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

Kemisk Beredskabs rolle i bombeberedskabet 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 handler grundlæggende om redoxreaktioner… Pyroteknik & eksplosivstoffer Pyroteknik Pyroteknik handler grundlæggende om redoxreaktioner… Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www.brs.dk

Pyroteknik & eksplosivstoffer 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

Pyroteknik Oxidationsmidler Reduktionsmidler Perchlorater (ClO4-): Pyroteknik & eksplosivstoffer Pyroteknik Oxidationsmidler Reduktionsmidler Perchlorater (ClO4-): KClO4, NaClO4, NH4ClO4 Metaller: Aluminium, magnesium, magnalium, titan, jern Chlorater (ClO3-): KClO3, NaClO3 Organiske forbindelser: Sucrose, lactose, phthalater, benzoater, salicylater, glycerin Nitrater (NO3-): KNO3, NaNO3, NH4NO3, BaNO3 Oxidationsevne Permanganater (MnO4-): KMnO4 Carbon Dichromater (Cr2O72-): (NH4)2Cr2O7 Svovl Phosphor Chromater (CrO42-): BaCrO4 Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www.brs.dk

Demonstrationsforsøg 1 Pyroteknik & eksplosivstoffer Demonstrationsforsøg 1 Kaliumnitrat og sukker (hvid røg) 48 KNO3 + 5 C12H22O11  24 K2CO3 + 24 N2 + 36 CO2 + 55 H2O Kaliumchlorat og svovl (friktionsfølsomt) 2 KClO3 + 3 S  2 KCl + 3 SO2 Kaliumchlorat og phosphor (stødfølsomt) 10 KClO3 + 3 P4  10 KCl + 6 P2O5 Danmarks Fysik- og Kemilærerforening

Oxidations- og reduktionsmidler Pyroteknik & eksplosivstoffer Oxidations- og reduktionsmidler Almindelige oxidationsmidler Perchlorater (KClO4, NH4ClO4) Nitrater (KNO3, NaNO3, Ba(NO3)2, Sr(NO3)2) Chlorater (KClO3, NaClO3, Ba(ClO3)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

Farvegivere Strontiumsalte (SrCO3, Sr(NO3)2) Pyroteknik & eksplosivstoffer Farvegivere Bariumsalte (Ba(NO3)2) Strontiumsalte (SrCO3, Sr(NO3)2) Kobberforbindelser (CuO, CuCO3) Natriumforbindelser (Na2C2O4, Na3AlF6) Mix af strontium- og natriumforbindelser Mix af strontium- og kobberforbindelser Antimonforbindelser (Sb2S3) Bismuthforbindelser (knitre-effekt) Titanpulver (hvid/sølv) Danmarks Fysik- og Kemilærerforening

Pyroteknik & eksplosivstoffer Farvegivere På nær natriums gule farve gives alle øvrige farver af chlorid-forbindelser af det brugte metal SrCl 620-640 nm BaCl 505-535 nm CuCl 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 57 % Cl Hexachlorbenzen 75 % Cl Danmarks Fysik- og Kemilærerforening

Demonstrationsforsøg 2 Pyroteknik & eksplosivstoffer Demonstrationsforsøg 2 Kaliumchlorat og sukker 8 KClO3 + C12H22O11  8 KCl + 12 CO2 + 11 H2O Sukker og svovlsyre (dehydrering) 2 C12H22O11 + 11 H2SO4  24 C + 11 H2SO4•2 H2O Kaliumchlorat og svovlsyre KClO3 + H2SO4  KHSO4 + HClO3 3 HClO3  HClO4 + 2 ClO2 + H2O 2 ClO2  Cl2 + 2 O2 Danmarks Fysik- og Kemilærerforening

Eksplosivstoffer Forsøg på definition 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

Initiering på fem måder 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) TNT Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www.brs.dk

Eksempler - blandingssprængstoffer Pyroteknik & eksplosivstoffer Eksempler - blandingssprængstoffer Blitzknald 8 Al(s) + 3 KClO4(s) → 4 Al2O3(s) + 3 KCl(s) Aluminium Kaliumperchlorat Aluminiumoxid Kaliumchlorid Aluminium fungerer som brændsel (reduktionsmiddel) Kaliumperchlorat fungerer som oxygenkilde (oxidationsmiddel) Sort krudt 72 KNO3(s) + 30 S(s) + 15 C6H2O(s) → Kaliumnitrat Svovl Trækul 60 CO2(g) + 14 CO(g) + 3 CH4(g) + 3 H2S(g) + 6 H2(g) + 36 N2(g) + 12 K2CO3(s) + 13 K2SO4(s) + 8 K2S(s) + 3 K2S2O3(s) +C(s) Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www.brs.dk

Eksempler - enhedssprængstoffer Pyroteknik & eksplosivstoffer Eksempler - enhedssprængstoffer Nitroglycerin 4 C3H5(ONO2)3 → 12 CO2(g) + 10 H2O(g) + 6 N2(g) + O2(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 (CH2ONO2)2 → 2 CO2(g) + 2 H2O(g) + N2(g) EGDN Carbondioxid Vand Nitrogen EGDN er et enhedssprængstof i oxygenbalance Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www.brs.dk

Inddeling af eksplosivstoffer 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

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

Blandings- sprængstoffer Pyroteknik & eksplosivstoffer Inddeling af eksplosivstoffer efter type Eksplosivstoffer Enheds- sprængstoffer Blandings- sprængstoffer Eksplosive og ikke-eksplosive fx ANFO Ingen komponenter eksplosive fx pyrotekniske blandinger Alle komponenter eksplosive fx sprænggelatine (NG+NC) Aromatiske nitroforbindelser fx TNT, pikrinsyre, tetryl Peroxider fx TATP, HMTD Nitraminer fx RDX, HMX Salte fx blyazid, kviksølvfulminat, AN Organiske nitrater fx NG, EGDN, PETN, NC 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

Eksplosionsvarme og detonationshastighed Pyroteknik & eksplosivstoffer Eksplosionsvarme og detonationshastighed Energiudviklingen ved en eksplosion kaldes eksplosionsvarmen og angives ofte i enheden kJ/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

Specifikt gasvolumen og følsomhed 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

Friktionsfølsomhed (N) Pyroteknik & eksplosivstoffer Friktionsfølsomhed (N) TATP HMTD Blyazid Blystyphnat Kviksølvfulminat PETN RDX HMX Tetryl TNT AN 0,1 1,5 3 60 120 353 >353 Primære eksplosivstoffer Sekundære eksplosivstoffer KClO4 + Al Sort krudt 60-120 >353 Pyroteknik Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www.brs.dk

Blyblokprøven (Trauzl’s test) Pyroteknik & eksplosivstoffer Blyblokprøven (Trauzl’s test) Eksplosivstof Testværdi (cm³/10 g) EGDN 620 PETN 523 NG 520 RDX 480 HMX 480 Tetryl 410 Nitromethan 400 HMTD 330 TNB 325 ANFO 316 TNT 300 Ureanitrat 270 TATP 250 DNT 240 AN 180 Blyazid 110 KClO4 + Al 80 Sort krudt 30 Blyblokudvidelsen bruges som mål for den energi, der frigøres ved detonation af et eksplosivstof Danmarks Fysik- og Kemilærerforening www.brs.dk

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