[科普中国]-爆炸物热爆炸特性

爆炸物热爆炸特性是指爆炸物在热作用下发生爆炸的特性，但是有些则是自动催化热爆炸和连锁热爆炸。热爆炸理论是研究爆炸物在热作用下发生爆炸变化的基础理论。爆炸物受热后分解反应的放热速度大于周围介质的散热速度是爆炸物发生热爆炸的必要条件。

简介概述决定爆炸物热爆炸特性的重要因素是：（1）爆炸物的活化能；（2）分解反应热；（3）热导率和比热容；（4）有效的加热面积；（5）爆炸物的质量。不少爆炸物（例如叠氮化铅、梯恩梯和硝化甘油等）在热作用下发生爆炸的机理是自动催化热爆炸。自动催化反应中反应速度则随着某一反应产物浓度的增大而增加。有些爆炸物在热作用下发生连锁反应，可能是由于连锁自加速而导致爆炸的。

连锁反应理论与支链爆炸物质分子间发生化学反应，首要条件是相互碰撞。在标准状态下，单位时间、单位体积内气体分子相互碰撞约1028次。但相互碰撞的分子不一定发生反应，而只有少数具有一定能量的分子相互碰撞才会发生反应，这种分子称为活化分子。一个活化分子（基）只能与一个分子起反应，但在氯化氢的反应中，引入一个光子就能生成十万个氯化氢分子，这就是由于连锁反应的结果。根据连锁反应理论，气态分子间的作用，不是两个分子直接作用得出最后产物，而是活性分子自由基与另一分子起作用，作用结果产生新基，新基又迅速参与反应，如此延续下去而形成一系列的连锁反应。连锁反应通常分为直链反应与支链反应两种。在支链反应中，一个活性粒子（自由基）能生成一个以上的活性粒子中心。任何连锁反应都由3个阶段构成，即链的引发、链的传递（包括支化）和链的终止。链的起始需要有外来能源的激发，使分子键破坏，生成第一个基链的传递，即基与分子反应在连锁发展过程中所生成的中间产物" 自由基，称为连锁载体或作用中心。链的终止，就是引向自由基消失的反应。

热爆炸当某一燃烧反应在一定空间内进行，如散热困难，反应温度则不断提高，而温度提高又加快了反应速度，这样最后就发展成爆炸。这种爆炸是由于热效应而引起的，称为热爆炸。故反应时的热效应是断定物质能否爆炸的一个重要条件。但有些混合物在较低温度下爆炸时，反应热却很小；而有些反应的反应热虽然很高，但其混合物不仅不爆炸，而且在无催化剂的作用下也不反应；还有些爆炸性混合物可通过加入少量正负催化剂而加速或抑制爆炸的发生。这种爆炸就不能用热爆炸理论来解释，只有用化学动力学的观点来说明，这就是前面提到的支链爆炸。1

相关资料热爆炸理论基本思想热爆炸理论的基本思想是物理学上的能量守恒定律和热力学第一定律。一个放热系统的基本特征是有热量产生，因此放热系统的能量守恒就是热量的得失平衡，一般来说放热反应的不稳定往往表现为热量不能平衡。放热反应在反应过程中不断释放热量，提高温度，同时与它周围的环境发生热量传递。由于热量产生的速率和温度的关系是强非线性的指数关系。即Arrhenius关系，而热量损失的速率和温度之间呈线性或接近线性的关系如Newton冷却定律，若所产生的热量不能够全部从系统中传递出去，就会出现热量的积累，使系统的温度上升，这称为热失衡。热失衡的结果是热量产生的速率随着温度的升高呈指数增加，从而释放出更多的热量，使热失衡加重。如此循环，整个系统就好比自己加热自己，因此这个过程又称作自热过程，相应的系统叫自热系统。如果自热过程不加控制，就会使系统的温度达到很高的状态，一旦满足点火条件，系统就会出现点火(在某些场合下则导致起燃或起爆)，导致热爆炸，显然该过程具有自发性质和热性质。

应用一个正在进行放热化学反应的系统是放热系统。而热爆炸理论涉及到的主要研究对象是放热化学反应及各种放热反应系统，由于含杂质的硝酸铵水溶液影响了硝酸铵的稳定性，可能引起热爆炸，因此将含杂质的硝酸铵水溶液体系看作是均温非稳定体系，可利用热爆炸理论对其热爆炸的临界爆炸温度和爆炸延滞期进行研究。热爆炸非稳定理论主要研究的两个问题是：①放热系统到达稳定态以前温度与时间的关系；②爆炸系统到达爆炸前的历程。2

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所