Химики подняли скорость горения CL-20, одного из самых мощных взрывчатых веществ, добавив к нему и крайне активный окислитель N₂O₄. Исследование опубликовано в журнале ChemPlusChem.

Энергонасыщенные материалы обычно состоят из горючего и окислителя. Как только они подвергаются какому-либо внешнему воздействию, начинается реакция, которая постепенно разгоняет сама себя. В результате выделяется большое количество тепла, газов и появляется ударная волна — иначе говоря, происходит взрыв. Поэтому энергонасыщенные материалы активно применяются как взрывчатые вещества.

Их используют как в военных целях, так и в мирных (например, для прокладки туннелей или сноса зданий). Для идеальных характеристик во взрывчатом веществе должно быть одинаковое количество горючего и окислителя, но на практике окислителя всегда меньше. Это справедливо и для CL-20, одного из самых мощных взрывчатых веществ.

«Мы хотели ввести в CL-20 дополнительный окислитель, чтобы улучшить его энергетику, а в некоторых кристаллических модификациях этой молекулы в ее структуре как раз есть внутренние полости. Мы заполнили их чрезвычайно агрессивным соединением — тетраоксидом азота N₂O₄. Это очень сильный окислитель, который широко применяют в жидких ракетных топливах, и при его контакте с органическим соединением обычно начинается бурная реакция окисления — восстановления. Однако молекулы CL-20 сами содержат так много NO₂ групп, что просто не вступают в реакцию с этим окислителем и служат как бы сосудом для такого агрессивного соединения», — рассказал Валерий Синдицкий, один из авторов работы, профессор РХТУ им. Д. И. Менделеева.

Ученые РХТУ вместе с коллегами из Китая растворили кристаллы CL-20 в хлороформе при комнатной температуре. Затем они добавили жидкий N₂O₄, и из этой смеси кристаллизовался CL-20 уже с захваченными молекулами окислителя. Исследователи проанализировали структуру полученных соединений. Они показали, что N₂O₄ действительно встроился в полости кристалла CL-20. При этом с течением времени молекулы N₂O₄ диссоциируют до еще более активных соединений — радикалов NO₂, а изначально белые кристаллы становятся коричневатыми.

Затем ученые провели серию экспериментов по термическому разложению и горению полученного вещества. Для этого они аккуратно сжигали CL-20 в трубках и фиксировали распределение температуры в волне горения. Ученые также записывали весь процесс на видео, чтобы затем рассчитать скорость движения фронта горения. Оказалось, что скорость горения нового соединения выше, чем у чистого CL-20 в аналогичной кристаллической модификации. Термическая стабильность обоих веществ при этом сопоставима. Модифицированный CL-20 также превзошел чистый по скорости детонации и давлению в ударной волне.

«Это первый пример сольвата с таким мощным и агрессивным окислителем, и мы были вообще поражены, что такое возможно. За счет введения N₂O₄ мы немножко улучшили кислородный баланс системы, и в пламени появился добавочный окислитель. Он чуть-чуть, но все-таки поднял скорость горения CL-20, у которого эта характеристика и так очень высока», — прокомментировал Синдицкий.