¿Qué sucede con la pólvora cuando se moja?

Question

¿Qué sucede con la pólvora y otros explosivos cuando se mojan? Sé que dejan de "funcionar" (dejan de explotar) pero ¿por qué? ¿Es de alguna manera similar al hecho de que la madera mojada arde peor que la seca?

Answer 1

En general, poner explosivos en agua no los evitará de explotar, porque la mayoría de los explosivos ya contienen todos los reactivos necesarios para producir una reacción química explosiva. No necesitan extraer oxígeno del aire, y la reacción ocurre demasiado rápido para que el agua actúe como un disipador de calor.

El "polvo negro" tradicional es una excepción; no explota cuando está mojado. No sé exactamente por qué es esto, pero dos razones plausibles son:

• A diferencia de la mayoría de otros explosivos, el polvo negro es insensible al choque; tiene que ser iniciado con una llama o chispa. El agua puede absorber fácilmente toda la energía calorífica de una llama pequeña, como la que se obtiene de una cápsula de percusión. Esto es similar a cómo es más difícil prender fuego a un árbol vivo que a un tronco seco, pero si el fuego se vuelve lo suficientemente caliente, igualmente se encenderá.

• El polvo negro es un explosivo "bajo", lo que significa que la reacción química ocurre relativamente lentamente (para una explosión), lo que le da al agua más tiempo para absorber energía calorífica y sofocar la reacción.

Además, el polvo negro puede ser permanentemente arruinado por el agua. Esto es porque es una mezcla de salitre (nitrato de potasio, $\ce{KNO3}$), azufre y carbón, y el salitre es soluble en agua. Si lo mojas lo suficiente, el salitre puede ser completamente lavado de la mezcla. Esto no siempre sucede; el proceso de fabricación industrial del polvo negro del siglo XIX involucraba humedecerlo deliberadamente, tanto para hacerlo menos peligroso durante la fabricación, como para hacer que se formen cristales de salitre dentro de cada partícula de carbón. Pero se cuidaron de usar solo la cantidad justa de agua.

Answer 2

Hay algunos problemas con esta pregunta.

pólvora y otros explosivos cuando se mojan? ... (no explotarán más)

"La pólvora y otros explosivos" abarca miles de sustancias, todas con diferentes propiedades. Y: ¿qué tan mojado? Y ¿qué se entiende exactamente por "no explotará" -- hay varios tipos diferentes de explosiones.

Además, la premisa del autor está equivocada. No es cierto que los explosivos, por regla general, se vuelvan no explosivos al mojarse. La mayoría de los explosivos militares y muchos explosivos de construcción/minería son completamente impermeables al agua (aunque sus sistemas de iniciación pueden no serlo). La familia de productos de explosivos de emulsión comercial en realidad necesita agua para ser explosivos. Cuando están completamente secos, arden en lugar de explotar.

El explosivo más común en el mundo -- ANFO -- queda (prácticamente) no explosivo al humedecerlo, pero no por la razón que sospechas. En este material, el oxidante (nitrato de amonio) se humedece fácilmente, pero el combustible (aceite) es repelido por el agua. Por lo tanto, cuando se humedece, los componentes se separan. Todavía es teóricamente posible detonarlo en este estado, pero requiere un dispositivo de iniciación anormalmente potente (amplificador), explota con una potencia considerablemente reducida y produce muchas sustancias tóxicas. Dado que el encargado probablemente no esperaba necesitar un amplificador tan potente, es probable que fracase en explotar.

Es importante tener en cuenta que esto ocurre estrictamente porque el combustible es repelido por el agua. Es posible fabricar un explosivo muy similar usando un combustible hidrofílico. Esta composición será capaz de tolerar niveles mucho más altos de humedad. Sin embargo, si hay suficiente agua presente, el nitrato de amonio se disolverá por completo y se lavará. Para evitar esto, también se puede agregar un agente espesante.

Quizás el caso más interesante sea el de la pólvora sin humo (pólvora para armas de fuego modernas). Esta es una aplicación precisa de explosivos: la pólvora debe quemarse a una velocidad controlada muy precisa, tanto para controlar la presión que se desarrolla dentro del arma de fuego, como para dar una velocidad de salida consistente para que puedas disparar con precisión y dar en el blanco. Permitir que pequeñas cantidades de humedad entren en contacto con la pólvora alterará la velocidad de quemado en una cantidad impredecible, lo que hace que la pólvora no sea apta para usar en un arma de fuego, pero de ninguna manera no explosiva.

Se asume ampliamente que esto se debe al efecto enfriador. Es decir, cada gránulo que se quema aumenta de temperatura más lentamente debido a su contenido de agua, lo que hace que su vecino se caliente más lentamente y tarde más en encenderse. Sin embargo, las mediciones precisas muestran que el cambio en la velocidad de quemado es mayor de lo que se puede explicar de esta manera, por lo que debe haber algo más. Sin embargo, el mecanismo exacto no parece estar claro.

A diferencia de ANFO, o incluso de la pólvora negra, el agua no hace ningún daño a la pólvora sin humo. En las fábricas de pólvora, es rutinario procesar la pólvora húmeda, por razones de seguridad, y secarla solo como uno de los últimos pasos antes de empaquetarla. Por varias razones, es impracticable hacer esto en cualquier lugar que no sea una fábrica de pólvora.

Aunque la velocidad de quemado se ve afectada por incluso fracciones de porcentaje de agua, la pólvora sin humo no se vuelve no explosiva hasta que se agrega mucho agua. Según las regulaciones de seguridad del transporte, los explosivos a base de CN cambian de "1.3 explosivo" a "4.1 sólido inflamable" al 25% o más de humedad. Sin embargo, incluso con un 25% de agua, está lejos de ser seguro. Todavía arderá ferozmente, pero la velocidad de combustión está controlada por la tasa de evaporación del agua desde la superficie de la masa. En algunas circunstancias, esto aún puede ser feróz. En almacenes donde he trabajado, el punto en el que la pólvora desechada ya no cuenta contra el límite de EBN (Cantidad Explosiva Neta Autorizada) es cuando está Bajo Agua: es decir, totalmente empapada en agua y sumergida, con al menos dos pulgadas de agua estancada sobre la superficie y algún tipo de tapa para evitar la evaporación. Incluso en este estado, no se consideraba que no pudiera explotar: simplemente no se podía encender.

Por eso pregunté anteriormente qué se entiende exactamente por "no explotará"? Los explosivos de nitrocelulosa casi siempre se usan como explosivos bajos (propulsores), que reaccionan mediante una quema extremadamente rápida. Sin embargo, si se compactan adecuadamente (para dar una buena propagación a la onda de choque) y se les da un amplificador potente para iniciarlos, la nitrocelulosa de alto nitrógeno también puede ser detonada como un explosivo alto. Esta reacción puede ocurrir incluso si está completamente mojada y sumergida.

Answer 3

Para que ocurra la combustión, es necesario contar con un oxidante, combustible y calor. Cuando una sustancia se moja, está rodeada de agua y no está en contacto con el oxígeno atmosférico, posiblemente el oxidante más común. En ausencia de otros oxidantes, la combustión se detiene. Los fusibles submarinos incorporan fuertes oxidantes como sales de percloreto para que las reacciones puedan continuar en ausencia de oxígeno atmosférico. El agua también es un increíble disipador de calor y robará el calor de la reacción y la amortiguará de esa manera.