【大綱考試內(nèi)容要求】：
1.了解爆炸的機(jī)理及其分類；
2.熟悉各種爆炸的反應(yīng)歷程。
3.了解爆炸極限的影響因素；
【教材內(nèi)容】：
第二節(jié) 爆炸基本概念
一、爆炸的概念
(一)爆炸的機(jī)理及其分類
在自然界中存在各種爆炸現(xiàn)象。廣義地講，爆炸是物質(zhì)系統(tǒng)的一種極為迅速的物理的或化學(xué)的能量釋放或轉(zhuǎn)化過程，是系統(tǒng)蘊(yùn)藏的或瞬間形成的大量能量在有限的體積和極短的時(shí)間內(nèi)，驟然釋放或轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。在這種釋放和轉(zhuǎn)化的過程中，系統(tǒng)的能量將轉(zhuǎn)化為機(jī)械功以及光和熱的輻射等。
爆炸可以由不同的原因引起，但不管是何種原因引起的爆炸，歸根結(jié)底必須有一定的能源。按照能量的來源，爆炸可以分為三類，即物理爆炸、化學(xué)爆炸和核爆炸。
(1)物理爆炸。物理爆炸是由系統(tǒng)釋放物理能引起的爆炸。例如，
高壓蒸汽鍋爐當(dāng)過熱蒸汽壓力超過鍋爐能承受的程度時(shí)，鍋爐破裂，高壓蒸汽驟然釋放出來，形成爆炸；
隕石落地、高速?gòu)椡鑼?duì)目標(biāo)的撞擊等物體高速碰撞時(shí)，物體高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的功能，在碰撞點(diǎn)的局部區(qū)域內(nèi)迅速轉(zhuǎn)化為熱能，使受碰撞部位的壓力和溫度急劇升高，并在碰撞部位材料發(fā)生急劇變形，伴隨巨大響聲，形成爆炸現(xiàn)象；
自然界中的雷電也屬于物理爆炸，它是由帶有不同電荷的云塊間發(fā)生強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象，使能量在10-6～10-7s內(nèi)釋放出來，放電區(qū)達(dá)到極大的能量密度和高溫，導(dǎo)致放電區(qū)空氣壓力急劇升高并迅速膨脹，對(duì)周圍空氣產(chǎn)生強(qiáng)烈擾動(dòng)，從而形成閃電雷鳴般的爆炸現(xiàn)象；
高壓電流通過細(xì)金屬絲時(shí)，溫度可達(dá)到2×104℃，使金屬絲瞬間化為氣態(tài)而引起爆炸現(xiàn)象；
此外，地震和火山爆發(fā)等現(xiàn)象也能屬于物理爆炸。
總之，物理爆炸是機(jī)械能或電能的釋放和轉(zhuǎn)化過程，參與爆炸的物質(zhì)只是發(fā)生物理狀態(tài)或壓力的變化，其性質(zhì)和化學(xué)成分不發(fā)生改變。
(2)化學(xué)爆炸。化學(xué)爆炸是由于物質(zhì)的化學(xué)變化引起的爆炸，如炸藥爆炸，可燃?xì)怏w(甲烷、乙炔等)爆炸。
懸浮于空氣中的粉塵(煤粉、面粉等)以一定的比例與空氣混合時(shí)，在一定的條件下所產(chǎn)生的爆炸也屬于化學(xué)爆炸。
化學(xué)爆炸是通過化學(xué)反應(yīng)，將物質(zhì)內(nèi)潛在的化學(xué)能，在極短的時(shí)間內(nèi)釋放出來，使其化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物處于高溫、高壓狀態(tài)的結(jié)果。
一般氣體爆炸和粉塵爆炸的壓力可以達(dá)到2×106Pa，高能炸藥爆炸時(shí)的爆轟壓可達(dá)2×1010Pa以上，二者爆炸時(shí)產(chǎn)物的溫度均可達(dá)到3×103~5×103K，因而使爆炸產(chǎn)物急劇向周圍膨脹，產(chǎn)生強(qiáng)沖擊波，造成對(duì)周圍介質(zhì)的破壞。化學(xué)爆炸時(shí)，參與爆炸的物質(zhì)在瞬間發(fā)生分解或化合，變成新的爆炸產(chǎn)物。
(3)核爆炸。核爆炸是核裂變(如原子彈是用鈾235、钚239裂變)、核聚變(如氫彈是用氘、氚或鋰核的聚變)反應(yīng)所釋放出的巨大核能引起的。核爆炸反應(yīng)釋放的能量比炸藥爆炸時(shí)放出的化學(xué)能大的多，核爆炸中心溫度可達(dá)數(shù)107K，壓力可達(dá)1015Pa以上，同時(shí)產(chǎn)生極強(qiáng)的沖擊波、光輻射和粒子的貫穿輻射等，比炸藥爆炸具有更大的破壞力。化學(xué)爆炸和核爆炸反應(yīng)都是在微秒量級(jí)的時(shí)間內(nèi)完成的。
綜上所述，爆炸過程表現(xiàn)為兩個(gè)階段，在第一階段中，物質(zhì)的(或系統(tǒng)的)潛在能以一定的方式轉(zhuǎn)化為強(qiáng)烈的壓縮能；第二階段，壓縮急劇膨脹，對(duì)外做功，從而引起周圍介質(zhì)的變形、移動(dòng)和破壞。不管由何種能源引起的爆炸，它們都同時(shí)具備兩個(gè)特征，即能源具有極大的能量密度和極大的能量釋放速度。
按反應(yīng)相態(tài)的不同爆炸可分為以下3類：
(1)氣相爆炸。它包括可燃性氣體和助燃性氣體混合物的爆炸；氣體的分解爆炸；液體被噴成霧狀物在劇烈燃燒時(shí)引起的爆炸等。
(2)液相爆炸。它包括聚合爆炸、蒸汽爆炸以及不同液體混合所引起的爆炸。
(3)固相爆炸。它包括爆炸性化合物和混合危險(xiǎn)物質(zhì)的爆炸。
(二)爆炸反應(yīng)歷程
爆炸性物質(zhì)或混合物發(fā)生爆炸有熱反應(yīng)和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)兩種不同的歷程。按照鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論，爆炸性混合物(如可燃性氣體和氧氣)與火源接觸后，活化分子就會(huì)吸收能量而離解為游離基，并與其他分子相互作用形成一系列的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，釋放燃燒熱。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)有直鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)兩種。直鏈反應(yīng)是指每一個(gè)游離基都進(jìn)行自己的連鎖反應(yīng)，如氯和氫屬于這一類反應(yīng)。即氯分子在光的作用下被活化成兩個(gè)氯的游離基，每一個(gè)氯的游離基都進(jìn)行自己的連鎖反應(yīng)，而且每次反應(yīng)只引出一個(gè)新的游離基，即：
Cl2+hv(光量子) = Cl·+ Cl·
Cl·+H2 = HCl + H·
H·+ Cl2 = HCl + Cl·
Cl·+ H2 = HCl + H·
H+ Cl2 = HCl + Cl·
依此類推
Cl·+Cl·= Cl2
H·+H·= H2
支鏈反應(yīng)是指在反應(yīng)中一個(gè)游離基能生成一個(gè)以上的新的游離基，如氫和氧的連鎖反應(yīng)屬于此類反應(yīng)，其反應(yīng)歷程為：
I H2+ O2 = 2 OH·
Ⅱ OH·+H2 = H2O +H·
Ⅲ H·+ O2 = OH+O·
Ⅳ O·+H2= OH·+H·
鏈?zhǔn)椒磻?yīng)歷程大致分為3個(gè)階段：
(1)鏈引發(fā)，游離基生成。
(2)鏈傳遞，游離基作用于其他參與反應(yīng)的化合物，產(chǎn)生新的游離基。
(3)鏈終止，即游離基的消耗，使連鎖反應(yīng)終止。
鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度可用下式表示：
式中F(c)——反應(yīng)物濃度函數(shù)；
f s——鏈在器壁上銷毀因數(shù)；
f c——鏈在氣相上銷毀因數(shù)；
A——與反應(yīng)物濃度有關(guān)的函數(shù)；
a ——鏈的分支數(shù)，在直鏈反應(yīng)中n=l，支鏈反應(yīng)中n>1。
熱反應(yīng)歷程是指危險(xiǎn)物受熱發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)在某一定空間內(nèi)進(jìn)行時(shí)，如果散熱不良會(huì)使反應(yīng)溫度不斷提高，溫度的提高又會(huì)使反應(yīng)速度加快，使得熱大于失熱，導(dǎo)致爆炸發(fā)生。
至于什么情況下發(fā)生熱反應(yīng)，什么情況下發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，需根據(jù)具體情況而定，甚至同一爆炸性混合物在不同條件下有時(shí)也會(huì)有所不同。圖2 3所示為氫和氧按完全反應(yīng)的濃度(2H2+O2)組成的混合氣發(fā)生爆炸的溫度和壓力區(qū)間。從圖中可以看出，當(dāng)壓力很低且溫度不高時(shí)(如在溫度500℃和壓力不超過200 Pa時(shí))，由于游離基很容易擴(kuò)散到器壁上銷毀，此時(shí)連鎖中斷速度超過支鏈產(chǎn)生速度，因而反應(yīng)進(jìn)行較慢，混合物不會(huì)發(fā)生爆炸；當(dāng)溫度為500℃，壓力升高到200Pa和6666 Pa之間時(shí)(如圖中的a和b點(diǎn)之間)，由于產(chǎn)生支鏈速度大于銷毀速度，鏈反應(yīng)很猛烈，就會(huì)發(fā)生爆炸；當(dāng)壓力繼續(xù)提高，超過b點(diǎn)(大于6666 Pa)以后，由于混合物內(nèi)分子的濃度增高，容易發(fā)生鏈中斷反應(yīng)，致使游離基銷毀速度又超過鏈產(chǎn)生速度，鏈反應(yīng)速度趨于緩和，混合物又不會(huì)發(fā)生爆炸了。
圖2—3中a和b點(diǎn)時(shí)的壓力，即200Pa和6666 Pa，分別是混合物在低限和爆炸高限。隨著溫度增加，爆炸極限會(huì)變寬。這是由于鏈反應(yīng)需要有鏈分支反應(yīng)速度隨溫度升高而增加，而鏈終止的反應(yīng)卻隨溫度的升高而降低，故升高溫度對(duì)產(chǎn)生鏈反應(yīng)有利，結(jié)果使爆炸極限變寬，在圖上呈現(xiàn)半島形，當(dāng)壓力再升高超過c點(diǎn)(大于666610 Pa)時(shí)，開始出現(xiàn)下列反應(yīng)：
H·+ O2——HO2·
HO2·+ H2——H·+ H2O2
HO2·+ H2O——OH·+ H2O2
產(chǎn)生游離基H·和OH·這兩個(gè)反應(yīng)是放熱的，結(jié)果使反應(yīng)釋放出的熱量超過從器壁散失的熱量，從而使混合物的溫度升高，進(jìn)一步加快反應(yīng)，促使釋放出更多的熱量，導(dǎo)致熱爆炸的發(fā)生。
【例題】：懸浮于空氣中的粉塵(煤粉、面粉等)以一定的比例與空氣混合時(shí)，在一定的條件下所產(chǎn)生的爆炸，屬于（ ）。
A.物理爆炸
B.化學(xué)爆炸
C. 碰撞爆炸
D. 機(jī)械爆炸
【答案】： B
1.了解爆炸的機(jī)理及其分類；
2.熟悉各種爆炸的反應(yīng)歷程。
3.了解爆炸極限的影響因素；
【教材內(nèi)容】：
第二節(jié) 爆炸基本概念
一、爆炸的概念
(一)爆炸的機(jī)理及其分類
在自然界中存在各種爆炸現(xiàn)象。廣義地講，爆炸是物質(zhì)系統(tǒng)的一種極為迅速的物理的或化學(xué)的能量釋放或轉(zhuǎn)化過程，是系統(tǒng)蘊(yùn)藏的或瞬間形成的大量能量在有限的體積和極短的時(shí)間內(nèi)，驟然釋放或轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。在這種釋放和轉(zhuǎn)化的過程中，系統(tǒng)的能量將轉(zhuǎn)化為機(jī)械功以及光和熱的輻射等。
爆炸可以由不同的原因引起，但不管是何種原因引起的爆炸，歸根結(jié)底必須有一定的能源。按照能量的來源，爆炸可以分為三類，即物理爆炸、化學(xué)爆炸和核爆炸。
(1)物理爆炸。物理爆炸是由系統(tǒng)釋放物理能引起的爆炸。例如，
高壓蒸汽鍋爐當(dāng)過熱蒸汽壓力超過鍋爐能承受的程度時(shí)，鍋爐破裂，高壓蒸汽驟然釋放出來，形成爆炸；
隕石落地、高速?gòu)椡鑼?duì)目標(biāo)的撞擊等物體高速碰撞時(shí)，物體高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的功能，在碰撞點(diǎn)的局部區(qū)域內(nèi)迅速轉(zhuǎn)化為熱能，使受碰撞部位的壓力和溫度急劇升高，并在碰撞部位材料發(fā)生急劇變形，伴隨巨大響聲，形成爆炸現(xiàn)象；
自然界中的雷電也屬于物理爆炸，它是由帶有不同電荷的云塊間發(fā)生強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象，使能量在10-6～10-7s內(nèi)釋放出來，放電區(qū)達(dá)到極大的能量密度和高溫，導(dǎo)致放電區(qū)空氣壓力急劇升高并迅速膨脹，對(duì)周圍空氣產(chǎn)生強(qiáng)烈擾動(dòng)，從而形成閃電雷鳴般的爆炸現(xiàn)象；
高壓電流通過細(xì)金屬絲時(shí)，溫度可達(dá)到2×104℃，使金屬絲瞬間化為氣態(tài)而引起爆炸現(xiàn)象；
此外，地震和火山爆發(fā)等現(xiàn)象也能屬于物理爆炸。
總之，物理爆炸是機(jī)械能或電能的釋放和轉(zhuǎn)化過程，參與爆炸的物質(zhì)只是發(fā)生物理狀態(tài)或壓力的變化，其性質(zhì)和化學(xué)成分不發(fā)生改變。
(2)化學(xué)爆炸。化學(xué)爆炸是由于物質(zhì)的化學(xué)變化引起的爆炸，如炸藥爆炸，可燃?xì)怏w(甲烷、乙炔等)爆炸。
懸浮于空氣中的粉塵(煤粉、面粉等)以一定的比例與空氣混合時(shí)，在一定的條件下所產(chǎn)生的爆炸也屬于化學(xué)爆炸。
化學(xué)爆炸是通過化學(xué)反應(yīng)，將物質(zhì)內(nèi)潛在的化學(xué)能，在極短的時(shí)間內(nèi)釋放出來，使其化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物處于高溫、高壓狀態(tài)的結(jié)果。
一般氣體爆炸和粉塵爆炸的壓力可以達(dá)到2×106Pa，高能炸藥爆炸時(shí)的爆轟壓可達(dá)2×1010Pa以上，二者爆炸時(shí)產(chǎn)物的溫度均可達(dá)到3×103~5×103K，因而使爆炸產(chǎn)物急劇向周圍膨脹，產(chǎn)生強(qiáng)沖擊波，造成對(duì)周圍介質(zhì)的破壞。化學(xué)爆炸時(shí)，參與爆炸的物質(zhì)在瞬間發(fā)生分解或化合，變成新的爆炸產(chǎn)物。
(3)核爆炸。核爆炸是核裂變(如原子彈是用鈾235、钚239裂變)、核聚變(如氫彈是用氘、氚或鋰核的聚變)反應(yīng)所釋放出的巨大核能引起的。核爆炸反應(yīng)釋放的能量比炸藥爆炸時(shí)放出的化學(xué)能大的多，核爆炸中心溫度可達(dá)數(shù)107K，壓力可達(dá)1015Pa以上，同時(shí)產(chǎn)生極強(qiáng)的沖擊波、光輻射和粒子的貫穿輻射等，比炸藥爆炸具有更大的破壞力。化學(xué)爆炸和核爆炸反應(yīng)都是在微秒量級(jí)的時(shí)間內(nèi)完成的。
綜上所述，爆炸過程表現(xiàn)為兩個(gè)階段，在第一階段中，物質(zhì)的(或系統(tǒng)的)潛在能以一定的方式轉(zhuǎn)化為強(qiáng)烈的壓縮能；第二階段，壓縮急劇膨脹，對(duì)外做功，從而引起周圍介質(zhì)的變形、移動(dòng)和破壞。不管由何種能源引起的爆炸，它們都同時(shí)具備兩個(gè)特征，即能源具有極大的能量密度和極大的能量釋放速度。
按反應(yīng)相態(tài)的不同爆炸可分為以下3類：
(1)氣相爆炸。它包括可燃性氣體和助燃性氣體混合物的爆炸；氣體的分解爆炸；液體被噴成霧狀物在劇烈燃燒時(shí)引起的爆炸等。
(2)液相爆炸。它包括聚合爆炸、蒸汽爆炸以及不同液體混合所引起的爆炸。
(3)固相爆炸。它包括爆炸性化合物和混合危險(xiǎn)物質(zhì)的爆炸。
(二)爆炸反應(yīng)歷程
爆炸性物質(zhì)或混合物發(fā)生爆炸有熱反應(yīng)和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)兩種不同的歷程。按照鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論，爆炸性混合物(如可燃性氣體和氧氣)與火源接觸后，活化分子就會(huì)吸收能量而離解為游離基，并與其他分子相互作用形成一系列的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，釋放燃燒熱。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)有直鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)兩種。直鏈反應(yīng)是指每一個(gè)游離基都進(jìn)行自己的連鎖反應(yīng)，如氯和氫屬于這一類反應(yīng)。即氯分子在光的作用下被活化成兩個(gè)氯的游離基，每一個(gè)氯的游離基都進(jìn)行自己的連鎖反應(yīng)，而且每次反應(yīng)只引出一個(gè)新的游離基，即：
Cl2+hv(光量子) = Cl·+ Cl·
Cl·+H2 = HCl + H·
H·+ Cl2 = HCl + Cl·
Cl·+ H2 = HCl + H·
H+ Cl2 = HCl + Cl·
依此類推
Cl·+Cl·= Cl2
H·+H·= H2
支鏈反應(yīng)是指在反應(yīng)中一個(gè)游離基能生成一個(gè)以上的新的游離基，如氫和氧的連鎖反應(yīng)屬于此類反應(yīng)，其反應(yīng)歷程為：
I H2+ O2 = 2 OH·
Ⅱ OH·+H2 = H2O +H·
Ⅲ H·+ O2 = OH+O·
Ⅳ O·+H2= OH·+H·
鏈?zhǔn)椒磻?yīng)歷程大致分為3個(gè)階段：
(1)鏈引發(fā)，游離基生成。
(2)鏈傳遞，游離基作用于其他參與反應(yīng)的化合物，產(chǎn)生新的游離基。
(3)鏈終止，即游離基的消耗，使連鎖反應(yīng)終止。
鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度可用下式表示：
式中F(c)——反應(yīng)物濃度函數(shù)；
f s——鏈在器壁上銷毀因數(shù)；
f c——鏈在氣相上銷毀因數(shù)；
A——與反應(yīng)物濃度有關(guān)的函數(shù)；
a ——鏈的分支數(shù)，在直鏈反應(yīng)中n=l，支鏈反應(yīng)中n>1。
熱反應(yīng)歷程是指危險(xiǎn)物受熱發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)在某一定空間內(nèi)進(jìn)行時(shí)，如果散熱不良會(huì)使反應(yīng)溫度不斷提高，溫度的提高又會(huì)使反應(yīng)速度加快，使得熱大于失熱，導(dǎo)致爆炸發(fā)生。
至于什么情況下發(fā)生熱反應(yīng)，什么情況下發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，需根據(jù)具體情況而定，甚至同一爆炸性混合物在不同條件下有時(shí)也會(huì)有所不同。圖2 3所示為氫和氧按完全反應(yīng)的濃度(2H2+O2)組成的混合氣發(fā)生爆炸的溫度和壓力區(qū)間。從圖中可以看出，當(dāng)壓力很低且溫度不高時(shí)(如在溫度500℃和壓力不超過200 Pa時(shí))，由于游離基很容易擴(kuò)散到器壁上銷毀，此時(shí)連鎖中斷速度超過支鏈產(chǎn)生速度，因而反應(yīng)進(jìn)行較慢，混合物不會(huì)發(fā)生爆炸；當(dāng)溫度為500℃，壓力升高到200Pa和6666 Pa之間時(shí)(如圖中的a和b點(diǎn)之間)，由于產(chǎn)生支鏈速度大于銷毀速度，鏈反應(yīng)很猛烈，就會(huì)發(fā)生爆炸；當(dāng)壓力繼續(xù)提高，超過b點(diǎn)(大于6666 Pa)以后，由于混合物內(nèi)分子的濃度增高，容易發(fā)生鏈中斷反應(yīng)，致使游離基銷毀速度又超過鏈產(chǎn)生速度，鏈反應(yīng)速度趨于緩和，混合物又不會(huì)發(fā)生爆炸了。
圖2—3中a和b點(diǎn)時(shí)的壓力，即200Pa和6666 Pa，分別是混合物在低限和爆炸高限。隨著溫度增加，爆炸極限會(huì)變寬。這是由于鏈反應(yīng)需要有鏈分支反應(yīng)速度隨溫度升高而增加，而鏈終止的反應(yīng)卻隨溫度的升高而降低，故升高溫度對(duì)產(chǎn)生鏈反應(yīng)有利，結(jié)果使爆炸極限變寬，在圖上呈現(xiàn)半島形，當(dāng)壓力再升高超過c點(diǎn)(大于666610 Pa)時(shí)，開始出現(xiàn)下列反應(yīng)：
H·+ O2——HO2·
HO2·+ H2——H·+ H2O2
HO2·+ H2O——OH·+ H2O2
產(chǎn)生游離基H·和OH·這兩個(gè)反應(yīng)是放熱的，結(jié)果使反應(yīng)釋放出的熱量超過從器壁散失的熱量，從而使混合物的溫度升高，進(jìn)一步加快反應(yīng)，促使釋放出更多的熱量，導(dǎo)致熱爆炸的發(fā)生。
【例題】：懸浮于空氣中的粉塵(煤粉、面粉等)以一定的比例與空氣混合時(shí)，在一定的條件下所產(chǎn)生的爆炸，屬于（ ）。
A.物理爆炸
B.化學(xué)爆炸
C. 碰撞爆炸
D. 機(jī)械爆炸
【答案】： B