炸药化学反应基本形式简析

炸药化学反应过程属于氧化还原反应。根据反应方式和反应环境条件的不同，炸药的化学反应过程能够以不同的形式进行，而且在特性上具有很大的差别。按反应速度和反应传播的性质，可以将炸药的化学反应分为热分解、燃烧和爆轰。

1.热分解

炸药热分解是缓慢的化学反应。在常温条件下，当不受其他外界能量作用时，炸药常常以缓慢的速度进行分解反应。其特征是：分解在整个物质内进行，反应速度主要取决于环境温度，反应规律基本服从阿伦尼乌斯（Arrhenius）定律，即环境温度升高，化学反应速率呈现指数增长。在常温条件下，热分解的速度十分缓慢。但当热分解放出的热量大于散热量时，能量就会积聚，随着时间的延续，温度会不断升高，热分解反应也会不断加速，继而引发炸药燃烧，甚至转化为热爆炸。历史上有过多次军火库在无外界激发时发生自炸，一般是由这种过程引起的。虽然民爆器材储存期较短，但如果炸药入库时温度较高、堆垛太大、库房不通风，依然存在热分解引发炸药的自燃及爆炸的可能性。

2.燃烧

燃烧是炸药剧烈的化学反应。它与一般的缓慢化学反应的主要区别在于燃烧不是在全体炸药内进行，而是在某一局部发生，而且以化学反应波的形式在炸药中按一定的速度一层一层地自动进行传播。化学反应区比较窄，化学反应就是在这个很窄的反应区内进行和完成的。炸药的燃烧与一般燃料燃烧不同，由于炸药本身含有氧化剂和可燃剂，因此不需要空气中的氧气就可燃烧。反应区沿炸药表面法线方向传播的速度叫作燃烧速度。一般情况下，燃烧速度在每秒几毫米至每秒数百米之间。燃烧速度与外界压力等因素有很大关系，随着压力的升高而显著增大。

大部分单质炸药、混合炸药在敞开环境中用明火点燃，在控制堆积量的前提下，会平稳燃烧。当炸药在密闭环境下燃烧或堆积量非常大时，会发生燃烧转爆轰。发射药和烟火药的燃烧往往根据装药的形状和装药状态，以一定的规律进行燃烧。起爆药开始也是燃烧，但其燃烧速度变化非常快，很快燃烧就转为爆轰了。

炸药燃烧的基本特点为：炸药燃烧时反应区的能量是通过热传导、气体产物扩散和热辐射传入原始炸药的。由于传热和扩散是一个缓慢的过程，因此炸药燃烧的速度比声速要低得多，一般为每秒几毫米到每秒数百米，燃烧的传播速度也大大低于爆轰波的传播速度。火焰波后的燃烧产物是向后运动的，因此在火焰区域内燃烧产物的压力较低。大量炸药或在密闭状态下的炸药燃烧，容易发生燃烧转爆炸。

3.爆轰

爆轰也是炸药剧烈的化学变化，是化学反应的最高形式。爆轰化学反应在化学反应区的局部区域发生，并一层一层地自发进行高速传播。炸药的爆轰是在一定条件下，以其最大速度在炸药中传播的一种化学反应。爆轰速度一般可达每秒数千米甚至每秒上万米。

爆轰一旦形成，其受外界条件的影响就很小了，在爆炸点附近压力急剧升高，无论是在敞开体系或密闭容器中，爆轰产物都急剧地冲击周围介质，从而导致附近的物体产生变形和破坏飞散。爆轰过程有稳定爆轰和不稳定爆轰。传播速度恒定不变的爆轰称为稳定爆轰，传播速度变化的爆轰称为不稳定爆轰。

爆轰与爆炸在意义上是可以通用的，只不过着眼点不同。爆炸面更广些，爆炸包括炸药药剂的爆轰反应，也可指炸药爆轰后爆轰产物对外界的爆炸作用。(www.xing528.com)

燃烧和爆轰是两种不同特性的化学反应过程，它们的最主要区别如下：

（1）从传播过程的机理来看，燃烧时反应区的能量是通过热传导、热辐射及产物的扩散作用传入未反应炸药的，而爆轰的传播则是借助冲击波的冲击压缩作用进行的。

（2）从质点运动方向来看，燃烧过程中反应区内产物的质点运动方向与燃烧波阵面的方向相反，波阵面压力低；而爆轰时反应区内产物的质点运动方向与爆轰波的传播方向一致，波阵面压力较高，达几十兆帕甚至几十吉帕。

（3）从反应地点来看，凝聚态炸药燃烧时，放热反应主要是在气相中进行的，而爆轰时的放热反应主要在液相或固相中进行。

（4）从波的传播速度来看，燃烧速度一般在每秒几毫米至每秒几百米，一般小于声速，爆轰波总是以大于原始炸药声速传播，为每秒几百米至每秒几千米，甚至达到每秒上万米。

（5）从受外界影响来看，燃烧过程受环境温度、压力等条件影响较大，爆轰速度极快，几乎不受外界条件的影响。

另外，炸药化学反应的三种形式在性质上虽各不相同，但它们之间有着紧密的内在联系，炸药的缓慢分解在一定条件下可以转变为炸药燃烧，而燃烧在一定条件下也可以过渡到不稳定爆轰，进而发展为稳定爆轰。炸药的这三种化学反应形式在一定的条件下可以相互转化，如图2-1所示。

图2-1　炸药化学反应形式关系

在燃烧过程中，如果生成气体的速度大于排气速度，气体平衡被打破，压力增大，燃烧速度加快，燃烧就变得不稳定，并可能转成爆轰；反之则产生熄爆、熄燃。