در کلاهک موشک‌های بالستیک ایران و همچنین در پهپاد‌های انتحاری از ماده فوق انفجاری به نام RDX استفاده میشود، دوستی پرسیده بودند چرا بخصوص از این ماده استفاده میشود که در این پست به صورت مختصر و مفید به این ماده فوق انفجاری و مقایسه آن با دیگر مواد فوق انفجاری پرداخته میشود.
همان طور که در تصویر بالا می‌بینید، ستون فقرات این مولکول را شش اتم پیوند خورده به صورت حلقوی شکل (هگزوژنی) با پیوندهای کربن-نیتروژن تشکیل می دهند. نیتروژن های این حلقه هر کدام خود با یک گروه نیترو متصل هستند. گروه های نیترو (NO2) اکسید کننده های قوی (اهداکنندگان اکسیژن) می باشند. این مولکول از نظر اکسیژنی نزدیک به حالت تعادل اکسیژنی است، یعنی حاوی اکسیژن کافی برای سوزاندن تمامی کربن موجود در مولکول به گاز کربنیک (CO2) و بخشی از هیدروژن به آب (H2O) است، بنابرین برای سوزاندن کربن ها به اکسیژن خارجی نیازی نیست و برای تبدیل هیدروژن به آب تا حدودی از اکسیژن محیط استفاده می‌کند (خود انفجار نیاز به اکسیژن محیط ندارد). همچنین گروه‌های نیترو به جای کربن به نیتروژن‌ها متصل هستند (یک خصوصیت کلیدی) و انرژی پیوندی قابل ملاحظه ای هم دارند. فارغ از این، پیوند بین نیتروژن و کربن (در حلقه) هم انرژی زیادی در خود ذخیره کرده است و از خود پس از شکسته شدن آزاد میکنند. این مولکول هگزوژنی به طور طبیعی ناپایدار است و پیوندهای N-N به راحتی شکسته می شوند و انرژی آزاد می کنند و بدین روی گروه نیترو به راحتی می تواند تمام کربن ها را به گاز کربنیک تبدیل کند و در این راستا انفجار قدرتمندی را ایجاد کند.
در مقایسه با دیگر مواد فوق انفجاری که در تصویر زیر می‌بینید، به عنوان مثال TNT نسبت به سوخت خود در مولکول، از اکسیژن بسیار کمتری نسبت به RDX برخوردار است. فارغ از این، در TNT گروه نیترو مستقیما به یک کربن پیوند خورده است که نسبت به پیوند N-N در RDX پایدارتر است. به این دلایل قدرت ماده انفجاری TNT از RDX و PETN ضعیفتر است. در ارتباط با PETN گروه نیترو (NO2) به یک اتم اکسیژن پیوند خورده است که نسبت به RDX چندان مناسب نیست اما این ماده به دلیل وجود تعداد بیشتر گروه نیترو (۴ عدد) از RDX قوی تر است! قابلیت شکستگی سریع مولکولی در مواد انفجاری از اهمیتی بالایی برخوردار است که در RDX این حسن به دلیل ناپایداری پیوند N-N به خوبی وجود دارد. این ناپایداری پیوندی بین N-N به این دلیل وجود دارد که اتم های نیتروژن همیشه می خواهند با یکدیگر یکی بشوند تا گاز نیتروژن N2 با پیوند سه گانه تولید کنند. فارغ از این، هر چه تعداد پیوندهای نیتروژن-نیتروژن یک مولکول ماده انفجاری بیشتر باشد، مانند RDX، آن ماده انفجاری از قدرت انفجاری بیشتری برخوردار خواهد بود.
ماده PETN امروزه جای خود را به RDX داده است، به این دلیل که RDX از نظر ترمودینامیکی پایدارتر و از عمر بیشتری نسبت به PETN برخوردار است. همچنین از RDX در قالب ماده فوق انفجاری دیگری به نام C4 استفاده میشود که در عراق طبق آمار بیش از ۶۰۰ سرباز تروریست آمریکایی را در سال‌های اشغال این کشور در قالب بمب‌های کنار جاده‌ای به باد فنا داد. C4 ماده فوق انفجاری است که از ۹۱ درصد RDX تشکیل شده و نسبت به RDX خالی، به دلیل استفاده از بایندر ها از حساسیت انفجاری کمتری برخوردار است! البته دیگر مواد فوق انفجاری قوی تر ازRDX یا PETN وجود دارند که به دلیل فوق حساس بودن و بدین روی فوق خطرناک بودن مصرفی در ارتش‌ها ندارند!
یکی دیگر از مولفه‌ها در ارزیابی قدرت یک ماده انفجاری چگالی آن می‌باشد. بدین معنا که چه تعداد مولکول را می توان در یک حجم معین کنار یکدیگر قرار داد! حتی اگر انرژی به ازای جرم در ملکول یکسان باشد، اگر بتوان در حجم کمتری، مولکول‌ها را کنار یکدیگر قرار داد (چگال‌تر کرد)، آن ماده از نظر انفجاری قوی تر نسبت به سایر مواد انفجاری با همان نسبت یکسان انرژی به جرم در نظر گرفته میشود! به عنوان مثال، RDX چگالی بالغ بر ۱.۸۲، در حالیکه TNT ماده انفجاری چگالی بالغ بر ۱.۶۵ گرم بر سانتی متر مکعب دارد و بدین روی RDX از TNT بسیار قوی تر است! لازم به ذکر است که چگالی کمتر همیشه به معنای قدرت انفجاری کمتر نیست! به عنوان مثال PETN با چگالی کمتری نسبت به RDX, دارای قدرت انفجاری بیشتری است! به همین روی برای ارزیابی قدرت انفجاری یک ماده باید تمامی مولفه‌های قدرت در نظر گرفته بشوند و صرفا ملاک قرار دادنِ چگالی ماده کفایت نمیکند!
مواد منفجره با چگالی بالا بالاترین سرعت انفجار (سرعت موج شوک انفجاری که از ماده منفجره عبور می کند) و همچنین بیشترین فشار انفجار را دارند، به عنوان مثال این سرعت (۸ تا ۱۰ کیلومتر در ثانیه) و تولید فشار شدید برای کمپرس کردن هسته سلاح هسته‌ای به کار می‌‌آید! در واقع در برنامه هسته‌ای آماد ایران از ترکیبی از RDX و TNT در سیستم فشرده کننده سلاح استفاده شد. در اینجا هم باید اضافه کرد که ماده منفجره با چگالی پایین تر، میتواند سرعت موج شوک بیشتری نسبت به ماده منفجره با چگالی بالاتر داشته باشد! اما کلا مواد منفجره با چگالی بالا سرعت موج شوک بالایی دارند!
دوست دیگری در مورد “فرم” ساختار ملکولی و تاثیر آن در قدرت انفجار پرسیدند که باید گفت بسته به این که ساختار ملکولی یک ماده انفجاری چه شکلی دارد (molecular conformation)، یعنی آیا پیوند‌ها تاب خورده ا‌ند یا به صورت زیگ زاگی به یکدیگر متصل شده ا‌ند، فارغ از این که در خود پیوند چه میزان انرژی ذخیره شده است، انرژی اضافه‌ای را بدلیل از بین رفتن خمیدگی‌های ملکولی (پس از شکستگی ملکولی) میتوان بدست آورد! بنابرین هر چه ملکول یک ماده انفجاری حاوی پیوند هایی باشد که از خود تاب خوردگی، خمیدگی و دیگر اشکال ممکن نشان دهند، حاوی انرژی مضاعفی برای آزاد شدن هستند! اما در اینجا باز باید اضافه کرد که چنین ملکول‌هایی با فرم‌های ساختاری پیچیده، اکثرا ناپایدار و حساس هستند و کار با آنها (بسیار) سخت است و هر لحظه خطر انفجار در بیخ گوش سازنده یا استفاده کننده است!
در انتها این را هم اضافه کنم که تنها موادی که حاوی اکسیژن هستند، انفجاری نیستند، بلکه موادی هم که در ساختار ملکولی خود هیچ اتم اکسیژن ندارند میتوانند هم بسیار انفجاری باشند به این دلیل که پیوندهای نیتروژن-نیتروژن به راحتی میشکنند و انرژی آزاد میکنند. مولکول هایی که دارای گروه های آزید (-N=N=N) هستند، علی رغم نداشتن اکسیژن می توانند مواد منفجره باشند. در این میان میتوان به آزید سرب (PbN3) و آزید سدیم (NaN3) اشاره کرد.
