Explosivstoffe

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Einleitung

Explosivstoffe, chemische Verbindungen oder besondere Mischungen, deren Verbrennung oder Zersetzung mit starker Wärmeentwicklung und dem Freisetzen großer Gasmengen einhergeht. Weil dieser Vorgang äußerst schnell abläuft, kommt es im zeitlichen Verlauf einer Explosion zu einem extremen Druckanstieg, der letztendlich Ursache für die Explosionswirkung ist. Technisch fasst man unter dem Begriff Explosivstoff explosionsfähige Stoffe bzw. Gemische zusammen, die z. B. als Sprengstoffe, Schießpulver, Treibladung oder Zündmittel benutzt werden. Diese Stoffe werden für friedliche bzw. gewerbliche Zwecke u. a. beim Tunnelbau, in Steinbrüchen oder beim Abriss von Gebäuden genutzt. In pyrotechnischen Erzeugnissen wie beispielsweise im Feuerwerk sind Explosivstoffe ein wesentlicher Bestandteil. Als Treibmittel kommen sie in Form von Treibladungen für Geschosse (Projektile) oder Raketen zum Einsatz. Zu militärischen Zwecken dienen so genannte Sprengladungen beispielsweise in Granaten, Bomben und Minen.

Das erste Sprengmittel war das Schwarzpulver, einer Mischung aus Kohle, Schwefel und Kalisalpeter (Kaliumnitrat). Wer dieses Pulver zuerst entdeckte ist unklar, aber Überlieferungen zufolge stammt die Erfindung aus dem China des 12. Jahrhunderts. In Europa wird Schwarzpulver etwa seit dem 13. Jahrhundert verwendet, überwiegend zu rein militärischen Zwecken (Berthold der Schwarze). Die ersten modernen Sprengstoffe waren Cellulosenitrat (Nitrocellulose) und Nitroglycerin (Glycerintrinitrat). Beide hat man erstmals 1846 hergestellt. Heutzutage zählen Nitrate, Nitroverbindungen, Fulminate und Azide zu den wichtigsten Sprengchemikalien. Sie werden allein oder zusammen mit brennbaren Substanzen zur Explosion gebracht.

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Eigenschaften von Explosivstoffen

Die Explosivstoffe lassen sich nach ihrer Explosions- oder Detonationsgeschwindigkeit bestimmen. Bei schwach explosiven Stoffen liegen die Geschwindigkeiten bei mehreren Zentimetern pro Sekunde. Bei hochexplosiven Stoffen reichen sie von 900 bis zu 10 000 Metern pro Sekunde. Je nach ihren anderen wichtigen Eigenschaften werden diese Stoffe für die unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt. Entscheidend sind z. B. das Zündverhalten und die Stabilität gegenüber Wärme, Kälte oder Feuchtigkeit. Die Brisanz (auch Stoßdruck genannt) bzw. die zerstörende Wirkung eines Explosivstoffes hängt von seiner Detonationsgeschwindigkeit ab. Bei einigen moderneren Sprengstoffen liegt sie bei rund 1 000 Metern pro Sekunde. Diese Stoffe werden meist für militärische Zwecke eingesetzt. In Steinbrüchen und im Bergbau sind häufig größere Gesteinsbrocken abzusprengen. Dafür eignen sich Explosivstoffe mit geringerer Detonationsgeschwindigkeit. Die Treibladungen in Gewehren (Hand- und Faustfeuerwaffen) und Kanonen sollten noch langsamer abbrennen, weil ein stetig ansteigender Druck auf das Projektil im Lauf günstiger ist als ein plötzlicher Stoß. Ein solcher könnte im Extremfall den Lauf auseinandersprengen.

Manche speziellen Explosivstoffe sind gegen Wärme oder mechanische Stöße empfindlich (Temperatur- und Schlagempfindlichkeit). Sie dienen zum Zünden von weniger empfindlichen Sprengstoffen mit hoher Sprengkraft. Hochexplosive Sprengmittel werden oft mit inerten (nicht wirksamen) Materialien gemischt, um ihre Empfindlichkeit und Brisanz herabzusetzen. Ein wichtiges Beispiel hierfür ist Dynamit, bei dem Nitroglycerin (exakter Name: Glycerintrinitrat) mit Kieselgur vermischt ist (Alfred Nobel).

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Schießstoffe und Treibladungspulver

In Feuerwaffen verwendet man hauptsächlich zwei Arten von Explosivstoffen. Bei der einen Sorte handelt es sich um schwach explosives gelatiniertes Cellulosenitrat (Nitrocellulose). Die andere Sorte besteht aus zwei Komponenten, nämlich einer Mischung aus Nitrocellulose und einem hochexplosiven Sprengstoff wie z. B. Nitroglycerin.

Die Abbrand- oder Detonationsgeschwindigkeit hängt auch von der Korngröße und -form des Produkts ab. Weil die Körnchen von außen nach innen abbrennen, kann man sie bei der Herstellung so formen, dass sie mit abnehmender Geschwindigkeit abbrennen. So verkleinert sich die Oberfläche kugelförmiger Körner während des Abbrennens immer schneller, wodurch die Abbrenngeschwindigkeit letzten Endes abnimmt. Diese Eigenschaft ist für die Treibladungen kurzläufiger Schusswaffen (z. B. Pistolen oder Revolver) günstig. Auch eine gleichmäßige oder eine ansteigende Abbrandgeschwindigkeit kann realisiert werden. Dies gelingt durch eine entsprechende Form und Größe der Körnchen.

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Hochbrisante Sprengstoffe

Einige dieser Explosivstoffe, darunter TNT (Trinitrotoluol), sind gegen Stöße oder Reibung sehr unempfindlich und daher leicht und relativ sicher zu handhaben. Andere, wie das Nitroglycerin, sind so empfindlich, dass sie stets mit inerten (nicht wirksamen) Materialien gemischt werden müssen. Oft mischt man auch verschiedene Explosivstoffe, um ganz bestimmte Eigenschaften zu erzielen.

Während des 1. Weltkrieges war TNT der meistverwendete Sprengstoff. Vor dem und im 2. Weltkrieg wurden zahlreiche hochbrisante Sprengstoffe neu entwickelt, darunter Hexogen (Cyclonit) und Pentaerythrittetranitrat (Nitropenta).

Hexogen zählt neben TNT heute zu den wichtigsten Sprengstoffen und wird für Sprengzünder verwendet. Als Mischung mit TNT und Wachs wird es in Bomben eingesetzt (z. B. Trixogen). Eine ähnliche Mixtur, die auch Aluminium enthält (z. B. Torpex in konventionellen Torpedosprengköpfen), ist unter Wasser um rund 50 Prozent wirksamer als TNT. Zur Sprengung von Gebäuden dient oft eine Mischung aus Hexogen und einem explosiven Kunststoff als Weichmacher.

Pentaerythrittetranitrat, auch Nitropenta oder PETN genannt, ähnelt in seinen Eigenschaften dem Hexogen. PETN zählt zu den brisantesten Explosivstoffen und wird oft in Sprengkapseln oder Sprengschnüren eingesetzt.

Seit 1955 wurden zwei Arten hochbrisanter Sprengstoffe entwickelt, die das Dynamit inzwischen weitgehend verdrängt haben. Zu der einen Sorte zählt man die ANC-Sprengstoffe auf der Basis von Ammoniumnitrat. Sie enthalten u. a. Heizöl oder andere brennbare Stoffe. Die so genannten Gelsprengstoffe enthalten auch Wasser, so dass sie leicht formbar sind.