Balanço de oxigênio - Oxygen balance

Balanço de oxigênio ( OB ou OB% ) é uma expressão usada para indicar o grau em que um explosivo pode ser oxidado. Se uma molécula explosiva contém oxigênio suficiente para formar dióxido de carbono a partir do carbono , água dos átomos de hidrogênio , todo o dióxido de enxofre do enxofre e todos os óxidos metálicos sem excesso, diz-se que a molécula tem um equilíbrio de oxigênio zero . Diz-se que a molécula tem um balanço de oxigênio positivo se contiver mais oxigênio do que o necessário e um balanço de oxigênio negativo se contiver menos oxigênio do que o necessário; a combustão será então incompleta e grande quantidade de gases tóxicos como o monóxido de carbono estarão presentes. A sensibilidade, força e brisance de um explosivo são um tanto dependentes do equilíbrio de oxigênio e tendem a se aproximar de seus máximos quando o equilíbrio de oxigênio se aproxima de zero.

O balanço de oxigênio é calculado a partir da fórmula empírica de um composto em porcentagem de oxigênio necessária para a conversão completa de carbono em dióxido de carbono, hidrogênio em água e metal em óxido de metal.

O procedimento para calcular o balanço de oxigênio em termos de 100 gramas do material explosivo é determinar o número de moles de oxigênio em excesso ou deficiente para 100 gramas de um composto.

${\ displaystyle OB \% = {\ frac {-1600} {Mol.wt.ofcompound}} \ vezes (2X + (Y / 2) + MZ)}$

Onde

X = número de átomos de carbono, Y = número de átomos de hidrogênio, Z = número de átomos de oxigênio e M = número de átomos de metal (óxido metálico produzido).

No caso de TNT (C ₆ H ₂ (NO ₂ ) ₃ CH ₃ ),

Peso molecular = 227,1

X = 7 (número de átomos de carbono)

Y = 5 (número de átomos de hidrogênio)

Z = 6 (número de átomos de oxigênio)

Portanto,

${\ displaystyle OB \% = {\ frac {-1600} {227,1}} \ vezes (14 + 2,5-6)}$

OB% = −73,97% para TNT

Como a sensibilidade, o brilho e a força são propriedades resultantes de uma reação química explosiva complexa, não se pode depender de uma relação simples, como o equilíbrio do oxigênio, para produzir resultados universalmente consistentes. Ao usar o equilíbrio de oxigênio para prever as propriedades de um explosivo em relação a outro, é de se esperar que um com um equilíbrio de oxigênio próximo de zero seja o mais forte, poderoso e sensível; no entanto, existem muitas exceções a essa regra. Cálculos preditivos mais complicados, como aqueles discutidos na próxima seção do artigo de materiais explosivos , resultam em previsões mais precisas.

Uma área em que o equilíbrio de oxigênio pode ser aplicado é no processamento de misturas de explosivos. A família de explosivos chamados amátóis são misturas de nitrato de amônio e TNT . O nitrato de amônio tem um equilíbrio de oxigênio de + 20% e TNT tem um equilíbrio de oxigênio de −74%, então parece que a mistura produzindo um equilíbrio de oxigênio de zero também resultaria nas melhores propriedades explosivas. Na prática real, uma mistura de 80% de nitrato de amônio e 20% de TNT por peso produz um equilíbrio de oxigênio de + 1%, as melhores propriedades de todas as misturas e um aumento na força de 30% em relação ao TNT.

Exemplos de materiais com balanço de oxigênio negativo são, por exemplo, trinitrotolueno (−74%), pó de alumínio (−89%), enxofre (−100%) ou carbono (−266,7%).

Exemplos de materiais com balanço de oxigênio positivo são, por exemplo, nitrato de amônio (+ 20%), perclorato de amônio (+ 34%), clorato de potássio (+ 39,2%), clorato de sódio (+ 45%), nitrato de potássio (+ 47,5%), tetranitrometano (+ 49%), perclorato de lítio (+ 60%) ou nitroglicerina (+ 3,5%).

O dinitrato de etilenoglicol tem um equilíbrio de oxigênio igual a zero, assim como o composto teórico trinitrotriazina .

Materiais explosivos comerciais devem ter balanço de oxigênio próximo a zero, a fim de minimizar a produção de óxidos de nitrogênio e monóxido de carbono ; os produtos gasosos da combustão incompleta são especialmente perigosos em espaços confinados, por exemplo, minas de carvão .