Parte 2. Teoria detras de la descomposicion detonante de quimicos de alta densidad energética.

Son muchos los quimicos de alta densidad energetica (QADE) que existen en la actualidad, pero incluso asi, los estudios no han podido determinar como ocurre una descomposicion detonante de un QADE. La teoria mas aceptada es la que se expone a continuacion. Antes, hay que explicar dos tipos basicos de QADE que existen.

El primer tipo se les denomina "Sprengel", consisten basicamente en una mezcla muy homogenea de un oxidante con un combustible. Un ejemplo para ser facilmente entendido, es simplemente la estufa de gas. La estufa de gas crea una mezcla homogenea de gas domiciliario (combustible de butano) con aire (fuente de oxigeno) y luego la exposicion a la llama, enciende esta mezcla. Bajo ciertas condiciones, ciertos oxidantes y combustibles pueden tener una descomposicion ultrasonica, llevando a que esta sea detonante. El ejemplo mas clasico, seria el ANFO. Una mezcla explosiva de nitrato de amonio y ACPM (fuel oil N°2)

Por el otro lado, tenemos los QADE mono-moleculares, los cuales consisten en una sola molecula quimica que se descompone de forma detonante, bajo las condiciones adecuadas. Otro ejemplo clasico seria el 1,3,6-Nitro-Tolueno, conocido como TNT.

Volviendo al ejemplo de la estufa, cuando el gas butano se quema con oxigeno, su descomposicion quimica seria de la siguiente forma:

CH3CH2CH3 + 10O2 ---> 3CO2 + 4H2O

Liberando 3 moles de dioxido de carbono y 4 moles de vapor de agua. Pero aca no termina todo. Si se calcula la densidad del oxigeno puro y del gas butano, y se calcula el volumen de los reactantes, este volumen luego se puede comparar con el volumen de los resultados de la reaccion. Se observara que el volumen producido es mayor. No olvidar que esto es solo el volumen, segun las leyes de la fisica, el peso de tanto los reactivos como los productos es el mismo. Entonces como primera conclusion, tenemos que la descomposicion de estos productos produce un aumento en el volumen de los mismos.

Pero aun hay mas. La molecula de butano tenia enlaces entre sus atomos de carbono y sus atomos de hidrogeno (aunque en este momento no importa, eran enlaces covalentes). Habia energia covalente uniendo estos atomos. La nueva organizacion en los resultados, son de moleculas mas estables y que por ser mas estables, requieren menos energia para unirse entre si. Es decir, la energia que habia entre los enlaces de los reactivos es mayor que la energia entre los enlaces de los productos.

A donde va a parar esta energia? Esta energia se transforma en energia calorica, luminica y quinetica, que vemos como la llama en el fogon de la estufa. Energia quinetica? Aunque minima, la hay, por el desplazamiento del nuevo volumen, no es notoria, es minima, pero existe.

Volvamos ahora al explosivo sprengel de el ejemplo. Esta compuesto por nitrato de amonio y ACPM. Esta mezcla al prenderle fuego, produce una descomposicion del nitrato de amonio de la siguiente formula:

NH4NO3  ---> 2H2O + N2O

Se libera agua y un mol de oxido nitroso. Este es un oxidante mas fuerte que el oxigeno puro y es el que quema el ACPM. No se puede dar una "formula" para el ACPM pues es una mezcla de hidrocarburos, pero usualmente son alkanos lineales bajo la formula CH3-(CH2)n-CH3 donde N usualmente esta por encima de 10, asi que con una cadena similar al butano, podemos predecir que tambien se quema en dioxido de carbono, agua, y en este ejemplo en particular, tambien en nitrogeno molecular (N2).

El ANFO es un QADE extremadamente insensible, se puede patear, dispararle, golpearle y no reaccionara. Para hacerlo detonar se requiere de otro explosivo mas sensible. Bajo estas condiciones la descomposicion ocurre de otra forma:

NH4NO3 --> 2H2 + N2O + O2

Liberando aun mayor cantidad de oxidantes y un volumen mayor de gases. Estos son los que reaccionan con el ACPM. Tambien bajo la descomposicion detonante, la energia del oxidante y del combustibles juntos, es mucho mayor que la energia de los productos, solo que debido a la rapida propagacion de los gases, la energia inversamente al ejemplo de la estufa, es mas quinetica que de cualquier otra forma. Tenemos entonces una rapida expansion de gases asociados a energia que mueve todo lo que encuentra a su paso. Tenemos un periodo de milisegundos de luminisencia y de calor, y un estallido sonoro instantaneo, indicando poca energia de estos tipos.

En el ejemplo del trinitrotolueno, la molecula tiene enlaces de muy alta energia con fracciones oxidantes. Esto no quiere decir que el trinitotolueno sea mejor explosivo por tener de forma intrinseca el oxidante incluido. Simplemente le dan el caracter de enlaces de alta energia que al descomponerse liberan aun mayor cantidad de energia y se asocia a la combustion del anillo de tolueno:

CH6(NO2)6-CH3 ---> 6CO2 + 3NH3 + 3N + C

Esta es una de las muchas posibles ecuaciones de la detonacion del TNT y ninguna es completamente acertada, puesto que la detonacion es erratica y es imposible determinar que camino va a seguir. Usualmente es una mezcla, pero lo que es de notar aca, es que el oxigeno dentro de la molecula, no es capaz de consumir completamente  todo el carbono, convirtiendose en un explosivo de balance de oxigeno "negativo", lo cual no es lo que importa en este momento, lo que importa es que de una sola mol de un solido, se produjeron 12 moles de productos gaseosos y solo una mol de un producto solido. Esto quiere decir una alta movilizacion de gases y ademas una liberacion de energia aun mucho mayor que el primer ejemplo del ANFO. Esta "si" es la razon por la cual el TNT seria mejor QADE que el ANFO.

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