till en viss hjd eller, som i romerska ljus, skicka upp de
enskilda lyskulorna. Ibland anvnder man mrsare istllet fr raketer fr
att undvika nedfallande delar (srskilt fr strre pjser inom ttbebyggda
omrden), en stubin till tndsatsen antnds d vid uppskjutningen.
        Drivsatsen kan utgras av vanligt krut, ev. med ngot
frdrjningsmedel som trkol, ibland med kornformigt kol (gnistsats) eller
utblandat med metallfilspn som ger en gnistrande flamma. Den hlls
vanligtvis ihop med ngot frbrnningsbart bindemedel som dextrin eller
shellack.
        Tndsatsen r den centrala delen av fyrverkeripjsen. Den utgrs
oftast av s.k. lyskulor. Dessa grs p fljande stt: Tag nskad metall
(pulverform) och blanda med blixtkrut och svartkrut i volymproportionerna
3/1/1. Ett par droppar vatten tillstts s att en fuktig, plastisk deg
erhlles. Av denna formas rtstora lyskulor. Om olika metallsalter anvnds
i olika lager kommer lyskulorna att ndra frg under brinntiden. Lyskulor
anvnds i stjrnbomber (chrysanthemum) dr de packas runt en klotformig
sprngladdning. I romerska ljus lggs en stor lyskula i en tub med
drivsatsen i botten, som vid frbrnning kastar den brinnande lyskulan hgt
upp i luften.
        En av de mer srprglade pjserna r vattenfallen. Det r helt
enkelt en viss mngd aluminiumpulver som placerats utmed en horisontell
ribba p en stllning. En tndsats antnder aluminiumet, som sedan regnar
intensivt vita gnistor en stund. De enklaste pjserna r solarna. Dessa r
enbart en raket med ngon effektgivande tillsats i drivsatsen som monterats
p ett fritt snurrande hjul.
        Metaller och salter som brinner med rena, klara frger r mycket
viktiga i pyrotekniken. De hr angivna kemikalierna r bara de enklaste att
anvnda/f tag p och ger inte alltid bsta resultat. Bltt t.ex. r
synnerligen knepigt att f bra, och pyroteknikfretagens bsta recept r
ofta mycket hemliga.

Rtt           Strontiumsalter
Tegelrtt      Kalciumsalter
Gult           Natriumsalter
Grnt          Bariumsalter
Blgrnt       Kopparsalter
Violett        Kaliumpermanganat
Vitt           Magnesium, aluminium
Guld           Jrn

        Salterna som anvnds r vanligen nitrater, eftersom dessa bidrar
till den snabba frbrnningen. Exempelvis bariumnitrat r s pass kraftigt
att det anvnds ven i reguljra sprngmnen.
        Fr det mesta anvnds finkorniga mnen, d dessa brinner bst. Fr
att f gnisteffekter anvnder man istllet grvre korn.
     En extra dimension kan ljudeffekterna sgas vara. Frutom de vanliga
knallarna kan man gra drivmedel som tjuter eller visslar under uppfarten
genom att gra frbrnningen av dem instabil. Tillsats av kaliumbenzoat r
mycket vanligt fr att ge ett tjutande ljud, ven om speciella ljud-
drivmedel ocks finns.

5.2            RK

        Framstllning av rk frekommer inom fyrverkeritekniken, men dess
vanligaste anvndningsomrden r fr varningsndaml eller
positionsmarkeringar. Rk av i stort sett vilken frg som helst fs enklast
genom att till ngon lmplig brnsle/oxidationsmedelsblandning lgga till
ngot organiskt frgmne och en kylare (bikarbonat). En tredjedel
kaliumklorat och svavel (proportionerna 2+1) som frbrnnare och tv
tredjedelar frg och bikarbonat (proportionerna 2+1) kan anvndas fr att
framstlla rk med i stort sett vilken frg som helst. Vissa
specialkemikalier anvnds givetvis: vit fosfor fr vit rk, zinkpulver och
hexakloretan fr vit/gr rk. Svaveltrioxid som utstts fr luft ger ifrn
sig en vit rk bestende av mycket sm droppar svavelsyra, och behver
allts ingen vrme.

5.3            GAS

        Den vanligast anvnda giftgasen r trgas, d den inte r
livshotande utan endast frstter de angripna ur funktion fr en stund
genom att orsaka gonsveda och trflde. En sorts trgas tillverkas genom
att blanda glycerin med natriumbisulfat i massproportionen 5:1. Blandningen
vrms frsiktigt, varvid trgas kommer att bubbla upp. Denna kan
kondenseras till en vtska som kan lagras (ttt frslutet). Nr blandningen
slutar att bubbla och skumma eller en brun bottensats bildas r reaktionen
ver.

6.0            SAMMANFATTNING & UTVECKLING

        Trots att man har forskat oerhrt mycket inom omrdet s finns det
idag inget sprngmne som r mer n dubbelt s kraftigt som det sedan lnge
knda trotyl (trinitrotoluen). Inga av dagens sprngmnen har srdeles hg
energiutveckling: TNT utvecklar vid detonationen bara en ttondel s mycket
energi som samma viktsmngd kol under frbrnning. Kraftigare, skrare och
billigare sprngmnen terstr att utveckla.
        Fyrverkeritekniken str idag p i princip samma niv som fr flera
sekler sedan. Upptckter av nya mnen som aluminium och titan har betytt
mest; grundprinciperna r ofrndrade. Ngra revolutionerande nya
fyrverkeripjser lr bli svra att komma p, d det inte finns s speciellt
mnga stt att elda lyskulor p.

--------------------------------------------------------------------------
      Swedish Infomania tackar den anonyme frfattaren till denna fil.
--------------------------------------------------------------------------
