Pyroteknik eksplosivstoffer Danmarks Fysik og Kemilrerforening Storkbenhavns Afdeling

Pyroteknik & eksplosivstoffer Danmarks Fysik- og Kemilærerforening Storkøbenhavns Afdeling 22. marts 2007 Mads Skak Jensen, Kemisk Beredskab

Pyroteknik & eksplosivstoffer Kemisk Beredskabs rolle i bombeberedskabet Prøvetagning Post-blast gerningssteder Øvrige lokaliteter, der ønskes undersøgt for spor af eksplosivstoffer Kontamineringskontrol af indsatsstyrker Analyse Laboratorieundersøgelse af uomdannede eksplosivstoffer Spor sikret fra post-blast gerningssteder Sikkerhedsransagning (”Sweepning”) Kontrol af adgangsveje for spor af eksplosivstoffer Kemisk faglig rådgivning Eksplosivstoffers kemiske egenskaber Fremstilling og sammensætning af hjemmelavede eksplosivstoffer Håndtering af potentielt eksplosionsfarligt kemikalieaffald Politihundeskolen vedr. brug af sprængstofhunde Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Pyroteknik handler grundlæggende om redoxreaktioner… Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Pyroteknik Fyrværkeri indeholder en række delkomponenter kaldet satser. Satserne har forskellig funktion og inddeles normalt i drivsatser, spredningssatser og effektsatser Drivsatsen løfter effekten op i luften og består normalt af sort krudt Spredningssatsen spreder den visuelle effekt på himlen og består normalt af perchlorat/chlorat og metalpulver Effektsatsen giver den visuelle effekt og består normalt af spredningssats tilsat farvegivere Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Oxidationsevne Pyroteknik Oxidationsmidler Reduktionsmidler Perchlorater (Cl. O 4 -): KCl. O 4, Na. Cl. O 4, NH 4 Cl. O 4 Metaller: Aluminium, magnesium, magnalium, titan, jern Chlorater (Cl. O 3 -): KCl. O 3, Na. Cl. O 3 Nitrater (NO 3 -): KNO 3, Na. NO 3, NH 4 NO 3, Ba. NO 3 Permanganater (Mn. O 4 -): KMn. O 4 Dichromater (Cr 2 O 72 -): (NH 4)2 Cr 2 O 7 Chromater (Cr. O 42 -): Ba. Cr. O 4 Danmarks Fysik- og Kemilærerforening Organiske forbindelser: Sucrose, lactose, phthalater, benzoater, salicylater, glycerin Carbon Svovl Phosphor www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Demonstrationsforsøg 1 Kaliumnitrat og sukker (hvid røg) 48 KNO 3 + 5 C 12 H 22 O 11 24 K 2 CO 3 + 24 N 2 + 36 CO 2 + 55 H 2 O Kaliumchlorat og svovl (friktionsfølsomt) 2 KCl. O 3 + 3 S 2 KCl + 3 SO 2 Kaliumchlorat og phosphor (stødfølsomt) 10 KCl. O 3 + 3 P 4 10 KCl + 6 P 2 O 5 Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Oxidations- og reduktionsmidler Almindelige oxidationsmidler Perchlorater (KCl. O 4, NH 4 Cl. O 4) Nitrater (KNO 3, Na. NO 3, Ba(NO 3)2, Sr(NO 3)2) Chlorater (KCl. O 3, Na. Cl. O 3, Ba(Cl. O 3)2) Almindelige reduktionsmidler Metaller (Al, Mg, Ti, Fe, Zn, Zr) Svovl Rød phosphor Organiske stoffer (trækul, dextrin, sukker, shellac, harpiks, phthalater) Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Farvegivere Strontiumsalte (Sr. CO 3, Sr(NO 3)2) Mix af strontium- og natriumforbindelser Natriumforbindelser (Na 2 C 2 O 4, Na 3 Al. F 6) Bariumsalte (Ba(NO 3)2) Kobberforbindelser (Cu. O, Cu. CO 3) Mix af strontium- og kobberforbindelser Antimonforbindelser (Sb 2 S 3) Bismuthforbindelser (knitre-effekt) Titanpulver (hvid/sølv) Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Farvegivere På nær natriums gule farve gives alle øvrige farver af chloridforbindelser af det brugte metal Sr. Cl 620 -640 nm Ba. Cl 505 -535 nm Cu. Cl 435 -480 nm Noget af denne chlor kan tages fra oxidationsmidlet (perchlorat/chlorat), men ofte tilsættes en organisk chlorforbindelse som chlorkilde for at gøre farverne stærkere, eksempelvis: PVC Hexachlorbenzen Danmarks Fysik- og Kemilærerforening 57 % Cl 75 % Cl www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Demonstrationsforsøg 2 Kaliumchlorat og sukker 8 KCl. O 3 + C 12 H 22 O 11 8 KCl + 12 CO 2 + 11 H 2 O Sukker og svovlsyre (dehydrering) 2 C 12 H 22 O 11 + 11 H 2 SO 4 24 C + 11 H 2 SO 4 • 2 H 2 O Kaliumchlorat og svovlsyre KCl. O 3 + H 2 SO 4 KHSO 4 + HCl. O 3 3 HCl. O 3 HCl. O 4 + 2 Cl. O 2 + H 2 O 2 Cl. O 2 Cl 2 + 2 O 2 Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Eksplosivstoffer Forsøg på definition Kemisk ustabilt stof, eller blanding af stoffer, der efter ydre påvirkning (stød, gnidning, gnist, flamme eller trykbølge) kan bringes til hurtig omdannelse under frigivelse af varme og gas. Den dannede mængde gas kan have et volumen der er 10. 000 -15. 000 gange større end det oprindelige volumen eksplosivstof. Volumenforøgelsen kan ske med op til 8. 000 m/s. Temperaturen kan nå op på 4. 000 °C. Hele processen er overstået på millisekunder og skaber en kraftig trykbølge. Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Initiering på fem måder Stød Flamme Gnidning Trykbølge Gnist Alle metoder giver samme slutresultat; nemlig overførsel af energi i form af varme Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer En absolut nødvendighed for detonation af eksplosivstoffer er tilstedeværelsen af rigeligt oxidationsmiddel. Oxidationsmidlet (oxygen) kan ikke tages fra luften i tilstrækkeligt omfang, hvorfor et oxidationsmiddel må indbygges i eller tilsættes eksplosivstoffet. Enhedssprængstoffer består af et enkelt eksplosivt stof indeholdende både brændsel og oxidationsmiddel. Blandingssprængstoffer indeholder en blanding af flere stoffer, der fungerer som brændsel og oxidationsmiddel. Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Enhedssprængstoffer Nitroglycerin og TNT er eksempler på enhedssprængstoffer Enhedssprængstoffer indeholder brændsel (reduktionsmiddel) og oxygenkilde (oxidationsmiddel) i samme molekyle Nitroglycerin (NG) Danmarks Fysik- og Kemilærerforening TNT www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Eksempler - blandingssprængstoffer Blitzknald 8 Al(s) + 3 KCl. O 4(s) → 4 Al 2 O 3(s) + 3 KCl(s) Aluminium Kaliumperchlorat Aluminiumoxid Kaliumchlorid Aluminium fungerer som brændsel (reduktionsmiddel) Kaliumperchlorat fungerer som oxygenkilde (oxidationsmiddel) Sort krudt 72 KNO 3(s) + 30 S(s) + 15 C 6 H 2 O(s) → Kaliumnitrat Svovl Trækul 60 CO 2(g) + 14 CO(g) + 3 CH 4(g) + 3 H 2 S(g) + 6 H 2(g) + 36 N 2(g) + 12 K 2 CO 3(s) + 13 K 2 SO 4(s) + 8 K 2 S(s) + 3 K 2 S 2 O 3(s) +C(s) Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Eksempler enhedssprængstoffer Nitroglycerin 4 C 3 H 5(ONO 2)3 → 12 CO 2(g) + 10 H 2 O(g) + 6 N 2(g) + O 2(g) Nitroglycerin Carbondioxid Vand Nitrogen Oxygen Nitroglycerin er et enhedssprængstof indeholdende både brændsel (reduktionsmiddel) og oxygenkilde (oxidationsmiddel) Nitroglycerin har en positiv oxygenbalance (overskud af oxygen) EGDN (CH 2 ONO 2)2 → 2 CO 2(g) + 2 H 2 O(g) + N 2(g) EGDN Carbondioxid Vand Nitrogen EGDN er et enhedssprængstof i oxygenbalance Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Inddeling af eksplosivstoffer Detonerende eksplosivstoffer har meget forskellig følsomhed. Nogle detonerer ved berøring med en fjer, mens andre tåler slag med en hammer. Denne naturlige inddeling medfører to kategorier af detonerende eksplosivstoffer: Primære eksplosivstoffer Følsomme eksplosivstoffer, der detonerer ved påvirkning fra stød, gnidning, gnist eller flamme, hvorved andre eksplosivstoffer kan detoneres Sekundære eksplosivstoffer Eksplosivstoffer der kræver kraftig påvirkning for at detonere. Primære eksplosivstoffer anvendes som initiator. Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Inddeling af eksplosivstoffer efter reaktionshastighed Detonerende eksplosivstoffer Primære eksplosivstoffer: Blyazid, blystyphnat, TATP kviksølvfulminat Sekundære eksplosivstoffer: TNT, RDX, NG, EGDN, PETN AN* Eksplosivstoffer Deflagrerende eksplosivstoffer *: Betegnelsen tertiære eksplosivstoffer benyttes til eksplosivstoffer, der kræver en boosterladning for at detonere, eksempelvis AN-baserede eksplosivstoffer. Danmarks Fysik- og Kemilærerforening Drivmidler: Raketdrivmidler, røgsvagt krudt Pyrotekniske satser: Sort krudt, fyrværkerisatser, røgsatser mm. www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Inddeling af eksplosivstoffer efter type Aromatiske nitroforbindelser fx TNT, pikrinsyre, tetryl Organiske nitrater fx NG, EGDN, PETN, NC Enhedssprængstoffer Nitraminer fx RDX, HMX Salte fx blyazid, kviksølvfulminat, AN Peroxider fx TATP, HMTD Eksplosivstoffer Alle komponenter eksplosive fx sprænggelatine (NG+NC) Blandingssprængstoffer Eksplosive og ikke-eksplosive fx ANFO Ingen komponenter eksplosive fx pyrotekniske blandinger Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Eksplosivstofstyrke Styrken af et eksplosivstof kan ikke karakteriseres ved en enkelt parameter. Egenskaberne beskrives typisk ved angivelse af Eksplosionsvarme Detonationshastighed Specifikt gasvolumen Oxygenbalance Blyblokudvidelse Stød- og friktionsfølsomhed Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Eksplosionsvarme og detonationshastighed Energiudviklingen ved en eksplosion kaldes eksplosionsvarmen og angives ofte i enheden k. J/g. Reaktionshastigheden, ikke den udviklede energimængde, er afgørende for om en kemisk reaktion forløber eksplosivt. Detonationshastigheden angiver den lineære reaktionshastighed i eksplosivstoffet og angives normalt i m/s eller km/s. Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Specifikt gasvolumen og følsomhed Ved detonation af eksplosivstoffer dannes store mængder gas. Volumen af disse gasser, omregnet til 1 atm. og 0 °C, betegnes det specifikke gasvolumen og angives i enheden L/kg. Jo større gasmængde der dannes, jo kraftigere er eksplosivstoffet. Følsomheden af et eksplosivstof er den lethed, hvormed man kan udløse en detonation ved mekanisk påvirkning. Af speciel interesse er stødfølsomheden og friktionsfølsomheden. Eksplosivstoffer kan godt være overordentligt friktionsfølsomme uden at være særlig stødfølsomme. Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Friktionsfølsomhed (N) TATP HMTD Blyazid Blystyphnat Kviksølvfulminat PETN RDX HMX Tetryl TNT AN KCl. O 4 + Al Sort krudt Danmarks Fysik- og Kemilærerforening 0, 1 1, 5 3 Primære eksplosivstoffer 60 120 353 >353 Sekundære eksplosivstoffer 60 -120 >353 Pyroteknik www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Blyblokprøven (Trauzl’s test) Eksplosivstof EGDN PETN NG RDX HMX Tetryl Nitromethan HMTD TNB ANFO TNT Ureanitrat TATP DNT AN Blyazid KCl. O 4 + Al Sort krudt Danmarks Fysik- og Kemilærerforening Testværdi (cm³/10 g) 620 523 520 480 410 400 330 325 316 300 270 250 240 180 110 Blyblokudvidelsen bruges som mål 80 for den energi, der frigøres ved 30 detonation af et eksplosivstof www. brs. dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer Tak for i dag… Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www. brs. dk