por Walter Dornberger
Explosivos são
substâncias ou compostos que, por ação de uma causa externa (calor, choque,
descarga elétrica, etc.) são capazes de gerar explosão, uma reação química
caracterizada pela liberação, em breve espaço de tempo e de forma violenta, de
calor, gás e energia mecânica. São usados como carga em bombas, granadas e
minas; como propelentes para projéteis de armas leves e artilharia; e em
engenharia, terraplanagem, mineração e demolição (militar ou comercial) de
construções e outras estruturas.
Explosivos
São
classificados em 'baixo' e 'alto' poder explosivo.
- Baixo-explosivos
agem por 'deflagração', através de combustão, da queima do material, com a
explosão se propagando a alta velocidade subsônica, da ordem de centímetros ou
metros por segundo, exemplo: pólvora negra e todos os propelentes.
- Alto-explosivos
agem por 'detonação', através da quebra da estrutura molecular do material, com
a explosão se propagando a velocidade supersônica, da ordem de 1.000 a 10.000
metros por segundo, exemplo: nitroglicerina e todos os explosivos modernos.
As propriedades
características de um explosivo são: sensibilidade, estabilidade e potência.
- Sensibilidade é a
aptidão do explosivo de reagir a uma causa externa mais ou menos intensa;
depende de sua natureza química e varia com o estado físico, conservação,
estrutura, etc.
- Estabilidade é a
capacidade do explosivo de manter inalterada sua composição química no tempo,
sob condições normais de conservação. As principais causas de instabilidade são
a constituição do explosivo e os agentes externos: temperatura, umidade,
exposição à luz, etc.
- Potência é dada
pelo conjunto de efeitos mecânicos que um explosivo é capaz de produzir;
depende de vários fatores: volume de gases gerados, quantidade de calorias
desenvolvidas, pressão máxima obtida e velocidade de propagação.
Além da potência
total de energia liberada pela explosão, um explosivo pode ser caracterizado
pelo efeito de sopro e choque da explosão, chamado de 'brisagem'.
A maioria dos
alto-explosivos modernos é 'estável' e 'insensível', isto é, resistente à
detonação acidental, necessitando de um detonador ou espoleta específicos para
explodir. Certos explosivos necessitam de uma carga explosiva secundária, de
maior sensibilidade e ativada pelo detonador, para funcionar.
Propelentes
também necessitam de uma espoleta adequada e às vezes de uma 'carga de ignição'
secundária para operarem.
Incendiários
São
materiais utilizados para iniciar e propagar fogo em larga escala. O material
mais conhecido é o 'napalm', gasolina gelatinizada.
Embora o termo
'pirotécnicos' possa ser aplicado a explosivos e incendiários, ele normalmente
é utilizado para rotular uma miscelânea de materiais usados para gerar chama,
luz, calor, ruído, fumaça ou gás. Dispositivos pirotécnicos incluem fósforos de
cozinha, sinalizadores, granadas de fumaça, infladores de airbags, foguetes de
iluminação, pastilhas combustíveis para fogareiros de camping, acionadores de
assentos ejetores em aviões militares e separadores de estágio usados em
foguetes espaciais.
PRINCÍPIOS
BÁSICOS
Muitos
pirotécnicos e baixo-explosivos operam pelo processo de combustão, no qual um
combustível combinado com oxigênio libera calor, luz, fumaça ou gás. Nestes
materiais, o componente combustível é misturado com um componente oxidante, que
libera oxigênio quando aquecido: a taxa de combustão é limitada se o processo
depende apenas do oxigênio atmosférico. Por exemplo, o combustível na pólvora
negra é fornecido pelo carvão e pelo enxofre, com o oxidante sendo o salitre
(nitrato de potássio, KNO3).
O acondicionamento
da mistura pirotécnica afeta seu comportamento. Confinamento acelera a
combustão, concentrando o calor e gás quente. De fato, pólvora negra irá
queimar ao invés de explodir se não for embalada propriamente. A taxa de
combustão também é acelerada pela homogeneidade da mistura: pólvora fina irá
queimar mais rápido que pólvora de grãos maiores.
Explosivos líquidos são
perigosos porque são extremamente homogêneos: a mistura ocorre a nível
molecular, e são muito sensíveis a choque físico. Explosivos líquidos tendem a
precipitar e separar seus componentes quando armazenados, mudando suas
propriedades químicas, e geralmente não para melhor. Adicionar materiais
abrasivos a um explosivo aumenta sua sensibilidade, adicionar lubrificante como
ceras torna o explosivo mais estável.
Materiais que reduzem a sensibilidade dos
explosivos são chamados de 'estabilizadores' ou 'moderadores'. A maioria dos
explosivos opera pelo rompimento químico de suas estruturas moleculares, e não
por combustão. Nitroglicerina, por exemplo, tem a fórmula molecular C3N3H5O9.
Qualquer perturbação suficiente, como um choque físico, causa sua decomposição
em dióxido de carbono (CO2), água (H2O), nitrogênio (N2), e um pequeno excesso
de oxigênio (O2). O processo ainda envolve reações de oxidação, mas o oxigênio
é parte da molécula. Durante a quebra da nitroglicerina, os laços atômicos
oxigênio-nitrogênio são substituídos por laços mais estáveis carbono-oxigênio,
hidrogênio-oxigênio e nitrogênio-nitrogênio, com esse processo acompanhado
de violenta liberação de energia.
Explosivos,
incendiários e pirotécnicos podem ser iniciados por chama, fricção, impacto,
choque elétrico, altas temperaturas, e mesmo um feixe de laser.
Certos metais têm
propriedades pirotécnicas: magnésio, alumínio, zircônio, e urânio, inflamam-se
a altas temperaturas e queimam liberando muita energia. Alumínio em pó é muito
usado como aditivo em explosivos e magnésio é usado em sinalizadores luminosos.
Incidentalmente, alumínio sólido não queima bem: a combustão gera uma camada de
óxido superficial que barra a queima.
BAIXO-EXPLOSIVOS:
PÓLVORA NEGRA
O primeiro
explosivo digno desse nome foi a pólvora negra, desenvolvida pelos chineses por
volta do ano 1000 dC, e usada por eles em fogos de artifício e também em armas:
lançadores de flechas, projéteis incendiários, bombas, minas, e canhões
primitivos. A pólvora negra chegou ao Ocidente na Idade Média, possivelmente
transmitida pelos árabes, sendo mencionada pelo monge inglês Roger Bacon em
1267: as primeiras fórmulas europeias seguiam fielmente as receitas chinesas,
aperfeiçoadas por anos de experimentação, mas utilizando alguns ingredientes
que não tem na verdade nenhuma utilidade. No século 14, novas armas usando a
pólvora negra como explosivo ou propelente começaram a surgir: 'petardos' ou
minas, para derrubar muralhas; bombas de arremesso manual; mosquetes disparando
balas de chumbo; 'bombardas' disparando pedras. A pólvora negra evoluiria para
dominar os campos de batalha, permanecendo como único explosivo e propelente
até o século 19.
As primitivas
fórmulas chinesas consistiam em pesos iguais de carvão, enxofre e salitre. A
pólvora negra exige o uso de carvão vegetal. Carvão mineral não funciona, pois
a estrutura celulósica da madeira, mantida no carvão vegetal, afeta o
funcionamento da pólvora. Salitre é um material cristalino, branco brilhante,
que pode ser encontrado nas paredes de cavernas de morcegos ou em pilhas de
esterco envelhecido, produzido por bactérias que se alimentam de dejetos
orgânicos. Quimicamente é constituído de nitrato de potássio (KNO3) e nitrato
de cálcio (CaNO3).
Até meados do
século XV, a pólvora usada era uma mistura simples dos ingredientes, farinhosa
e negra, denominada de 'pólvora serpentina', por ser sibilante, ou seja, fazer
mais ruído que efeito. Tinha uma dosagem de base chamada 'quadra-ás-ás', quatro
partes de salitre por uma de carvão e uma de enxofre. Como explosivo deixava a
desejar: era fraca, insegura, absorvia umidade, difícil de usar, perigosa de
fabricar e difícil de transportar. Para garantir um mínimo de funcionamento
seguro, seus componentes tinham de ser de boa qualidade, finamente moídos e
misturados nas quantidades adequadas.
Carvão e enxofre são materiais
abundantes, já o salitre era difícil de obter na Europa. No sul da China, de
clima quente, alternadamente úmido e seco, o salitre se forma espontaneamente
nas pilhas de esterco das fazendas. No norte da Europa, sempre frio e úmido,
produzir salitre era difícil e desagradável. Esterco era armazenado em locais
cobertos, periodicamente 'regado' com urina, e revirado constantemente. Depois
de um ano ou mais desse processo, refinava-se o esterco para extrair o salitre:
não era uma profissão muito atraente. Mas os artífices da pólvora e
mestres-artilheiros medievais, meio alquimistas, eram tidos em grande
consideração e existiram em quase todas as cidades do período. Alguns nomes
chegaram até nós: os italianos Nicola Tartaglia, de Bréscia; Alessandro Capo
Bianco, de Vincenza; e Pietro Sardi, de Veneza; os alemães Martin Mercz e
Joseph Furttenbach. As investigações desses homens oscilavam entre a
experimentação e a feitiçaria. Por exemplo, a busca do tipo de urina mais
adequado à confecção de pólvora: seria melhor a urina de uma virgem, de um
padre bebedor de cerveja ou de um bispo bebedor de vinho? A urina dos bebedores
de vinho, bispos ou não, provou-se a melhor: sua acidez favorecia o crescimento
das bactérias geradoras do salitre, o que foi constatado na prática muito antes
que a ciência soubesse o porquê.
Os solavancos do
transporte nos lentos comboios de carroças pelos ásperos caminhos da época
provocavam a separação dos componentes da pólvora nos barris, fazendo com que o
salitre e enxofre (densidade 1,6-2,1 gramas por centímetro cúbico) afundassem
nos contentores, ficando na superfície o leve pó de carvão (densidade 0,2-0,4
gramas por centímetro cúbico). Para lidar com esse inconveniente, os
ingredientes eram transportados em separado e misturados na hora do combate, ou
seja, às presas sob fogo inimigo, com brasas e faíscas em redor. Os três
ingredientes eram moídos juntos num pilão, um processo perigoso, que gerava
poeira fina altamente inflamável. Nos dias de chuva, para alívio de inimigos (e
amigos), sua utilização era impossível. Os atiradores tinham de ser muito cuidadosos
na maneira de carregar a pólvora em suas armas. Se ela fosse muito compactada
dentro do cano iria queimar na superfície, como num foguete, sem explodir. Para
explodir, era necessário deixar espaço entre os grãos: não por causa do ar, já
que o salitre fornece o oxigênio, mas para garantir a propagação da chama pela
carga.
O mais relevante
avanço na produção de pólvora negra ocorreu na Alemanha, por volta de 1410,
sendo mencionado no 'Feuerbuch', Livro do Fogo, de Konrad Von Schongau, em
1429. O processo, usado ainda hoje, consistia na mistura dos componentes num
líquido, na época vinho diluído com água ou (de novo) urina, durante a moagem
para reduzir o risco de explosão. A pólvora umedecida podia ser comprimida em
blocos ou 'bolos' que, depois de secos, podiam ser moídos. Essa pólvora
'granulada' podia ser carregada com muito menos cuidados, já que os grãos
deixavam o espaço necessário para a propagação da chama. Nessa nova forma, era
bastante estável, pois seus componentes já não se separavam, permitindo um
rendimento balístico consistente. Podia ser transportada com maior segurança,
era menos sensível à umidade, menos suja e mais potente, permitindo a
fabricação das primeiras armas portáteis verdadeiramente eficientes.
A pólvora podia
ser peneirada e separada em diferentes granulações de grossura homogênea.
Eventualmente se
chegou à fórmula clássica da pólvora negra, ainda em uso: uma mistura de
carvão, enxofre e salitre nas proporções 15:10:75 por peso, estabelecida numa
série de testes efetuados em Bruxelas em 1568. Com efeito, depois das pólvoras
militares com dosificação regulamentar e granulação média, apareceram outras,
como as pólvoras finas para caça, com mais salitre e menos carvão; as pólvoras
progressivas para artilharia, com grãos do tamanho de nozes; e as econômicas
pólvoras de minas, com menos salitre, mais carvão e mais enxofre.
Engenheiros e
mineradores foram lentos em adotar a pólvora negra. A menção mais antiga a seu
uso civil data da metade do século 16 e não se disseminou durante um século.
Essa lentidão deveu-se ao custo de fabricação, especialmente do refino do
salitre, e à curva de aprendizagem demorada no uso de explosivos. Mineradores
em especial foram compreensivelmente cautelosos em adotar explosivos em seus
túneis subterrâneos, mas nos séculos 18 e 19 a pólvora negra se estabeleceria
como ferramenta padrão na mineração e engenharia.
A indústria
Bofors, estabelecida na Suécia em 1646 e ainda em operação, foi pioneira na
fabricação comercial de pólvora negra. Os elementos de um moinho de pólvora
eram separados entre si em construções de paredes triplas espessas com uma
quarta parede e um teto fino para desviar uma eventual explosão dos outros
prédios. A pólvora era moída sob pesadas rodas de pedra, nós, e umedecida com
água destilada para evitar explosões. O produto final era prensado em blocos,
duros como pedra, que eram partidos em grãos. Passando por uma série de
peneiras, os grãos eram separados por tamanho, e então polidos por atrito em
tambores giratórios, ganhando um acabamento de grafite, que os impedia de
aglomerar quando estocados. A produção de carvão vegetal foi aperfeiçoada e a
indústria química desenvolveu métodos científicos de produção de salitre. De
início, não havia como separar o nitrato de potássio do nitrato de cálcio.
Ambos funcionam igualmente como oxidantes, mas o nitrato de cálcio é altamente
'higroscópico', ou seja, absorve muito mais a água da atmosfera: a pólvora
negra feita com ele se inutiliza pela umidade muito mais facilmente. Por
tentativa e erro, acabou-se descobrindo meios de separar os dois tipos de
salitre.
Um tipo especial
de pólvora industrial foi inventado usando nitrato de cálcio, muito mais barato
que o nitrato de potássio, com os grãos intensamente polidos para prevenir a
absorção de água. Até o início do século 19, sua produção tinha se tornado um
eficiente processo industrial.
A pólvora negra é
um excelente explosivo em muitos aspectos. Suas matérias-primas são abundantes,
não-tóxicas e ambientalmente seguras. Ela é estável, resistente ao choque e
pode ser armazenada indefinidamente se mantida seca.
Ela pode ser facilmente
acionada por uma faísca ou chama, o que nem sempre é uma vantagem. A pólvora
negra também tem sérias limitações: ela tem de ser mantida seca e protegida da
umidade do ar, o que pode ser difícil á bordo de navios ou em tempo chuvoso.
Sua potência explosiva é limitada. Grande quantidade dela tem de ser usada para
conseguir qualquer efeito sério, e sua baixa brisagem deixa muito a desejar
para o uso em mineração e terraplanagem. Suas propriedades explosivas são
por vezes imprevisíveis: às vezes ela se incendeia rapidamente, por vezes não,
aumentando os riscos de sua utilização. Sua queima é 'suja', 'entupindo' as
armas com resíduos após uns poucos tiros. Os campos de batalha nos dias da
pólvora negra eram cobertos por nuvens de fumaça e fuligem. Embora as primeiras
armas de repetição datem dessa época, a sujeira rapidamente acumulada nos canos
e mecanismos limitava severamente sua eficiência. Os resíduos de combustão
também aderiam aos projéteis, contaminando as feridas e elevando muito a já
alta taxa de infecções entre os feridos das batalhas da época. Ferimentos à
bala nos membros eram tratados com amputação sumária: tiros no ventre, peito ou
cabeça eram quase sempre fatais.
Melhores
explosivos começaram a aparecer por volta da metade do século 19. A pólvora
negra acabaria restrita, pelo seu baixo custo, ao uso em fogos de artifício.
ALTO-EXPLOSIVOS
COMERCIAIS: NITROGLICERINA, DINAMITE E ANFO
Em 1846, um
químico italiano chamado Ascanio Sobrero adicionou glicerina a uma mistura de
ácidos nítrico e sulfúrico, resultando numa explosão que quase o matou. Ele
batizou o líquido amarelo e oleoso de nitroglicerina, o primeiro
alto-explosivo, e abandonou suas pesquisas.
Um industrial
sueco chamado Immanuel Nobel iniciou a produção de nitroglicerina para
mineração em 1863. O processo envolvia a mistura de glicerina com ácidos em
várias etapas, usando gelo e água como refrigeração. Nitroglicerina não pode
ser detonada por uma simples mecha: um fósforo lançado em um frasco de
nitroglicerina irá se apagar; mas é muito sensível ao choque, exatamente o
oposto da pólvora negra. Em 1865, o filho de Immanuel, Alfred Nobel,
desenvolveu o primeiro detonador, uma cápsula explosiva contendo uma pequena
carga de fulminato de mercúrio (a ser visto adiante) com um pavio. O detonador
Nobel foi um significativo passo adiante no desenvolvimento dos explosivos
modernos.
Nitroglicerina é
um explosivo líquido perigosamente sensível. De fato, ele é tão inseguro que é
difícil entender o porquê dele ter entrado em uso. Um dos irmãos Nobel, Emile,
morreu num acidente com ela. Muitas vezes ela era transportada como carga
normal, sem avisos de alerta para indicar cautela no manuseio, e acidentes
graves aconteceram, levando à proibição da nitroglicerina em muitos países. No
fim da década de 1860, descobriu-se que a nitroglicerina não detonava quando
congelada, e ela começou a ser despachada para transporte nesse estado. Mas
isso era apenas uma solução provisória.
Alfred Nobel
descobriu que a nitroglicerina era muito menos sensível quando absorvida por
'farinha fóssil' proveniente das jazidas alemãs de Kieselguhr. A farinha
fóssil, também chamada 'terra diatomácea' ou 'diatomita', é um mineral formado
por esqueletos de algas diatomáceas, microorganismos marinhos; é uma rocha
siliciosa, porosa, leve e absorvente. Este material podia ser embalado em tubos
de cartolina, sendo fácil de transportar, manusear e detonar. Mais seguro do
que a nitroglicerina, e até mesmo do que a pólvora negra, Nobel a batizou
'dinamite' e ela se tornaria o explosivo industrial padrão.
Dinamite oferecia
muito do poder da nitroglicerina com grande segurança. Mas não era perfeita. A
dinamite em armazenagem tende a 'transpirar' nitroglicerina, formando bolhas na
superfície dos bastões. Em baixas temperaturas cristais de nitroglicerina,
bastante sensíveis, se formam dentro dos bastões. Outro problema é que a
nitroglicerina causa dilatação dos vasos sanguíneos, e pode ser absorvida pela
pele: pessoas que manuseiam dinamite são sujeitas a fortes dores de cabeça. Por
essa propriedade a nitroglicerina é usada em pequenas doses como remédio para
cardíacos.
A tendência da
dinamite a se tornar sensível em armazenamento torna sua estocagem perigosa, e
os militares nunca aderiram ao seu uso. Em 1875, Nobel misturou nitroglicerina
e nitrocelulose produzindo 'gelatina explosiva' ou 'gelinite', mais estável e
capaz de detonar sob a água. A gelinite é classificada como dinamite de base
ativa, onde a nitroglicerina é absorvida por uma substância que reforça suas
propriedades explosivas, ao contrário da dinamite de base inerte, baseada em
diatomita ou outro material que não participe da reação explosiva. Outra forma
de dinamite de base ativa usa o 'nitrato de amônia'.
Apesar de suas
limitações, a dinamite permaneceu o explosivo comercial predominante até a
década de 1950, quando o nitrato de amônia começou a predominar. Nitrato de
amônia (AN, com fórmula química NH4NO3) é útil como explosivo quando misturado com
outros combustíveis ou explosivos, tendo sido usado por Alfred Nobel como
aditivo da dinamite a partir de 1867. Uma mistura de nitrato de amônia e óleo
diesel, conhecida como ANFO (ammonium nitrate fuel oil) é hoje comumente usado
como explosivo industrial, e também é a base da maioria das receitas 'caseiras'
de explosivos. O óleo no ANFO fornece energia, e o nitrato de amônia
provê oxigênio para a combustão do óleo. A ruptura da molécula do nitrato de
amônia também produz energia, dando ao ANFO potência adicional. Ele é muito
mais barato e menos sensível que dinamite.
A princípio, ANFO
pode ser feito em casa misturando diesel e fertilizante AN até obter a
consistência de pasta de dente. Na prática, não é tão fácil. Fertilizante
comercial não tem a pureza necessária e nitrato de amônia de alta pureza é um
material estritamente controlado: uma mistura diesel-fertilizante irá queimar
sem explodir. Sulfato de potássio (K2SO4) pode ser usado como aditivo, mas as
proporções da mistura são críticas: pouco não explode, em excesso torna-se
imprevisível. Sintetizar ANFO é uma brincadeira perigosa. Em 1947 três navios
carregados de nitrato de amônia explodiram em portos franceses e americanos,
causando cerca de mil mortes e gerando mudanças nas normas de segurança e
transporte do produto.
Nitrato de amônia
é usado como base no explosivo gelatinoso chamado GSX (gelled slurry
explosives), usado em mineração. Uma formulação típica é AN mais alumínio em
pó, misturado com óleo leve e com poliestireno como espessante. Isso forma uma
mistura gelatinosa que pode ser bombeada em buracos perfurados em rocha dura,
possuindo alta brisagem.
Minas de carvão,
um ambiente cheio de poeira altamente inflamável, são vetadas ao uso de
qualquer tipo de explosivos. Como substituto, usa-se uma 'carga detonante'
consistindo de um cilindro cheio de dióxido de carbono líquido e contendo um
elemento aquecedor. O CO2 expande rapidamente quando o elemento aquecedor é
ativado, gerando uma explosão sem chamas.
ALTO-EXPLOSIVOS
MILITARES
Nitroglicerina,
dinamite e ANFO não são convenientes para uso em combate, embora todos eles
tenham tido algum uso militar. Explosivos específicos de uso militar foram
desenvolvidos e adotados e, embora tenham algum uso civíl, são relativamente
caros para aplicação comercial. O explosivo militar ideal combina potência,
facilidade de manejo, capacidade de estocagem prolongada em qualquer
clima, e dificuldade em detonar exceto em condições precisamente específicas.
Ele também tem de ser carregado em granadas, bombas e similares; ser fundível
ou plástico, para permitir o carregamento; e insensível o bastante para ser
armazenado carregado em munições. Os explosivos militares atuais são o produto
de mais de um século de evolução.
O primeiro
alto-explosivo militar a ser posto em serviço foi "trinitrofenol" ou
"ácido pícrico", uma substância cristalina amarela, nitroderivado da
série aromática, de fórmula C6H3O7N3. O ácido pícrico foi descoberto em 1788
pelo químico alemão Haussman e usado como corante e medicamento: suas
propriedades explosivas foram demonstradas em 1871. Foi adotado na França em
1885 sob o nome de 'melinite'. Os ingleses o adotaram sob o nome de 'lidite'.
Possui elevada potência e velocidade de detonação superior a 8.000 metros por
segundo. No entanto, seu alto ponto de fusão dificulta o preenchimento de
munições; reage com metais formando compostos tóxicos; é corrosivo; e também se
torna sensível com o tempo.
Os alemães
desenvolveram a 'nitroguanidina', fórmula CH4N4O2, usada durante as duas
Grandes Guerras em granadas e munições, normalmente misturada com outros
explosivos.
Outro
alto-explosivo militar, "trinitrofenilmetilnitramina"
ou"tetril" foi introduzido na mesma época. Potente, mas não muito
estável, era mais usado em detonadores e como aditivo. Todos esses três
explosivos são agora obsoletos.
O primeiro
explosivo militar moderno foi o "trinitrotolueno", também chamado de
TNT ou tritol. Com a fórmula C7H5N3O6, é obtido pela nitrificação do tolueno,
um óleo leve destilado à partir do alcatrão de carvão mineral. O TNT foi
descoberto em 1863 e adotado pelo exército alemão em 1902, tendo sido
amplamente usado pela maioria dos combatentes na Primeira Grande Guerra. É um
explosivo de boa potência, com velocidade de detonação na faixa de 7.500 metros
por segundo. Apresenta ótima estabilidade e baixa sensibilidade, e pode ser
derretido a baixas temperaturas permitindo o preenchimento de bombas e
granadas. Sua explosão libera gases tóxicos.
Os ingleses
usaram o TNT durante a Primeira Grande Guerra, mas logo depois adotaram um
composto mais potente chamado "Research Department Explosive (RDX)".
RDX, mais precisamente "ciclotrimetilenetrinitramina" e também
chamado de "ciclonite", T4 ou "hexógeno", foi originalmente
formulado em 1899. Tem a fórmula C3H6N6O6. Apresenta a insensibilidade do TNT
com maior potência explosiva, e utilização segura em todas as condições
climáticas. Misturado com parafina, vaselina, cera, etc., permite a produção
de uma série de explosivos plásticos.
TNT e RDX são
ainda importantes explosivos militares. Outro explosivo militar é o 'picrato de
amônia' ou 'Explosivo D', que tem potência menor que o TNT mas é o explosivo
militar menos sensível. É usado em granadas de alta velocidade, antiaéreas ou
perfurantes de blindagem, por sua resistência a choque e aceleração.
'Tetranitrato
pentaeritritol', 'pentrite' ou 'PETN', consegue-se tratando pentaeritrite com
ácido nítrico e sulfúrico; a pentaeritrite é um álcool sintético composto por
acetaldeídeos e formaldeídeos. Com a fórmula C5H8N4O12, PETN é um explosivo
medianamente sensível, que pode ser moderado com a adição de parafina. É mais
potente que o TNT e a sua explosão gera temperaturas da ordem de 4.000 graus
Celsius. Durante o embargo da Liga das Nações à Itália em 1935, em represália à
invasão da Abissínia, os italianos produziram uma variedade de PETN sob o nome
de 'antisancionite', para driblar a falta de carvão mineral, de cuja destilação
se obtém o tolueno necessário à produção do TNT. Uma aplicação particular do
PETN é em 'cordões detonantes (detcord)', um tipo de cordão explosivo usado
como detonador e para demolição em pequena escala. Detcord é usado, por
exemplo, para derrubar árvores rapidamente e abrir zonas de pouso para
helicópteros. Também é usado para romper o canopi de aviões antes do disparo
dos assentos ejetores.
'HMX' ou
'Octógeno' tem cerca de 75% a mais de potência que o TNT. Foi desenvolvido
durante a Segunda Guerra, entrando em serviço após o fim do conflito. Na
prática, muitos explosivos militares são misturas desses explosivos e outros
materiais. Por exemplo, embora ANFO não seja no geral próprio para usos
militares, por ser problemático de armazenar e sensível à umidade, a mistura de
AN e TNT chamada de 'amatol' foi usada em ambas as Guerras Mundiais como
meio de esticar os estoques de explosivos. A proporção de AN na mistura varia
de 50% a 80%.
Uma mistura de
ANFO, TNT, e alumínio em pó, chamada "Minol" é usada ainda hoje. RDX
e TNT são misturados com cera para produzir o "Composto B", também
chamado "ciclotol". RDX, TNT, e alumínio em pó são combinados nos
"High Brissance Explosives (HBX)" como o "HBX-1",
"HBX-3", e "HBX-6", formulações mais potentes que o TNT.
HBX-3 tem uma alta proporção de alumínio em pó como aditivo para aumentar a
onda de choque, sendo usado em munições subaquáticas como cargas de
profundidade. HBX-3 é também chamado de "Torpex", de 'torpedo
explosive'.
Outras misturas
explosivas incluem "Pentolite" ou "Pentrolit", que é
metade PETN e metade TNT; "Picritol", que é uma mistura meio-a-meio
de ácido pícrico e TNT; "Tetritol", 70% tetril e 30% TNT; e
"Octol", 75% HMX e 25% TNT. RDX é a base de muitos 'explosivos
plásticos', incluindo o 'Composto A', o 'Composto C', e o 'Sempex' tcheco.
O Composto A é
produzido em muitas formulações diferentes, de "A-1" até
"A-5", e o Composto C também tem variações de "C-1" a
"C-4". C-4 é o favorito do Exército norte-americano para demolição e
como carga de granadas e minas terrestres.
No início dos
anos 1950 a noção de explosivos plásticos foi extendida com a introdução dos
PBX, "polymer bonded explosives", em que cristais de material
explosivo são adicionados a uma matriz de polímeros. Uma variedade de tipos de
PBX foi fabricada, usando explosivos como HMX, PETN, e RDX ligados a polímeros
como nylon, poliuretano, e teflon. As pesquisas mais recentes focam o
desenvolvimento de polímeros que tenham em sí propriedades explosivas, como
"polyAMMO" e "polyBAMO".
Um explosivo
recente interessante é o "octaninitrocubano". Este material
experimental é derivado do "cubano", um hidrocarboneto composto ao
redor de um arranjo cúbico de átomos de carbono, sintetizado nos anos 1960. O
núcleo cúbico da molécula de cubano dá a esse hidrocarboneto o dobro da
densidade energética da gasolina. No início da década de 1980, o Exército
norte-americano percebeu que um explosivo derivado do cubano combinaria alta
energia em volume compacto e alta velocidade de detonação. Octaninitrocubano
consiste de um núcleo cúbico de oito átomos de carbono, com um grupo N2O ligado
em cada quina do cubo. As pesquisas indicam que o octaninitrocubano pode
fornecer o dobro da potência do TNT, com grande estabilidade, tendo como
sub-produtos da explosão compostos não-tóxicos de carbono e nitrogênio.
DETONADORES E
FULMINANTES
Detonadores eram
feitos tradicionalmente de 'fulminato de mercúrio', fórmula Hg(CNO)2, um sal do
'ácido fulmínico', um explosivo líquido instável e perigoso de fórmula HCNO.
Existem uma série de fulminatos metálicos, como o fulminato de prata, muito
potentes, porém instáveis demais para utilização segura.
Fulminato de
mercúrio foi primeiramente sintetizado no século 17, sob a forma de finas
agulhas cristalinas, mas seu manuseio difícil impediu sua disseminação até o
início do século 19. Ele é altamente instável, sensível à umidade, venenoso e
mercúrio é um material caro, além de ser um metal pesado tóxico. Ele nunca foi
adaptável ao uso geral como explosivo e achou seu lugar como material de
detonadores, particularmente em armas de fogo de percussão. Devido a suas
desvantagens, ele é agora obsoleto. Em tempos modernos, 'azido de chumbo',
fórmula Pb(N3)2, é o material preferido para detonadores, sendo mais estável e
menos sensível à umidade, embora menos potente. Ele é um sal do 'ácido
hidrazóico', HN3. Existem outros azidos estáveis, com o azido de sódio, NaN3,
em uso generalizado como inflador de airbags automotivos.
NITROCELULOSE E
PROPELENTES
Todos os
propelentes são chamados genericamente de 'pólvora', embora as formulações
atuais nada tenham a ver com a pólvora negra. As pólvoras modernas são chamadas
pólvoras 'sem fumaça', embora não sejam totalmente sem fumaça: apenas queimam
muito mais limpo que a pólvora negra, deixando poucos resíduos sólidos.
Todas
essas pólvoras 'sem fumaça' são baseadas na nitrocelulose. Celulose é um
polímero natural de cadeia longa, presente em fibras vegetais. Tratado com
ácido nítrico, os grupos hidroxila (OH) na cadeia são substituídos por nitratos
(NO3). Quanto maior a percentagem de substituição hidroxila-nitrato mais
potente e sensível o resultado final. As nitroceluloses de nível inferior (até
10% de nitrificação), chamadas de piróxilas, são a base industrial da produção
de celulóide, fibras e vernizes sintéticos. Embora altamente inflamáveis, não
são explosivas. Nitrocelulose de nível médio é chamada de colódio ou
binitrocelulose, sendo usada como base para a nitroglicerina na fabricação de
dinamite de base ativa e pólvoras. Acima de 13% de nitrificação, a chamada
trinitrocelulose é também denominada 'fumialgodão' ou 'algodão-pólvora', e é um
explosivo de altíssima velocidade de combustão, normalmente usado combinado com
moderadores como a cânfora.
Propelentes modernos são classificados como de
'base simples', 'base dupla', e 'base múltipla' ou 'composta'. Pólvoras de base
simples, como a cordite, são feitas quase exclusivamente de nitrocelulose.
Queimam a temperatura moderada com poucos resíduos. Pólvoras de base dupla são
misturas de nitroglicerina e nitrocelulose, como a balistite, e queimam a
temperatura elevada sem deixar resíduos sólidos.
Pólvoras
compostas são formulações modernas que não contém nitroglicerina nem
nitrocelulose: elas queimam a temperatura moderada e com grande
potência.
A pólvora negra
era o único propelente disponível até o meio do século 19, quando vários químicos
começaram a investigar o tratamento de papel, polpa de madeira, e
particularmente algodão com ácido nítrico, HNO3. Essas experiências resultaram
em algodão-pólvora, que prometia ser um propelente ideal, de queima rápida e
produzindo grande volume de gás. No entanto, as primitivas fórmulas de
algodão-pólvora eram inseguras de produzir e manusear. Também queimavam
rápido demais, podendo causar a explosão das armas de fogo. Em 1865, o químico
inglês Sir Frederick Abel, trabalhando no problema da fabricação de
algodão-pólvora para o governo britânico, desenvolveu o processo de maceração,
fervura e lavagem da celulose, produzindo 'nitrocelulose' de alta qualidade,
eficiente e segura.
A primeira
pólvora sem fumaça a ser aceita em serviço foi a 'Poudre B', pólvora B,
sintetizada em 1884 pelo químico francês Paul Vielle. Em 1888, Alfred Nobel
desenvolveu a 'balistite', baseada na sua fórmula de gelatina explosiva. Dela
derivou outra pólvora, baseada na mistura de algodão-pólvora, nitroglicerina
gelatinizada e vaselina, desenvolvida por Frederick Abel e James Dewar em 1889.
O material podia ser moldado em cordões, sendo nomeado 'cordite', e foi adotado
em larga escala pelo exército britânico, sendo o principal propelente durante a
Primeira Guerra.
Armas de fogo
hoje usam pólvora de base simples ou composta. Pólvoras de base dupla ainda são
usadas em pequenos foguetes de combustível sólido, mas foram quase totalmente
substituídas por combustíveis sólidos mais modernos, discutidos mais adiante.
Criar uma pólvora
sem fumaça confiável requer a manipulação da percentagem de nitrificação e
adição de moderadores e outros elementos. O resultado é um explosivo de aspecto
sólido e estrutura coloidal, compacta e homogênea, permitindo elevada
constância do rendimento balístico; facilmente moldável em fios, escamas e
grãos; caracterizado por uma combustão controlada, lenta e regular. A taxa de
queima das pólvoras sem fumaça, como a de outros explosivos, pode ser
controlada pela variação no tamanho dos grãos: quanto maior a granulação mais
lenta a queima. Os grãos também podem ser perfurados, aumentando a área de
queima.
INCENDIÁRIOS
Junto com
explosivos, os militares também usam intensamente material incendiário. Armas
incendiárias têm sido usadas em combate há muito tempo, por exemplo, as flechas
de fogo usadas pelos Apaches para atacar as caravanas nos filmes de cowboy. No
século VII, alquimistas bizantinos descobriram uma mistura de piche, nafta,
enxofre e petróleo capaz de queimar violentamente. O chamado 'fogo grego'
tornou-se a arma secreta do Império de Constantinopla contra os sarracenos.
Mais tarde, nos combates navais da era da vela, balas de canhões eram aquecidas
a rubro antes do disparo na esperança de incendiar os vasos inimigos. Munições
militares modernas incendiárias consistem em 'napalm', 'explosivos
ar-combustível (FAE)', e compostos metálicos.
Napalm é
simplesmente gasolina a qual um espessante foi adicionado para fazê-la viscosa.
A fórmula original da Segunda Guerra usava 'palmitrato de sódio' (natrium
palmitrate) como espessante, levando ao nome 'napalm'. Napalm moderno usa
plástico poliestireno como espessante. Napalm improvisado usa sabão em pó ou
isopor como espessante.
FAEs, explosivos
ar-combustível, pulverizam uma nuvem de aerosol de hidrocarboneto líquido, e
então o inflamam para criar uma explosão deflagrante sobre uma extensa área.
Alumínio é o
metal incendiário mais difundido. Outros metais incendiários incluem zircônio,
magnésio, titânio, e urânio exaurido. Todos eles queimam a altas temperaturas.
Um composto metálico incendiário particularmente útil é a 'termite', uma
mistura de óxido de ferro (Fe2O3, ferrugem) e alumínio. A reação da termite é:
Fe2O3 + 2Al -> Al2O3 + 2Fe
A reação queima a
alta temperatura e libera uma tremenda quantidade de energia. Termite é muito
usado em cargas de demolição para inutilizar material militar abandonado ao
inimigo.
Um novo esquema
usa uma 'folha combustível' feita de metais pirotécnicos para efetuar soldagens
de emergência. A 'folha' contém finas camadas alternadas de níquel e alumínio,
pode ser acesa por um fósforo ou por uma bateria, e incendeia em toda a
superfície instantaneamente, queimando no vácuo ou sob a água. É usada por
soldados para reparos de campo, como detonadores e para aquecimento.
PIROTÉCNICOS
Fósforo branco já
foi usado como incendiário militar. O elemento fósforo aparece na natureza em
duas formas: a vermelha, amorfa, e a branca, cristalina, de quatro átomos em
arranjo tetraedral. Fósforo vermelho é relativamente seguro de manusear, mas
fósforo branco sofre ignição espontânea à temperatura ambiente. Fósforo branco
é hoje usado principalmente para gerar fumaça.
Combustíveis a
base de cálcio em mistura com óxido de ferro podem gerar moderado calor sem
produzir chama ou gás. Durante a Segunda Guerra Mundial, dispositivos desse
tipo foram usados para aquecer latas de rações de campanha.
Fusos
pirotécnicos são feitos de enxofre, silicone, tungstênio, ou boro. Eles podem
ser dispostos em colunas, queimando num intervalo específico e desencadeando
uma reação maior. Estes fusos são usados para controlar a sequência de tempo em
vários dispositivos aeroespaciais, incluindo os ferrolhos explosivos que
liberam as saídas de emergência em aviões e a separação de estágios em foguetes,
além de seu uso mais comum como temporizadores em granadas de mão.
Existem muitos
tipos de sinalizadores para uso militar e comercial. Sinalizadores comerciais
de estrada, de cor vermelha, são feitos com estrôncio mais um oxidante.
Sinalizadores
militares, de iluminação noturna, são feitos de partículas de magnésio,
misturadas com oxidantes e aglutinantes.
Aeronaves
militares carregam às vezes chamarizes térmicos para desviar mísseis seguidores
de calor. No início, sinalizadores comuns eram usados como chamarizes ou
flares, mas os mísseis se sofisticaram e ficaram capazes de ignorar as iscas, e
chamarizes mais sofisticados apareceram. Flares modernos consistem de
plástico teflon misturados com compostos de flúor como oxidante, e podem conter
dois estágios queimando a diferentes temperaturas em tempos diferentes. Os mais
recentes chamarizes 'pirofóricos' são feitos de tiras metálicas que se oxidam
rapidamente ao invés de queimar, para simular as temperaturas moderadas dos
escapes de turbinas.
Os mísseis modernos se tornaram tão espertos que os aviões
estão agora adotando sistemas de laser para confundi-los. Além de ineficientes,
os flares são difíceis de armazenar e manusear, e uma vez que um avião tenha
usado seu estoque, estará indefeso.
Pólvora fotográfica
é feita com alumínio ou magnésio em pó misturado com um oxidante, sendo usada
para gerar um clarão de luz e som estrondoso. É usada em granadas de
atordoamento e como fonte de luz para fotografia noturna.
Granadas de
fumaça militares são feitas com fósforo, ou com açúcar como combustível em
mistura com um oxidante como o clorato de potássio, junto com corantes
orgânicos para gerar fumaça colorida. O açúcar queima a baixa temperatura, não
degradando os corantes. Tanques e outros blindados normalmente carregam
lançadores de granadas para lançar cortinas de fumaça como camuflagem. Granadas
e ogivas fumígenas são usadas para marcação de alvos e sinalização de zonas de
pouso de helicópteros.
Airbags de
segurança automobilísticos têm de ter atuação instântanea, requerendo um
pirotécnico que gere rapidamente uma grande quantidade de gás, sem gerar chama
ou choque desnecessário. Nos anos 1970 foi desenvolvido um dispositivo inflador
barato e compacto, baseado na reação do azido de sódio (NaN3) com um oxidante, produzindo
nitrogênio suficiente para inflar um airbag em cerca de 50 milissegundos. Azido
de sódio consiste de estruturas conectadas de sódio e azido, um grupo de três
átomos de nitrogênio ligados. Um choque desagrega a estrutura, o sódio combinando
com o oxigênio do oxidante, enquanto os átomos de nitrogênio se reagrupam em
pares, formando uma grande quantidade de nitrogênio gasoso.
Dispositivos
similares são usados para inflar botes e coletes salva-vidas.
Muitos dos
pequenos foguetes usados na Segunda Guerra usavam pólvora de base dupla como
propelente, mas durante a guerra o JPL, Jet Propulsion Laboratory, nos EUA,
desenvolveu um combustível sólido de queima lenta baseado no asfalto, em
mistura com perclorato de amônia (NH4ClO4) ou perclorato de potássio (KClO4)
como oxidante mais pó de alumínio. O único problema era que o asfalto tendia a
fluir, especialmente nos dias quentes, exigindo que os foguetes ficassem
armazenados com o nariz para baixo.
Depois da guerra, esse esquema evoluiu para
os modernos combustíveis baseados em borracha sintética, misturada com
perclorato de amônia como oxidante e altas dosagens de pó de alumínio. A
borracha sintética age como combustível e como aglutinante, podendo ser moldada
num maciço bloco sólido, sem fissuras ou bolhas que causem combustão irregular,
e permitindo estocagem segura e prolongada sem deterioração.
Melhorias
posteriores adicionaram óxido de ferro em pó à mistura, causando uma reação de
termite. Combustíveis sólidos de alta energia incorporam uma dose de alto-explosivos,
como nitroglicerina, nitrocelulose ou HMX, mas essas fórmulas são
compreensivelmente perigosas de manusear e são usadas apenas em pequenos
estágios superiores.
Uma interessante
aplicação dos modernos combustíveis sólidos de foguetes é na desativação de
minas. Cargas preenchidas com combustíveis sólidos de foguete são colocadas
sobre uma mina, apoiadas em pernas retráteis. O escapamento queima através da
carapaça da mina e destrói a carga explosiva.
RASTREAMENTO DE
EXPLOSIVOS
Uma área interessante
da tecnologia de explosivos são os sistemas de rastreamento que permitem a
identificação de um explosivo que, por exemplo, tenha sido usado num ataque
terrorista. Embora a análise da composição química dos resíduos da explosão
possa ajudar a identificar o tipo de explosivo, a possibilidade de traçar a
origem da produção do explosivo é muito mais útil.
Uma das tecnologias de
rastreamento está disponível há várias décadas. Microtrace Incorporated de
Blaine, Minnesota, comercializa o sistema "MicroTag", inventado nos
anos de 1970 por um químico da Corporação 3M, chamado Richard Livesay. A 3M
desenvolveu e comercializou o sistema MicroTag, baseado em pequenas
partículas, do tamanho aproximado de um grão de pimenta, construídas de cerca de
10 camadas coloridas. Um lote de marcadores com um código de cores particular é
misturado com um lote de explosivo para permitir sua identificação. Um teste
feito pelo governo norte-americano entre 1977 e 1979, adicionando marcadores a
1% de todos os explosivos produzidos não demonstrou problemas: de fato, um
atentado a bomba foi solucionado pelo sistema.
Na Suíça, a primeira nação a
adotar a tecnologia, centenas de crimes foram solucionados com seu uso. No
entanto, um acidente desastroso em 1979 em uma fábrica de explosivos foi
atribuído ao uso do sistema, levando a uma ação legal contra a 3M. Embora a
companhia tenha ganho o caso desistiu do negócio, vendendo-o ao seu inventor,
Livesay, que fundou a Microtrace. Muitos dos clientes da Microtrace usam o
sistema Micro Tags para proteger bens como cosméticos e bebidas alcóolicas de
falsificação.
Um esquema mais tradicional e sutil baseia-se na criação de
marcadores na forma de moléculas seletivamente modificadas com isótopos
atômicos relativamente raros. Por exemplo, moléculas podem ser sintetizadas
usando átomos de deutério, hidrogênio pesado, no lugar de hidrogênio comum, em
diferentes padrões. Este esquema é usado na identificação de lotes de petróleo
em oleodutos e na marcação de lotes de nitrato de amônia.
