Výbušnina je chemická látka alebo zmes látok, ktorá je schopná mimoriadne rýchlej exotermickej reakcie spojenej s vytvorením veľkého objemu plynov s vysokou teplotou.
K spusteniu reakcie dochádza iniciáciou mechanickým, termickým (teplotným), elektrickým podnetom alebo detonačnou vlnou. Zmesné výbušniny môžu obsahovať látky výbušnej povahy (výbušniny), pomocné látky upravujúce požadované vlastnosti zmesnej výbušniny, i látky, ktoré samotné nie sú výbušné. Súčasťou zmesnej výbušniny z látok nevýbušnej povahy je spravidla vhodné palivo a okysličovadlo (oxidačné činidlo), ktoré dodá chemickej reakcii kyslík potrebný na horenie, pretože množstvo kyslíku dodaného difúziou z okolitej atmosféry nepostačuje pre zhorenie zmesi v dostatočne krátkom časovom intervale.
Výbušniny sa zaraďujú medzi palivá a niekedy sa označujú aj ako energetické materiály. Pojem energetický materiál je širší a zahrňuje napríklad aj zložky tekutých raketových pohonných hmôt.
Výbuch Výbuch je rýchly fyzikálny alebo fyzikálno-chemický dej, ktorý vedie k náhlemu uvoľneniu vnútornej energie systému. Pri výbuchu dochádza k okamžitému porušeniu rovnovážneho stavu hmotného systému, pričom prechod systému z jedného rovnovážneho stavu do iného prebieha rýchlo, za súčasnej premeny jeho vnútornej energie na mechanickú prácu, čo sa prejaví rozrušením okolia alebo pohybom iného druhu. Výbuch zvyčajne sprevádza tepelný a svetelný efekt a zvukový efekt (ale prítomnosť zvuku nie je podstatný príznak výbuchu, je to prejav rázovej vlny vzniknutej pri výbuchu).
Druhy výbuchov fyzikálny výbuch – náhla zmena fyzikálneho stavu systému – napríklad výbuch parného kotla, elektrický skrat a podobne chemický výbuch – rýchla exotermická chemická reakcia, prebiehajúca za tvorby silne stlačených a zahriatych plynov jadrový výbuch – rýchla reťazová štiepna alebo fúzna reakcia
Podmienky chemického výbuchu vysoká rýchlosť chemickej reakcie exotermickosť chemickej reakcie a jej vysoká teplota samovoľné šírenie chemickej reakcie vznik plynných produktov, ktoré umožnia premenu tepelnej energie na mechanickú prácu
Rozdelenie výbušnín Podľa praktického využitia delíme výbušniny na: Traskaviny – sú ľahko zápalné výbušniny, ktoré zvyčajne slúžia na iniciáciu trhavín alebo strelivín. Vyznačujú sa rýchlym prechodom z explozívneho horenia do detonácie. Pri praktickom použití sú prítomné len v zanedbateľnom množstve, napr. traskavina v rozbuške alebo zápalke nábojnice a pod. Najbežnejšie typy traskavín sú rôzne azidy ťažkých kovov ako je olovo, striebro alebo ortuť, prípadne iné látky, veľmi rozšírený je napríklad Fulminát ortutnatý (populárna traskavá ortuť). Trhaviny – sú výbušniny, ktoré sú za normálnych podmienok relatívne málo citlivé na vonkajšie vplyvy a naopak po iniciácii dokážu vybuchnúť vysokou detonačnou rýchlosťou. Používajú sa zvyčajne na pri trhacie práce v baniach, lomoch, vyhlbovaní tunelov, demoláciách a v náplniach vojenského streliva. Medzi najpoužívanejšie trhaviny patria pentrit, hexogén, trinitrotoluén, ich zmesi, ďalej dynamity a veľké množstvo priemyselných trhavín s rôznym zložením. Veľa zmiešaných trhavín, vojenských, ale predovšetkým priemyselných, využíva ako svoju podstatnú zložku dusičnan amónny. Typickou výbušnou premenou trhavín je detonácia. Pri slabej iniciácii alebo zapálení plameňom mnoho trhavín nedetonuje, ale prejde do explozívneho horenia (v uzatvorenom priestore), alebo zhorí ako normálna organická horľavina (voľne na vzduchu). Prechod trhaviny z detonácie do explozívneho horenia je veľmi nežiaduci jav, pretože deštrukcia obvykle prebehne, ale vo výrazne menšom rozsahu, ako sa plánovalo. Streliviny – sa používajú ako výmetná náplň do nábojníc strelných zbraní pre vojenské, športové i lovecké účely. Ich účelom je dodať strele čo najväčšie mechanické zrýchlenie rýchlym, ale kontrolovaným vývinom veľkého množstva horúcich plynov a vytlačiť strelu z hlavne zbrane čo najväčšou alebo požadovanou rýchlosťou. Príkladom je čierny strelný prach a streliviny na báze nitrocelulózy (strelnej bavlny). K strelivinám patria aj raketové tuhé pohonné hmoty. Typickou výbušnou premenou strelivín je explozívne horenie. Rýchlosť horenia strelivín je premenlivá a závisí od tlaku a teploty pri ktorej ich explozívne horenie prebieha. S rastúcim tlakom a teplotou rýchlosť explozívneho horenia narastá. V krajnom prípade môže explozívne horenie strelivín prejsť až do detonácie – takéto chovanie je ale mimoriadne nežiaduce, pretože má vždy za následok haváriu (čiže roztrieštenie, zničenie) zbrane alebo raketového motoru. Streliviny je možné dostatočne silným impulzom priviesť priamo k detonácii a potom sa chovajú ako trhaviny. Pyrotechnické zmesi -- sú zmesi horľavín, okysličovadiel a ďalších pomocných látok, ktoré vytvárajú príslušný pyrotechnický efekt. Môžu to byť osvetľovacie a signálne zlože, stopovkové zlože, zápalné zlože, zábleskové a výbuškové zlože, zvukové (pískacie) zlože a mnoho ďalších. Typickou výbušnou premenou je takmer výlučne explozívne horenie. Pyrotechnické zmesi sa občas medzi výbušniny nezahŕňajú.
Dôvod delenia výbušnín na trhaviny a traskaviny je predovšetkým praktický, podľa účelu, ale aj podľa vlastností – typickú trhavinu nie je ľahké aktivovať jednoduchým impulzom, traskaviny v množstvách, v akých sa používajú trhaviny, sú mimoriadne nebezpečné. Kým denná výrobná kapacita linky na výrobu tritolu môže byť až desiatky ton, denná kapacita linky na výrobu traskavín predstavuje len desiatky kilogramov traskavej ortuti alebo jednotky kilogramov azidu olovnatého alebo iných traskavín.
Druhy výbušnej premeny Charakteristickým znakom výbušnej premeny akejkoľvek výbušniny je jej vysoká rýchlosť. Tá však môže byť rôzna a líšiť sa až o niekoľko rádov. Rýchlosť výbušnej premeny závisí nielen na druhu výbušniny, ale aj na fyzikálnych podmienkach výbuchu a spôsobe iniciácie a druhu roznetu. Mierkou rýchlosti výbušnej premeny je jej lineárna rýchlosť – teda hrúbka vrstvy vybuchnutej výbušniny za jednotku času meraná v smere šírenia výbuchu. Lineárna rýchlosť výbušnej premeny sa pohybuje v širokom rozmedzí od zlomku milimetrov za sekundu do niekoľko tisíc metrov za sekundu.
Podľa spôsobu prenosu energie medzi vrstvami výbušniny, charaktere priebehu tlaku a smere pohybu výbuchových splodín a rýchlosti šírenia výbušnej premeny rozlišujeme dva základné typy výbušnej premeny:
Explozívne horenie (výbuchové, výbušné horenie) Pri explozívnom horení sa energia (teplo) uvoľnená v reakčnej zóne prenáša na ďalšiu vrstvu nevybuchnutej výbušniny radiáciou (žiarením) a vyvoláva v nej intenzívnu chemickú premenu. Tlak v mieste výbuchovej premeny sa mení postupne (spojito), tlak vo výbušnine, jej okolí a v produktoch výbuchu je približne rovnaký. Plynné produkty výbuchu sa pohybujú proti smeru šírenia výbuchovej premeny (odtekajú z miesta výbuchu do voľného priestoru). Rýchlosť šírenia výbušnej premeny pri explozívnom horení je vždy menšia ako rýchlosť zvuku v splodinách výbuchu.
Rýchlosť explozívneho horenia sa pohybuje v rozmedzí od milimetrov za sekundu do niekoľko sto metrov za sekundu a je veľmi závislá na tlaku pri akom prebieha. Pri normálnom tlaku prebieha explozívne horenie malého množstva výbušniny spravidla celkom bez zvukových prejavov. V uzatvorenom priestore, napríklad v nábojovej komore strelnej zbrane tlak rýchlo rastie, tým sa zvyšuje rýchlosť explozívneho horenia a zasa sa zvyšuje tlak – výsledkom je, že celý dej prebehne rýchlo a strela je vypudená z hlavne s charakteristickým zvukom. Tlak pri explozívnom horení môže dosiahnuť až stovky MPa. Explozívne horenie je typickým druhom výbušnej premeny strelivín.
Aj explozívne horenie môže mať deštrukčné účinky, napríklad roztrhnutie hlavne dela, roztrhnutie spaľovacej komory raketového motoru, alebo rozpojovanie blokov kameňa čiernym strelným prachom. Črepiny vzniknuté pri explozívnom horení sú charakteristické tým, že majú tvar dlhých pásov.
Rýchle a prudké explozívne horenie pri normálnom tlaku, niekedy doprevádzané zvukovým efektom sa nazýva deflagrácia.
Detonácia Detonácia je charakteristická tým, že rýchlosť výbušnej premeny je vyššia ako rýchlosť zvuku v plynných produktoch výbušnej premeny. Energia sa prenáša na ďalšie vrstvy nevybuchnutej výbušniny (rázovou) detonačnou vlnou. V mieste výbušnej premeny prudko, prakticky skokom, narastá tlak a teplota a plyny vzniknuté pri výbušnej premene sa v prvom okamihu pohybujú v smere šírenia výbušnej premeny. Hustota plynov vzniknutých pri výbušnej premene prevyšuje tesne za čelom detonačnej vlny hustotu výbušniny.
Rýchlosť šírenia výbušnej premeny pri detonácii je vysoká, bežne v rozsahu 1 0009 000 ms−1, a takmer nezávisí na tlaku v okolí. Tlak v mieste výbušnej premeny (detonačný tlak) dosahuje hodnoty 1 00020 000 MPa i viac.
Vysoká hodnota detonačného tlaku je príčinou, prečo je okolie miesta detonácie rozrušené. Črepiny vzniknuté pri detonácii sú pomerne malé, viac-menej kruhového alebo štvorcového tvaru.
Výbušniny, predovšetkým niektoré trhaviny, môžu podľa fyzikálnych podmienok výbuchu a spôsobu iniciácie prechádzať z detonácie do explozívneho horenia a z explozívneho horenia do detonácie. Každá detonácia výbušnín začína ako explozívne horenie, ale vo veľmi krátkom čase prejde do detonácie. Aj streliviny môžu prejsť do detonácie, napríklad pokiaľ nie sú iniciované plameňom (ako je obvyklé), ale priamo detonačnou vlnou.
Traskaviny (iniciačné výbušniny) sú charakteristické tým, že na mechanický, tepelný, elektrický alebo iný fyzikálny podnet reagujú výbušnou premenou, explozívnym horením, ktoré na veľmi krátkej dráhe zlomkov milimetru a v množstve zlomkov až jednotiek gramu prechádzajú do detonácie.
Rozdelenie výbušnín podľa chemického zloženia Nitrozlúčeniny Aromatické nitrozlúčeniny Nitroderiváty benzénu – trinitrobenzén, nitrobenzén, dinitrobenzén, tetranitrobenzén, hexanitrobenzén (HNB) Nitroderiváty toluénu – trinitrotoluén, asymetrické deriváty trinitrotoluénu, mononitrotoluén, dinitrotoluén, tetranitrotoluén Nitroderiváty xylénu – trinitroxylén (trinitro-m-xylén) nitrozlúčeniny homológov benzénu Nitroderiváty naftalénu – mononitronaftalén, dinitronaftalén, trinitronaftalén, tetranitronaftalén Nitroderiváty fenolu – trinitrofenol (kyselina pikrová), dinitrofenol, tetranitrofenol, pentanitrofenol deriváty trinitrofenolu (pikráty) – pikrát amónny, pikrát guanidínu, trinitroanizol Nitroderiváty anilínu – hexanitrodifenylamín (hexyl) deriváty trinitroanilínu, amidy
Alifatické nitrozlúčeniny nitroderiváty metánu – tetranitrometán, nitrometán, trinitrometán iné – dinitroetán, sym-tetranitroetán, hexanitroetán, 2,2-dinitropropán
Estery kyseliny dusičnej Estery alkoholov estery glycerolu trinitrát glycerolu dinitrát glycerolu, estery glykolu dietylénglykol dinitrát estery iných alkoholov estery jednomocných alkoholov estery viacmocných alkoholov estery viacmocných alkoholov s rozvetveným reťazcom – pentaerytrittetranitrát (pentrit) estery cyklických alkoholov
Estery sacharidov Nitrocelulóza (strelná bavlna) Nitroškrob
Soli kyseliny dusičnej dusičnan amónny dusičnan hydrazínu dusičnan guanidínu dusičnan močoviny
Nitramíny alifatické nitramíny a nitramidy Nitroguanidín Nitromočovina Dinitrát nitrodietanolamínu (DINA) Etyléndinitramín (EDNA, Haleit) Guanylureadinitramid (FOX-12, GUDN)
aromatické nitramíny trinitrofenylmetylnitramín (tetryl)
heterocyklické nitramíny a nitrózoamíny hexogén oktogén cyklotrimetyléntrinitrózoamín (TMTN) 2,4,6-trinitro-2,4,6-triazacyklohexanón (TNTC, keto-RDX, oxo-RDX)
Klatráty dietylénglykol-dusičnan sodný, dietylénglykol-chloristan sodný
Traskaviny soli kyseliny fulminovej fulminát ortutnatý (traskavá ortuť), fulminát strieborný (traskavé striebro)
soli kyseliny dusíkovodíkovej (azoimidu) Azid olovnatý, azid strieborný azidy halogénov
organické azidy Kyanurtriazid
peroxidy anorganické peroxidy organické peroxidy
acetylén a jeho soli (acetylidy)