[科普中国]-爆炸反应

分类

引起爆炸的反应大致分为两类：第一类为热爆炸（thermal explosion），第二类为支链爆炸（branched chain explosion）。

热爆炸反应当一放热反应在无法散热情况下进行时，反应热将使系统温度剧烈上升， 而温度又使反应速率按指数规律上升。这种循环很快，使反应在短时间内放 出大置热而发生爆炸。一个放热反应，散热速率远低于反应放热的速率，反应热使体系温度升高，又引起反应速率（按指数加快）及放热速率增加，这样放热－升温－加速反应－升温…直至爆炸发生。

支链爆炸反应由于存在支化反应，即一个自由基的反应产生许多个自由基，如H2+O2的反应，消耗一个H又产生3个H，如原子核反应中一个中子产生3个新中子一样，H的数目将以指数地增加，引起爆炸。

当一个链反应的自由基原子销毁速率不够高时，自由基浓度按指数上升，反应链数目剧烈增加，总反应速率加快，这种循环使系统在短时间内释放大量的反应热而产生爆炸。例如H2和O2爆鸣气的爆炸就是这种原因。很多可燃性气体，在空气中的含量达到一定限度时，经点燃，就会产生爆炸，因此在使用这些气体时，应当十分注意，以免发生事故。下表列出一些工业上常见气体的爆炸界限。1

燃烧反应与爆炸反应的区别首先，从传播过程的机理上看，燃烧时反应区的能量是通过热传导、热辐射及燃烧气体产物的扩散作用传入未燃烧部分和周围介质的。而爆炸的传播则是借助于冲击波对药剂的强烈冲击压缩作用进行的。

其次,从波的传播速度上看，燃烧传播速度一般在几mm/s~几m/s。爆燃也只有几百m/s，如黑火药的最大传播速度约为400m/S左右，而爆轰的传播速度一般要达几千米每秒，如注装 TNT爆轰速度约为6900m/s。

第三，燃烧过程的传播容易受外界条件的影响，特别是受环境压力的影响。在大气中燃烧进行得很慢，但若将药剂放在密闭或半密闭的容器中则燃烧速度急剧加快，压力也迅速升高。而爆轰的传播几乎不受外界条件的影响，对于一定的炸药来说，爆轰速度在一定条件下是一个固定的常数。

最后，在燃烧过程中燃烧反应区产物质点运动方向与燃烧波面方向相反。因此燃烧波面内的压力较低。而爆轰时，爆轰反应区内产物质点运动方向是与爆轰波传播方向相同，爆轰波区的压力高达数十万个大气压。2

意义研究两类爆炸反应的动力学规律对于控制和利用爆炸反应是十分有意义的。