Определение теплоты взрыва (горения) по Гессу

В основе расчета теплового эффекта взрывчатого превращения ВВ используется закон Г.Н.Гесса (1840 г.), основанный на первом начале термодинамики.

В соответствии с этим законом тепловой эффект некоторой последовательности химических реакций не зависит от пути превращения исходных веществ в конечные продукты, а определяется только начальным и конечным состояниями системы.

Рис. 4.2. Треугольник Гесса

Вычисление теплот сгорания и взрыва по теплотам образования на основании закона Гесса можно проиллюстрировать схемой, представленной на рис. 4.2, которую называют треугольник Гесса. Вершины углов треугольника соответствуют различным состояниям системы.

Согласно закону Гесса алгебраическая сумма теплот реакций при переходе системы по первому пути (1-2-3) равняется теплоте, выделенной при переходе системы по второму пути (1-3):

(4.12)

и, следовательно, теплота горения или взрыва равняется теплоте образования продуктов взрыва минус теплота образования ВВ.

. (4.13)

или

(4.14)

- суммарная теплота образования продуктов взрыва с учетом числа их грамм-молей - , кДж/моль (ккал/моль). Здесь - теплота образования i-го продукта взрыва;

- суммарная теплота образования компонент ВВ с учетом числа их грамм-молей - , кДж/моль (ккал/моль). Здесь - теплота образования i-ой компоненты ВВ.

Значение теплоты взрыва будет тем выше, чем ниже теплота образования ВВ или его компонент и чем выше теплоты образования ПВ (теплотворная способность горючих элементов).

Теплоты образования компонент ВВ и продуктов взрыва приводятся в термохимических таблицах, например в [5].

Пример 4.3. Определить теплоту взрыва нитроглицерина (глицеринтринитрата).

Реакция взрывчатого превращения нитроглицерина по Бертло (К_б>0) имеет вид

C₃H₅(ONO₂)₃ = 2,5H₂O + 3CO₂ + 1,5N₂ + 0,25O₂.

По термодинамическим таблицам (Приложение 1) находится теплота образования нитроглицерина, равная = 344,5 кДж/моль.

Определяется суммарная теплота образования ПВ для парообразного состояния воды в ПВ ( )

кДж/г-моль,

где q₁ = 240,6 кДж/моль - теплота образования моля H₂O в парообразном состоянии;

q₂ = 395,6 кДж/моль - теплота образования моля CO₂.

Откуда

= 1443,8 кДж/моль.

Для 1 кг ВВ осуществляется перерасчет по формуле

, кДж/кг, (4.15)

где - молекулярный вес ВВ.

Откуда для 1 кг нитроглицерина

, кДж/кг.

Здесь = 227 - молекулярный вес нитроглицерина.

Для многокомпонентных ВВ, если реакция взрывчатого превращения составлена не для 1 кг ВВ, масса ВВ определяется выражением

= М₁m₁ + М₁m₂ +…..+ М_nm_n,

где M₁, M₂… - грамм-молекулярные веса компонентов ВВ;

m₁, m₂… - число молей компонентов ВВ.

Очевидно, при расчете для 1 кг ВВ = 1000 г, а получаемое значение теплоты взрыва имеет размерность кДж/кг или ккал/кг.