thumb|350px|Eksplozja ładunku wybuchowego Wybuch – gwałtowne wydzielenie dużych ilości energii, któremu towarzyszą zwykle nagły wzrost temperatury i ciśnienia oraz emisja promieniowania (np. błyskawica, impuls świetlny wybuchu jądrowego) i fal akustycznych (np. grom dźwiękowy, huk wystrzału). Wybuchy są spowodowane: przebiegiem szybkich egzotermicznych reakcji chemicznych (np. spalania), zwłaszcza reakcji łańcuchowych rozgałęzionych, gwałtownymi zjawiskami fizycznymi (np. wybuchy kotłów parowych i butli gazowych); spośród wybuchów o mechanizmie fizycznym są wyodrębniane – jako odrębna grupa – wybuchy jądrowe. „Wybuchy chemiczne”, np. eksplozje materiałów wybuchowych, wiążą się z powstawaniem dużych ilości gazowych produktów reakcji (pierwotnych i wtórnych), a wskutek tego z występowaniem wielu zjawisk fizycznych, tj. wzrostem objętości, temperatury i ciśnienia (m.in. wzrost objętości gazów w gwałtownie rosnącej temperaturze, parowanie cieczy i sublimacja ciał stałych w strefie wybuchu).
Wybuch powoduje powstanie fali podwyższonego ciśnienia. W zależności od prędkości rozchodzenia się tej fali wyróżnia się m.in. deflagrację (zwaną też „wybuchem właściwym”), detonację (fala podwyższonego ciśnienia nazywana falą uderzeniową) lub eksplozję; pojęcie „eksplozja” bywa też uznawane za synonim „wybuchu”. Przeciwieństwem eksplozji jest implozja.
Rys historyczny thumb|Chińska lanca ognista – pierwsza broń palna thumb |Bitwa o Monte Cassino, rok 1944 Historia badań zjawiska wybuchu ściśle wiąże się z historią rozwoju technologii wytwarzania materiałów wybuchowych i historią broni palnej. Historię technik artyleryjskich rozpoczynały etapy: Do – okres przed wprowadzeniem broni palnej; stosowanie mas zapalających zawierających saletrę, odkrytą w Chinach setki lat przed naszą erą, stanowiącą później główny składnik mieszanek wybuchowych, w tym prochu czarnego. Połowa do połowy – długi okres stosowania broni gładkolufowej i prochu czarnego (w końcu – próby wprowadzenia silniejszych mieszanek wybuchowych, zawierających sól Bertholleta, węgiel i siarkę, zob. proch chloranowy). Od – rozwój chemii organicznej i wprowadzenie nowych gatunków prochu strzelniczego używanego w powszechnej już wówczas broni o lufie gwintowanej (zob. bezdymny proch nitrocelulozowy, kordyt, balistyt). Odkrycie metod otrzymywania i właściwości nitrogliceryny, wiązane z nazwiskami Nikołaja N. Zinina i Alfreda Nobla, doprowadziło do opracowania technologii produkcji mas kruszących (zob. dynamit).
Rozwój technologii kruszących materiałów wybuchowych miał duże znaczenie gospodarcze w okresie nazywanym wiekiem pary i elektryczności – usprawnił np. wydobycie węgla, rud metali i innych surowców. Postęp wiedzy na temat procesu spalania, w tym spalania wybuchowego, umożliwił np. skonstruowanie pierwszych silników spalinowych, a wiedza na temat wybuchów zbiorników ciśnieniowych (butle, autoklawy przemysłowe i.in.) ułatwiła rozwój chemicznych technologii wysokociśnieniowych (np. synteza metodą Habera-Boscha). Znaczna część uruchamianych w tym czasie hut i zakładów chemicznych (w tym instalacje syntezy amoniaku) należała do przemysłu zbrojeniowego. O szybkości rozwoju tej gałęzi przemysłu świadczy zestawienie informacji o liczbie amunicji, wystrzelonej na różnych frontach kilku wojen: wojna francusko-pruska – ok. 650 tys. pocisków zużytych przez Prusy wojna rosyjsko-japońska – ok. 900 tys. pocisków zużytych przez Rosję I wojna światowa – ponad miliard wystrzałów z dział o różnych kalibrach (zużycie ok. pocisków o kalibrze na frontu pod Verdun w czasie 13–26 sierpnia 1917 roku) II wojna światowa – ok. pocisków, min i bomb oraz naboi karabinowych, produkowanych w ZSRR w roku 1944 W czasie trwania II wojny światowej i po jej zakończeniu nastąpił postęp nauki i techniki, który sprawił, że zwielokrotniły się możliwości wykorzystania energii wydzielanej w czasie wybuchów, zarówno prowadzących do zniszczeń (np. historia broni jądrowej), jak ułatwiających np. pokojową eksplorację przestrzeni kosmicznej (zob. silnik rakietowy) lub prowadzenie takich procesów technicznych, jak platerowanie wybuchem. Wiedza o mechanizmach wybuchów (m.in. mechanizmach reakcji chemicznych i procesów fizykochemicznych lub dynamice płynów) oraz ich termodynamice ułatwia też wyjaśnienie niektórych gwałtownych zjawisk naturalnych, np. eksplozji parowych na wybrzeżach wysp wulkanicznych lub freatycznych erupcji wulkanów (o podobnym mechanizmie).
Definicje i klasyfikacja thumb|Schemat eksplozji (na górze) i implozji (na dole) Według jednej z dawnych, ogólnych definicji pojęcia „wybuch”, jest on zjawiskiem:
Definicja odwołuje się do fizycznego pojęcia równowagi termodynamicznej i zmian stanu układu, zachodzących zgodnie z zasadami termodynamiki, w tym termodynamiki chemicznej. Według pierwszej zasady termodynamiki wielkość pracy (symbole lub ) – wykonywanej na układzie przez otoczenie lub przez układ na otoczeniu (np. przesunięcie tłoka silnika spalinowego, przepływ prądu elektrycznego, przemieszczenia lub zniszczenia obiektów w otoczeniu) – i ilości energii wymienianej z otoczeniem na sposób ciepła (Q) – jest związana ze zmianą energii wewnętrznej (ΔU) układu:
Od innych procesów zmiany stanu układu wybuch odróżnia jego gwałtowność, sprawiająca, że proces jest trudny do opanowania (kontroli przebiegu i przewidywania ostatecznych skutków). Może mieć charakter fizyczny (np. awarie zbiorników i rurociągów ciśnieniowych, gwałtowna przemiana fazowa wody w parę) lub chemiczny (najczęściej spalanie).
thumb|center|600px|Klasyfikacja wybuchów:♦ wybuchy chemiczne (np. rozgałęzione reakcje łańcuchowe),– homogeniczne, zachodzące w całej masie, inicjowane cieplnie/termicznie (ang. thermal runaway) lub fotochemicznie,– heterogeniczne (przemieszczający się front reakcji),♦ wybuchy fizyczne (gwałtowne wydzielenie się energii mechanicznej, np. wzrost ciśnienia, BLEVE)
thumb|Salwa z pancernika USS Iowa (BB-61); woda obrazuje falę uderzeniową thumb|Struktura fali detonacyjnej według modelu ZND (Zaldowicza, Neumanna i Döringa) Wyodrębnia się dwa typy wybuchów chemicznych: homogeniczne – zachodzące w całej objętości palnej mieszaniny, z gwałtownym wzrostem temperatury w tej objętości; możliwe jest tu występowanie wybuchów cieplnych/termicznych lub fotochemicznych (chemiczny wybuch cieplny zachodzi wówczas, gdy ilość wydzielanego ciepła reakcji jest większa od ciepła oddawanego do otoczenia, a spowodowany tym wzrost temperatury układu zwiększa szybkość reakcji) heterogeniczne – w których strefa reakcji (np. płomień) przemieszcza się przez mieszaninę palną z określoną prędkością: mniejszą niż prędkość dźwięku – deflagracja, inaczej „wybuchowe spalanie”, zakres prędkości: , ciśnienie przed frontem fali do , temperatura do większą od prędkości dźwięku – detonacja, „wybuch detonacyjny” związany z burzliwym charakterem przepływu mieszaniny, który umożliwia auto-przyspieszenie frontu płomienia i fali ciśnienia, nazywanej w tym przypadku falą uderzeniową; strefa reakcji przemieszcza się z szybkością lub większą (do dla cieczy lub ciał stałych), a ciśnienie osiąga 20–40 barów; gwałtowne adiabatyczne sprężanie w fali uderzeniowej – sprężanie uderzeniowe – powoduje ogrzanie reagentów powyżej temperatury zapłonu i dalszą propagację wybuchu, na tyle szybką, że strefa reakcji nie jest wyprzedzana przez falę ciśnienia (uniemożliwia to wykorzystywanie ciśnienia jako sygnału ostrzegawczego w systemach ochronnych)
W nomenklaturze saperskiej jako kryterium stosowana jest wartość rozchodzenia się fali uderzeniowej: deflagracja (wybuch właściwy) – prędkość fali uderzeniowej eksplozja – prędkość fali uderzeniowej , ale mniejsza od maksymalnej detonacja – prędkość fali uderzeniowej (detonacyjnej) maksymalna dla danego materiału w danych warunkach, z zachowaniem warunku (zob. lista prędkości detonacji związków wybuchowych)
Wybuch tej samej substancji chemicznej może mieć charakter deflagracji, detonacji lub eksplozji, ponieważ prędkość rozchodzenia się fali ciśnienia zależy od właściwości tej substancji (np. masy, stopnia sprasowania, wilgotności, zawartości domieszek) oraz od warunków zewnętrznych (przestrzeń otwarta lub zamknięta, laminarny lub burzliwy przepływ gazów, temperatura i wilgotność powietrza). Ilustrują to poniższe przykłady: prędkość rozchodzenia się fali ciśnienia przy detonacji heksylu jest zależna od jego gęstości: – – – nitroceluloza ulega podczas ogrzewania rozkładowi, którego szybkość zależy od stopnia znitrowania, temperatury i czasu ogrzewania; może być bez rozkładu ogrzewana przez kilka tygodni w temperaturze ok. ; w temperaturze po kilku godzinach ulega denitracji (z wydzielaniem tlenków azotu); wybucha w zakresie temperatur (prędkość detonacji ) piorunian rtęci(II) należy do najbardziej wrażliwych materiałów inicjujących, jednak przy zawartości 10% wilgoci pali się bez detonacji, a przy 30% – nie zapala się Zgodnie z nomenklaturą saperską tzw. Wielki Wybuch miał charakter detonacji, a nie wybuchu.
Mechanizm wybuchów Do wybuchów prowadzą reakcje nazywane łańcuchowymi, często rozgałęzione, wśród których wyróżnia się: wiele rodnikowych reakcji następczych, w których rodniki powstające w kolejnych etapach biorą udział w etapach następnych przemiany jądrowe, np. reakcje rozszczepienia, w których produkty kolejnych etapów, np. neutrony, biorą udział w etapach następnych
Wybuchy chemiczne Typową reakcją chemiczną, która przebiega w określonych warunkach jako reakcja wybuchowa, jest reakcja spalania, np. spalanie wodoru w tlenie, z utworzeniem wody. Mechanizm takich reakcji był przedmiotem badań Nikołaja Siemionowa i Cyrila Hinshelwooda, którzy za swoje prace otrzymali w roku 1956 Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. W przebiegu reakcji łańcuchowych – nie zawsze prowadzących do wybuchu – zachodzą liczne reakcje proste, które podzielono na trzy typy: reakcje inicjujące łańcuch, zachodzące w stosunkowo powolnym indukcyjnym okresie reakcji łańcuchowej, prowadzące do powstania cząsteczek aktywnych (zwykle rodników) i wydzielania energii, która nie jest dostatecznie szybko odprowadzana z układu reakcje rozwijające łańcuch, w których aktywne produkty reakcji inicjujących są substratami, a powstają kolejne cząstki aktywne – jedna lub więcej (początek rozgałęzienia łańcucha) reakcje przerywające łańcuch (nieprowadzące do powstania cząstek aktywnych)
W przypadku spalania wodoru w tlenie zachodzą m.in. reakcje inicjujące łańcuch: reakcje rozwijające łańcuch bez jego rozgałęzienia, np.: reakcje rozwijające łańcuch z jego rozgałęzieniem, np.: Trzeci z wymienionych przykładów reakcji rozwijających łańcuch wymaga zajścia potrójnych zderzeń reagentów (zob. teoria zderzeń), które są znacznie mniej prawdopodobne od zderzeń podwójnych. W przykładzie czwartym symbol M oznacza składnik niebędący reagentem, lecz zmniejszający szybkość reakcji jako czynnik odbierający nadmiar energii. Reakcjami przerywającymi łańcuch są np. zderzenia rodników z odbierającymi nadmiar energii cząsteczkami chemicznymi w fazie gazowej (np. cząsteczkami substancji przeciwstukowych, dodawanych do paliw, zob. liczba oktanowa), cząstkami pyłu lub ściankami naczynia (jego kształt może sprzyjać zahamowaniu procesu).