Ciência

Por que os explosivos têm nitrogênio neles?

O uso de nitrogênio em um explosivo é irônico porque uma molécula de gás nitrogênio (N2) representa uma das ligações mais estáveis ​​que já descobrimos. Se o nitrogênio é explosivo, por que a atmosfera, que é principalmente nitrogênio, nunca sucumbiu a explosões devastadoras?Ainda assim, se não fosse pelo nitrogênio, o TNT ou as dinamites teriam sido tão explosivos quanto o queijo ou a areia. Então, o que faz o nitrogênio o ingrediente mágico?

Explosão tnt

Crédito da foto: Wikipedia

Como os explosivos funcionam?

No coração de qualquer explosivo, substâncias químicas misturadas em uma proporção perfeita participam do que é chamado de reação redox exotérmica ou de redução-oxidação. Uma reação redox é um tipo de reação química que requer que seus reagentes troquem elétrons. O reagente perdendo seus elétrons é dito ser “oxidado”, enquanto o reagente que ganha esses elétrons é dito “reduzido”. No caso de um explosivo, esta transação é exotérmica, o que significa que libera calor após a conclusão.

Por exemplo, a mistura de nitrato de potássio, carbono e enxofre na proporção perfeita constitui o que é popularmente conhecido como pólvora. Uma reação química é desencadeada quando a mistura é exposta ao calor ou até mesmo a uma mera centelha. As espécies oxidadas são carbono e enxofre, enquanto o nitrato de potássio é reduzido. A reação, sendo exotérmica, também libera uma explosão de energia na forma de calor e luz.

explosão de pólvora

Gunpwder explodindo. Foto cedida por: Wikimedia Commons Autor: Mike Slee

No entanto, uma reação exotérmica não garante uma explosão. A ferrugem do ferro também é causada por uma reação redox exotérmica, mas ainda não vi um prego corroído explodir abruptamente. A chave para causar uma explosão não é apenas uma reação exotérmica, mas uma reação muito rápida. A ferrugem não faz o ferro explodir porque é um processo extremamente lento e prolongado.

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Quando um detonador desencadeia a reação, seja física, química ou eletronicamente, a mistura sofre uma transição de fase de sólido ou líquido para gás. O calor liberado na reação aumenta a temperatura desse gás. No entanto, a natureza rápida dessa reação significa que a transição e, conseqüentemente, a expansão desse gás é tremendamente rápida.

onda de choque explosão

Crédito da foto: Wikimedia Commons Autor: DR Richmond / United States Army

Um único grama de TNT produz quase um litro de gás em segundos, o que representa um aumento de mil vezes no volume! Portanto, a energia e a pressão que são liberadas, quase instantaneamente, propagam-se para fora como uma onda de choque rápida que é poderosa o suficiente para varrer pessoas, árvores e carros.

Imensa estabilidade

O nitrogênio é um constituinte crucial de um explosivo pela simples razão de que seus compostos altamente instáveis, quando incitados, se decompõem rapidamente em gás nitrogênio, um composto ridiculamente estável. No entanto, por que a produção de um composto estável a partir de um composto instável libera uma quantidade tão grande de energia?

Bem, antes de sintetizar compostos de nitrogênio, como nitroglicerina, o principal ingrediente da dinamite, ou trinitrotolueno, popularmente conhecido por suas iniciais TNT, devemos primeiro quebrar o composto de nitrogênio em átomos individuais de nitrogênio. Separar um composto estável como o nitrogênio em seus constituintes é como separar duas páginas molhadas que ficaram presas juntas: requer  muita energia para isso. Assim, quando o processo ocorre em sentido inverso, isto é, quando os átomos se recombinam para formar gás nitrogênio, a mesma quantidade de energia é produzida .

Antes que um  composto  possa ser  formado , essas ligações devem ser quebradas. Este processo requer  950 kJ mol- 1—

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Assim, uma reação é mais exotérmica quando produz compostos mais estáveis. É por isso que, embora o oxigênio seja obviamente necessário para a combustão, os explosivos estão repletos dele porque seus compostos, como o nitrogênio, se decompõem rapidamente para formar moléculas de oxigênio, uma molécula igualmente estável. Outro favorito explosivo é o carbono.

Mesmo que a gasolina, que também promove esses elementos, possua mais energia potencial do que TNT, esta explode porque, em primeiro lugar, é altamente instável, e segundo, como mencionado, por causa da rapidez da reação, devido à alta velocidade com que a energia e os gases são liberados.

De fato, para testemunhar a raiva do nitrogênio, basta colocar um pouco de nitrogênio líquido em uma garrafa e submetê-lo à temperatura ambiente. O composto instável, densamente instável se converterá rapidamente em gás nitrogênio. Uma garrafa não forte o suficiente para sufocar essa expansão irá facilmente explodir. No entanto, uma garrafa forte o suficiente para sufocar a explosão, na verdade, pressurizá-lo, incendiando-a. O ato aparentemente inócuo acabará culminando em um súbito Kaboom!

Referências:

  1. Colégio Imperial de Londres
  2. Federação De Cientistas Americanos
  3. Software de Microcomputador Digipac

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