Палачи пороха

Оказалось, что волокна хлопка, обработанные смесью соляной, серной и азотной кислот, образуют тринитрат целлюлозы, который впервые получил Анри Браконно еще в 1832 году. Однако ни о каких «взрывных» свойствах французский ученый не сообщил, поэтому Шёнбейн заслуженно считается первооткрывателем новой взрывчатки. Название, придуманное профессором, – Schiebaumwolle (в переводе с немецкого – «стрелятельный хлопок») – не прижилось, и мы ее знаем как «пироксилин».

Schiebaumwolle («пироксилин»)

Очень скоро профессор Шёнбейн пришел к интересному выводу. В случае с порохом характер реакции углерода (в составе древесного угля) и нитрата калия зависит от механических свойств смеси. А в пироксилине они непосредственно связаны на молекулярном уровне. Ведь что такое вата? Это длинные цепочки простых сахаров, одни из самых распространенных видов органических молекул. На этот стержень легко «насаживаются» нитратные группы NO₃, увеличивая концентрацию кислорода почти до предельной.

«Стрелятельный хлопок» в обычных условиях не склонен к самораспаду, для начала реакции требуется активация – либо быстрое повышение температуры, либо локальное повышение давления (удар). И тогда происходит взрыв, стремительность которого на порядки превышает скорость горения пороха, а в горячие газы превращается более 90 % исходных реагентов. Напомним, что порох даже в идеальных условиях сгорает меньше чем наполовину, образуя громадные клубы дыма, состоящие именно из несгоревших остатков.

Хотя Шёнбейн и был типичным кабинетным ученым, но милитаристский потенциал пироксилина оценил сразу. В 1846 году он отправился в английский Вулвич, где продемонстрировал образцы пироксилина военным, а королеве Виктории преподнес связку куропаток, убитых патронами на пироксилине. Если бы профессор знал, у скольких «куропаток» отнимет жизнь его изобретение, то, может, и не стремился бы продать свое открытие сразу в несколько стран. 

Интересно, что другой «палач пороха», открытый итальянским химиком Асканио Собреро, появился в то же время. Это вещество было обнаружено в ходе сугубо мирных исследований. Мыловары пытались найти способы сделать свой продукт не таким едким и противным на ощупь. Перспективной добавкой в процесс выглядел глицерин, обработанный сильными кислотами, в том числе азотной.

Собреро получил тяжелое желтоватое масло, нерастворимое в воде. Собрав его, ученый обнаружил, что оно детонирует при самых незначительных сотрясениях, да так, что в лаборатории дребезжат стекла! Масло получило имя piroglicerina, но известность приобрело как нитроглицерин. (Кстати, к сведению сердечников: валидол и валокордин – типичные плацебо; реальное средство для купирования сердечных кризов – именно нитроглицерин, и в домашней аптечке иметь его жизненно необходимо.)

Собреро слыл поборником «чистой» науки, свободной от стремления превращать любое достижение в звонкую монету. «Науку не следует превращать в средство достижения бесчестных целей или инструмент наживы», – писал он, но ирония судьбы в том, что именно его «гремучее масло», превратившееся в динамит, стало основой для появления Нобелевских премий.

Научные исследования показали, что основной вклад в мощность взрыва вносят теплота его реакции и скорость детонации. Эти характеристики зависят от молекулярных свойств веществ, но в середине XIX века многие положения органической химии, кажущиеся нам очевидными, были скрыты за семью печатями.

Разрушительная способность взрывчатки прямо пропорциональна молярной массе продуктов горения и скорости детонации, при этом между горением, взрывом и детонацией есть существенная разница. При горении и взрыве распространение реакции происходит за счет теплопередачи, что отчасти объясняет сравнительную медлительность процесса. А при детонации образуется ударная сверхзвуковая волна, теоретический предел скорости которой достигает 11 км/с.

Страшно представить, с какой силой бьют в преграду раскаленные продукты реакции, подталкиваемые ударной волной! Раньше уже отмечалось, что теплотворная способность пороха не так велика (все дело в скорости реакции). У новых «адских смесей» с теплотой взрыва все было в порядке. И пироксилин, и нитроглицерин обладают сравнительно высокой энтальпией (энергией внутренних молекулярных связей), а за счет высокого «кислородного коэффициента» – принципиальной способности окислить все атомы углерода и водорода во взрывчатке – термический эффект получается близким к предельному.

Кислородный коэффициент – отношение количества атомов окисляющего элемента в молекуле к количеству атомов, требующихся для полного окисления горючего.

Результаты исследований помогли определить наиболее вероятных кандидатов на роль еще более мощных взрывчаток. Ими стали соединения, содержащие нитроэфирные группы ONO₂: нитроэфиры и нитросахара. К ним же, в принципе, можно было отнести и нитроароматики, но у них кислородный коэффициент был намного ниже, поэтому им отводилась роль остова, на который могли «насаживаться» многочисленные нитроэфирные группы.

Правильность такого подхода подтвердила и давно известная пикриновая кислота (2,4,6-тринитрофенол) – желтое кристаллическое вещество, полученное в результате обработки красителя индиго азотной кислотой. Английский химик Питер Вулф еще в 1771 году писал, что с помощью этого соединения можно красить ткани в желтый цвет. Долгое время пикраты так и использовались, но с появлением анилиновых красителей главными заказчиками соединений на основе пикриновой кислоты стали военные. Работы немецкого ученого Германа Шпренгеля помогли уточнить способы детонации пикриновых боеприпасов, а практические испытания подтвердили их мощь и высокую эффективность. 

Во многих западных странах, располагавших мощностями по производству фенола, кристаллами пикриновой кислоты стали снаряжать боеприпасы. Французский мелинит, британский лиддит, впервые примененный в Бурской войне, японская «шимозе», прогремевшая в Цусимском сражении, – все это пикриновая кислота, при взрыве образующая облако удушливого дыма и окрашивающая своих жертв в желтый цвет (их называли «канарейками»). Россия, к началу XX века не наладившая выпуск фенола, сделала ставку на пироксилиновые боеприпасы. И в той же Цусиме, имея высокий коэффициент попаданий – 3 из 100, русский флот нанес японским кораблям существенно меньшие повреждения.

Сама по себе «пикринка» была сравнительно безопасной, но при соприкосновении с металлами образовывала чрезвычайно опасные соли, детонирующие от малейшего сотрясения. Они привели к ряду катастроф на заводах и заставили усложнить конструкцию снарядов (вроде внутренних герметичных стаканов из вощеного картона). Но эти полумеры все же не могли обеспечить нужный уровень безопасности и подстегнули поиски менее капризной взрывчатки.

Ею стал тринитротолуол (THT), впервые полученный немецким химиком Юлиусом Вильбрандом в 1863 году. Вообще-то ученый просто искал, на что годен толуол – побочный продукт коксования угля и крекинга нефти, до поры до времени совершенно бесполезный.

И снова на сцену выступает азотная кислота! Из обработанного ею толуола Вильбранд получил ряд нитросоединений с одной, двумя и тремя нитратными группами, не слишком отличающимися друг от друга. Сомнений в их горючести ни у кого не возникало: есть углерод, водород и нужный для термической реакции кислород, особенно в тринитротолуоле. Но будущий «король взрывчаток» поначалу проявил себя исключительно индифферентно – его можно было бить, поджигать, плавить в кипятке (температура плавления – всего 80,4 °C), в него можно было даже стрелять, и он не взрывался!

Самым упорным человеком, все-таки заставившим тринитротолуол детонировать, стал Генрих Каст, немецкий авторитетный химик и взрывотехник, искавший замену мощной, но капризной и коварной «пикринке». Интуиция и опыт говорили ему: по всем химическим параметрам ТНТ обязан быть сильной взрывчаткой, мало уступающей пироксилину, нитроглицерину и пикриновой кислоте. А флегматичный характер сделает его не таким опасным в промышленном производстве.

Совершенно необходимым условием начала реакции ТНТ, как установил Каст, была ударная волна, породить которую мог только мини-взрыв. Самое подходящее устройство для инициации – разработанный «динамитным королем» Нобелем капсюль-детонатор № 8.

Тротилу еще понадобилось время для окончательного воцарения в боевых арсеналах, и не в последнюю очередь потому, что мощность взрыва у него ниже, чем у той же пикриновой кислоты или нитроглицерина. Но 6 декабря 1917 года трагедия канадского городка Галифакса, стертого с лица земли за считанные секунды, стала самым громогласным аргументом в пользу сравнительно безопасного ТНТ.

***

На исходе I мировой войны, с вступлением США в европейскую мясорубку, через северную Атлантику потянулись караваны с военным снаряжением, и охота за союзными транспортами велась так азартно, что одиночные суда не рисковали даже высунуть нос из защищенных гаваней.

Галифакс был местом формирования конвоев. 5 декабря на его рейде появился 3000-тонный транспорт «Монблан» под французским флагом, пришедший из Нью-Йорка. Заурядное старое корыто, если бы не секретный груз: 2300 тонн жидкой и сухой пикриновой кислоты, 200 тонн тринитротолуола, 10 тонн пироксилина и 35 тонн бензола, новейшего в то время горючего для танков и бронеавтомобилей. Все это «добро», размещенное в четырех трюмах и на палубе, отправлялось в Бордо.

Наверное, без вмешательства потусторонних сил не обошлось, иначе с чего бы в широком проливе Нарроуз, разделявшем Галифакс на две части, в условиях абсолютной видимости норвежский пароход «Имо» врезался в «Монблан», пропоров его правый борт и раздавив бочки с бензолом?

Дальше события разворачивались по наихудшему сценарию. «Имо» несколько минут отрабатывал «полный назад», не подозревая о смертельно опасном соседстве. Когда с диким скрежетом «норвежец» вырвался из железной ловушки, сноп искр поджег разлившееся горючее. Пламя перекинулось на соседние бочки, и над «Монбланом» поднялся огромный столб дыма.

Капитан горящего транспорта Эм Ле Медек откровенно струсил. Когда сорвалась попытка затопить судно, он не попытался вывести «Монблан» из гавани, а приказал команде перейти в шлюпки, оставив беззащитный город на растерзание огненной стихии. Но вряд ли он понимал, какие масштабы примет трагедия Галифакса!

Брошенное судно течением подогнало к деревянным пирсам, они немедленно загорелись, и пожар привлек внимание сотен зевак, которых, в силу секретности, об убийственном грузе «Монблана» не предупредили. Подоспевшие пожарные суда безуспешно пытались сбить бушевавшее пламя, и, в конце концов, руководство порта решило вывести транспорт на внешний рейд. Но было уже поздно – огонь добрался до пикриновой кислоты…

О силе взрыва уместней говорить в терминах атомного оружия, ведь речь идет, по меньшей мере, о 2,5 килотоннах тротилового эквивалента! В городке Труро, расположенном в 30 милях от Галифакса, выбило все стекла, а ударная волна даже обнажила дно мелководного залива Норт Арм, выбросив на берег стоявшие у причалов 11000-тонный крейсер «Найоб» и пароход «Курака». Кусок шпангоута с «Монблана» весом в центнер потом нашли в лесу в 12 милях от города, а в двух милях от места взрыва был обнаружен 500-килограммовый обломок якоря.

Сильней всего пострадал северный район Галифакса, Ричмонд, раскинувшийся на холме у пролива. Ударная волна снесла здания сиротского приюта и трех школ, в которых из 500 учеников выжили 11. Под обломками текстильной и сахарной фабрик были похоронены почти все рабочие. По официальной статистике погибли 1963 человека, более 2000 пропали без вести, около 9000 пострадали (из них 500 человек потеряли зрение от разлетевшихся оконных стекол). Полностью было разрушено 1600 зданий.

Катастрофа в Галифаксе стала самым мощным неядерным взрывным инцидентом в истории. 

А порох, с которого все и начиналось, сегодня остался в самом первом качестве «огненной забавы». Он даже потерял свое имя, превратившись в безликий «пиротехнический состав» с добавками солей разных металлов, окрашивающих пламя в разные цвета. И лишь искушенные зрители видят в цветных сполохах, пылающих в ночном небе, отражение той силы, которая изменила мир. И продолжает его менять.