ESPLOSIVI
ESPLOSIVI
. Gli esplosivi sono sostanze o miscugli di sostanze capaci di trasformarsi, più o meno rapidamente, sotto l'influenza di azioni esterne, in un volume molto maggiore di quello iniziale di gas ad alta temperatura (v. esplosione).
Cenno storico. - Nei tempi antichi, più che esplosivi veri e proprî si usavano, a scopi bellici, materiali incendiarî. I primi fuochi greci di cui si ha conoscenza non erano che miscele di pece, resine, grassi, zolfo e carbone, alle quali veniva dato fuoco al momento di lanciarli contro il nemico. La prima sostanza veramente esplosiva fu la polvere nera (miscela di zolfo, nitro e carbone), la cui fabbricazione pare sia stata iniziata dai Cinesi. Nei primi tempi, però, non si conosceva di questa sostanza la forza propulsiva per il lancio dei proiettili; nel sec. I dell'era volgare, Cinesi e Indiani l'usavano soltanto per la fabbricazione di fuochi d'artificio; nel sec. VII i Bizantini per la preparazione dei fuochi greci, mettendo la miscela in recipienti di ferro e poi accendendola e lanciandola contro il nemico a mezzo di balestre. La forza propulsiva fu utilizzata dagli Arabi fin dal sec. XIII, con l'adoperare la polvere per il lancio dei proiettili a mezzo di fucili. La miscela da loro usata era composta di circa 74% di nitro (nitrato potassico), 15% di carbone, 11% di zolfo, ossia aveva proporzioni press'a poco eguali a quelle della polvere nera fabbricata attualmente. Nel sec. XIV, il monaco B. Schwarz, di Friburgo, cui erroneamente fu attribuita la scoperta della polvere, diffuse in Europa il sistema di utilizzazione adottato dagli Arabi, e da allora fino al sec. XIX, la polvere nera fu l'unico esplosivo largamente fabbricato e usato per i varî scopi (per maggiori particolari v. polvere nera).
A partire dall'inizio del secolo scorso, lo sviluppo scientifico della chimica portò alla scoperta di numerose sostanze (derivati nitrati di sostanze organiche) con proprietà d'infiammabilità e deflagrazione. Tali sostanze, aumentate man mano di numero e migliorate nelle varie proprietà di stabilità, sicurezza e potenza, costituiscono i moderni esplosivi. Essi hanno trovato largo impiego, oltre che per i tradizionali scopi bellici, nei grandi lavori civili (miniere, trafori ferroviarî, impianti idroelettrici, ecc.), in cui consentono notevole risparmio di energia e di tempo: così p. es., mentre nel traforo del Cenisio, adoperando soltanto polvere nera, l'avanzamento fu di 89 m. al mese, in quello del Gottardo, impiegando dinamite, l'avanzamento fu di 172 m. al mese, e nel traforo del Lötschberg, impiegando gelatina esplosiva, fu di 310 m. Per il traforo del Sempione si adoperarono più di 1.600.000 kg. di gelatina.
È interessante notare che, per la stretta connessione nella costituzione e preparazione dei prodotti esplodenti nitrati con i prodotti intermedî per la fabbricazione dei coloranti artificiali, la scoperta e lo studio di quelli procedette quasi di pari passo con la scoperta e lo studio di questi. Nel 1833 Braconnot, trattando amido e legno con acido nitrico concentrato, ottiene una sostanza, la xiloidina, che brucia con vivacità. Nel 1837 Pelouze, trattando cellulosa con acido nitrico, ottiene pure una sostanza con forte facilità di combustione. Nel 1845-46 C. F. Schönbein e R. C. Böttger, Knop e Karmarsch nitrano del cotone cardato con miscela di acido solforico e acido nitrico, ottengono il cotone fulminante e ne brevettano i procedimenti di fabbricazione. Nel 1847 A. Sobrero scopre la nitroglicerina. Nel 1866 A. Nobel prepara la dinamite facendo assorbire la nitroglicerina da un materiale inerte, la terra d'infusorî (Kieselguhr), e rende cosi possibile l'impiego della nitroglicerina nei lavori di cave e miniere. Nel 1864 Schültze prepara la prima polvere senza fumo a base di nitrocellulosa e nel 1865 Abel scopre il modo di renderla stabile e sicura; ma spetta a Vieille il merito di aver trasformato nel 1884 la potenza frantumante della nitrocellulosa in potenza progressiva, rendendone possibile l'impiego nelle cariche di lancio dei proiettili. Nel 1875 Nobel scioglie nitrocellulosa nella nitroglicerina e prepara cosi la gelatina esplodente. Nel 1888 lo stesso Nobel prepara la balistite (unendo nitroglicerina a cotone collodio quasi in parti uguali), polvere propulsiva da guerra e nel 1889 Abel prepara la cordite polvere senza fumo a base di nitroglicerina e cotone fulminante.
La nitrazione del toluolo fu tentata fin dal 1841 da Deville. Nel 1865 Jaworsky e nel 1869 Rosensthiel e F. K. Beilstein ottengono dei mono e binitrotoluoli, H. Kopp nel 1880 prepara il trinitrotoluolo simmetrico che dopo il 1890 comincia a venir fabbricato industrialmente come esplosivo (tritolo). L'acido picrico (trinitrofenolo) conosciuto come prodotto chimico fino dal sec. XV, venne proposto come esplosivo da Sprengel nel 1871. E. Turpin nel 1885 lo propose per la carica dei proiettili, e infatti venne adoperato allo stato fuso sotto diversi nomi (pertite, melinite, ecc.). Nel 1885 viene brevettata in Francia la miscela di binitronaftalina (12%) con nitrato ammonico (88%), esplosivo economico da scoppio usato poi largamente nella guerra mondiale. Dopo il 1880, in seguito alle numerose esplosioni avvenute nelle cave e nelle miniere, specie in quelle di carbone ove la polvere nera, la dinamite e le gelatine, data l'elevata temperatura di esplosione (superiore ai 2200 gradi), provocavano facilmente l'esplosione del grisou, furono studiati e preparati industrialmente i cosiddetti esplosivi di sicurezza. Nel 1881 Sprengel riprendendo i tentativi passati introdusse gli esplosivi da scoppio con miscele a base di clorati. Venne pure preconizzato l'uso dell'aria liquida come esplosivo per le miniere e cave, avendo essa il vantaggio di non lasciare gas velenosi dopo lo scoppio e non presentando pericoli per cariche inesplose; malgrado la difficoltà di prepararla e conservarla sul posto di utilizzazione, durante l'ultimo decennio l'uso dell'aria liquida è andato aumentando per il diminuito costo. Parallelamente alla preparazione degli esplosivi moderni senza fumo e senza fiamma, da lancio e da scoppio, si sviluppò la fabbricazione d'inneschi, capsule, detonatori, micce e furono preparate pure varie polveri bianche da caccia, a base di nitrocellulosa, che finirono col sostituire le polveri nere.
Proprietà e classificazione degli esplosivi.
Rimandando alla voce esplosione per quanto riguarda le reazioni chimiche e i fenomeni fisici cui dànno luogo in generale gli esplosivi, qui ci limitiamo a descrivere brevemente i principali di essi, trascrivendo per alcuni le formule di decomposizione, i dati della forza (= f; in kg. per cmq.), del potenziale (= P; in dinamodi per kg.), del volume dei gas sviluppati ridotto a V0 e 760 mm. (= V0; in litri per kg.), del calore d'esplosione (= Qv; a volume costante e in grandi calorie per kg.), della temperatura di esplosione (= t; in gradi centigradi), cioè il complesso dei dati fondamentali. Gli esplosivi possono essere anzitutto distinti secondo la natura chimica, in secondo luogo secondo le proprietà e gli usi cui sono destinati.
Classificazione secondo la natura chimica. - Dal punto di vista chimico, si possono distinguere gas esplosivi e miscugli esplosivi gassosi, composti esplosivi organici e composti esplosivi inorganici. I composti organici e inorganici s'impiegano talvolta soli (non tutti però), ma più frequentemente in miscuglio fra loro e con addizione di sostanze combustibili e stabilizzanti per poterne graduare le reazioni, gli effetti esplosivi, la sensibilità, e per migliorarne la stabilità chimica.
Gas esplosivi. - Sono: l'ozono, 2O3 = 3O2; l'acetilene, C2H2 = C2 + H2; il cianogeno (CN)2 = C2 + N2. Senza importanza pratica.
Miscugli esplosivi gassosi. - Comprendono principalmente la miscela ossidrica (H2 + O = H2O; f = 18.980; P = 1650; V0 = 1241; Qv = 3860; t = 3790°); e i miscugli impiegati nei motori a scoppio o a combustione interna (gas di distillazione, gas all'acqua, gas degli alti forni, derivati del petrolio, benzone, alcool gassificati mescolati all'aria e fatti esplodere con scintilla elettrica). La miscela ossidrica rappresenta teoricamente il sistema esplosivo di massima potenza conosciuto.
Principali composti esplosivi inorganici. - Clorato di potassio (2KClO3 = 3O2 + 2KCl). - Sale che esplode per urto violento. È un ossidante energico e diventa pericoloso se mescolato a un combustibile come il carbone, lo zolfo, lo zucchero, ecc. Entra nella composizione delle chedditi, del Prométhée, di miscele detonanti e pirotecniche.
Clorato di sodio. - Di proprietà analoghe al clorato di potassio, ma di uso più limitato perché igroscopico. Lo si trova in alcune chedditi.
Perclorato di potassio (KClO4 = 2O2 + KCl). - Esplosivo soltanto se usato in unione a sostanze combustibili, dà le permoniti e gli esplosivi Girard che hanno il difetto di essere troppo poco sensibili.
Perclorato di ammonio (4NH4ClO4 = 5O2 + 6H2O + 2N2 + 4HCl; f = 6620; V0 = 1610; t = 1080). - Detona per urto violento e non è igroscopico. Data la bassa temperatura di esplosione è la base di esplosivi antigrisou (yonckiti, nobeliti, esplosivi Alvisi, ecc.), con l'inconveniente però di mettere in libertà acido cloridrico.
Azoturi di argento e di piombo. - Hanno sensibilità simile a quella dei fulminati e possono sostituire il fulminato di mercurio negl'inneschi e capsule detonanti.
Perossido di azoto. - È un liquido rossastro, dotato di proprietà ossidanti energiche, che, senza essere esplosivo per sé stesso (come il perclorato di potassio), forma con i corpi combustibili esplosivi potenti, come le panclastiti, ma di preparazione e impiego poco pratici.
Ossigeno o aria liquidi. - Con combustibili (polvere di carbone, sughero, ecc.) dànno eccellenti esplosivi, le ossiliquiti, che se però non vengono impiegati subito dopo la preparazione perdono la loro potenza per evaporazione dell'aria e dell'ossigeno liquidi.
Nitrati di sodio e potassio. - Non sono esplosivi, ma ossidanti; entrano nella composizione della polvere nera e di moltissimi altri esplosivi.
Nitrato di piombo. - Analogo ai nitrati di sodio e potassio, ma di impiego molto più limitato.
Nitrato di ammonio. - Esplode per urto violento o per azione di un innesco energico. Ha una bassa temperatura di esplosione ed è il principale componente di parecchi esplosivi (Favier, forciti, naftaliti, roburiti, schneideriti, siperite, ammonal, ecc.), per quanto igroscopico e suscettibile di decomporsi col tempo. Fra le sue sette possibili reazioni di decomposizione la più probabile è la seguente:
Bicromato di ammonio. - Come tutti i bicromati è un ossidante energico, ma è il solo, sebbene poco potente, che abbia proprietà esplosive. È usato nella preparazione di alcuni tipi antigrisou.
Principali composti esplosivi organici. - Nitroparaffine. - Sono liquidi incolori, volatili, che esplodono difficilmente. L'esanitroetano ne costituisce il termine più interessante, per quanto di proprietà poco note.
Binitroglicol. - È un esplosivo potente, simile alla nitroglicerina, avente il vantaggio di congelare a −20°. È velenoso.
Binitroglicerina. - Il prodotto commerciale è una mescolanza dei due isomeri; congela a −30°; come esplosivo è meno potente della trinitroglicerina. Lo si usa per abbassarne il punto di congelamento.
Trinitroglicerina (v. nitroglicerina):
Dinitromonocloridrina disimmetrica. - Olio denso, a basso punto di congelamento, meno potente della nitroglicerina.
Dinitromonoacetina. - Olio denso e di color giallognolo; solidifica sotto −30°. Si usa in alcuni esplosivi da mina incongelabili.
Tetranitropentaeritrite. - Esplosivo potente, di cui dati i nuovi processi di fabbricazione dell'eritrite si studia l'applicazione pratica.
Trimetilentrinitrammina. - Esplosivo potente, derivante dall'aldeide formica, ammoniaca e acido nitrico. Recentemente si è cominciato a usarlo come esplosivo bellico da scoppio.
Esanitromannite. - Preparata contemporaneamente da Sobrero e da Dcomonte e Merand; è più potente della nitroglicerina, ma assai più sensibile, così che la sua preparazione e il suo uso, troppo delicati, uniti al prezzo elevato, non ne consentono l'applicazione.
Nitroamido. - L'amido può essere nitrato dando tetranitro, esanitro e ottonitroamido, esplosivi amorfi, di proprietà molto vicine a quelle delle nitrocellulose che sostituiscono in alcuni casi. Gli esplosivi ottenuti non sono stabili.
Nitrocellulose (v. nitrocellulosa). - Vanno dalla dodecanitrocellulosa alla tetranitrocellulosa. Citiamo la reazione di decomposizione (probabile) del fulmicotone (endecanitrocellulosa):
Nitroguanidina. - Poco sensibile, con bassa temperatura di esplosione. Fa parte di tipi antigrisou.
Nitrobenzoli. - I mononitrobenzoli non sono esplosivi, ma componenti degli esplosivi sprengel e di altri. Il metadinitrobenzolo è debole, ma suscettibile di detonare per azione del fulminato di mercurio. Serve per la preparazione, in miscuglio con altre sostanze, delle roburiti, securiti, ecc. Il trinitrobenzolo è più potente dell'acido picrico, ma per il suo costo elevato è per ora impiegato solo eccezionalmente.
Nitrotolueni. - La reazione di decomposizione del tritolo (v.) è:
Nitronaftaline. - Esplosivi non molto sensibili, la cui potenza aumenta col grado di nitrazione. Le mono- e le binitro- s'impiegano come desensibilizzanti e agglomeranti; le binitro-, trinitro- e tetranitro- costituiscono cariche da scoppio sole o in mescolanza con altri ingredienti.
Acido picrico. - È il più importante dei nitrofenoli (v.).
Trinitrocresolo. - Analogo all'acido picrico, serve a costituire cariche da scoppio.
Nitroaniline (v. tetrile).
Nitrato di diazobenzolo. - Come il cloruro, il bromuro sarebbe un ottimo detonante se non fosse eccessivamente sensibile.
Fulminato di mercurio
Classificazione secondo le proprietà e gli usi. - Secondo le proprietà e gli usi, gli esplosivi si sogliono distinguere in dirompenti, comprensivi degli esplosivi bellici da scoppio e da distruzione e mina, in detonanti e in deflagranti o polveri da guerra.
Esplosivi dirompenti. - Sono quelli che opportunamente innescati detonano, pur potendo in quantità limitata bruciare semplicemente all'aria libera. Comprendono gli esplosivi bellici da scoppio, da distruzione e mira, i cui effetti di rottura, lacerazione, proiezione e dislocazione sono dovuti appunto al potere dirompente. Questo, per l'incertezza nella valutazione concomitante delle pressioni, sviluppate quasi istantaneamente nella camera di scoppio, e della forza viva conseguentemente posseduta dai corpi circostanti dislocati o proiettati nello spazio ad alte velocità, non può venire esattamente calcolato. Le condizioni di caricamento a causa delle densità di carica vicine al limite, e del modo in cui avviene l'esplosione, sfuggono a tentativi precisi di applicazione teorica. Esistono però numerose formule approssimate per i molteplici problemi pratici.
Una misura attendibile può essere data dal confronto degli esplosivi in identiche condizioni d'impiego. Valgono poi a fornire un'idea intorno al potere dirompente, alcune prove empiriche come quelle di Quinan, di Guttmann, di Tranzl, ecc. Quest'ultima consiste nel collocare al fondo di un foro praticato in un blocco di piombo, di dimensioni convenute, un certo peso di esplosivo confezionato in cartuccia e innescato con un determinato detonatore; si riempie poi il foro con sabbia secca e si provoca l'accensione. Il foro per effetto dell'esplosione subisce una deformazione con conseguente aumento del suo volume. Quest'aumento, a parità delle altre condizioni, dà il potere dirompente degli esplosivi relativo a quello, p. es., della nitroglicerina, come appare dalla tabella seguente:
Gli esplosivi dirompenti si decompongono tanto più facilmente e completamente quanto maggiore è la velocità di detonazione (v. esplosione) la quale non è solo funzione delle variabili assunte nel calcolo teorico, ma anche della finezza e compattezza dell'esplosivo e del tipo d'innescamento adottato. Tali esplosivi, a differenza di quelli da lancio, sono impiegati allo stato di masse plastiche, di aggregati, di polvere amorfa, di piccoli cristalli e magari fusi negli ordegni che li debbono contenere per realizzare le elevate densità di carica indispensabili al raggiungimento delle pressioni e velocità di detonazione da cui sono caratterizzati.
Esplosivi bellici da scoppio. - Gli esplosivi bellici da scoppio costituiscono le cariche dei proietti e di tutti i tipi di bombe e torpedini subacquee e terrestri che si fanno esplodere prima, dopo, o al momento dell'urto a mezzo di congegni innescanti a tempo e a percussione. Una loro maggiore velocità di detonazione torna efficace nei tiri contro masse animate, mentre una minore velocità è favorevole nelle azioni di distruzione e demolizione di materiale. La loro sensibilità, cioè la loro maggiole o minore tendenza a esplodere sotto l'azione di un mezzo innescante, deve essere limitata per ragioni di sicurezza nelle manipolazioni, specialmente poi se sono destinati a essere contenuti nei proietti, che sopportano un urto non indifferente all'inizio del loro movimento a causa della deflagrazione della carica da lancio. È da osservare anzi che nel caso in esame i proietti vengono caricati per compressione o per fusione dell'esplosivo allo scopo di evitare ogni ulteriore assestamento (arroccamento) sia pur minimo, che potrebbe provocarne l'esplosione nell'interno della bocca da fuoco.
La sensibilità di questi esplosivi va assunta come precipuo valore indicativo della possibilità o no di servirsene a determinati scopi e delle precauzioni da adottare nella loro preparazione, manipolazione, trasporto e conservazione. La nitroglicerina, ad es., per essere sensibilissima, specialmente all'urto, non trova applicazioni da sola; unita a sostanze che ne diminuiscano la sensibilità, diventa uno degli esplosivi più usati. Una dinamite ha sensibilità differente secondo che sia in condizioni normali o congelata: in quest'ultimo caso è meno sensibile a un innesco detonante, ma più sensibile all'urto, così da presentare pericolo nel maneggio e da far temere esplosioni mancate o incomplete. La sensibilità si valuta provocando l'esplosione delle sostanze in esame con l'urto di una massa che cade da un'altezza variabile (saggio all'incudine), l'innalzamento graduale della temperatura (determinazione del punto di esplosione) e per l'azione dell'innesco detonante più debole possibile.
L'innescamento, non sempre uguale per i varî esplosivi e in relazione alla loro sensibilità, avviene per mezzo d'un innesco primario, che agisce su di un altro secondario ad acido picrico polverulento, fulmicotone secco, polverino di balistite, ecc.
Fra i principali esplosivi bellici da scoppio vanno ricordati: la polvere nera, ormai in disuso; il fulmicotone idrato (v. nitrocellulosa) anch'esso in disuso; l'acido picrico, i suoi sali e i miscugli con altre sostanze; i nitrotoluoli (v. tritolo); il trinitrobenzolo (per ragioni economiche, sebbene più potente dell'acido picrico, non ancora utilizzato); il trinitrocresolo, analogo all'acido picrico; la cresilite, miscuglio al 60% di trinitrocresolo e 40% di acido picrico; l'ecrasite, sale d'ammonio del trinitrocresolo, usata in Austria; gli esplosivi a base di nitrati di ammomio, come la schneiderite, la siperite, l'ammonal, l'amatolo, l'asal, che sono la base degli esplosivi da guerra di gran consumo; le panclastiti o esplosivi liquidi Turpin; gli esplosivi Sprengel; liquidi, tipo ellhofite (acido nitrico, 72 parti, con mononitrobenzolo, 28), ecc.
Esplosivi da distruzione e mina. - Vengono di solito confezionati in cartucce di forma cilindrica e avvolti in carta paraffinata per difenderli dall'umidità. Per l'uso s'introducono in fori (fori da mina a volume assai limitato) o in spazî (a volume variabile a seconda del lavoro che si vuol compiere), praticati nel luogo in cui si vuol fare avvenire l'esplosione. Si chiude poi la camera di scoppio (operazione detta borraggio) con materiale adeguato, così da permettere l'elevarsi delle pressioni fino a produrre gli effetti voluti. Trattandosi di far saltare binarî, piastre, ecc. dove non è possibile il borraggio, si ricorre a esplosivi e inneschi capaci di dare velocità di detonazione molto elevate. Di questi esplosivi, quelli per miniere o gallerie subiscono alcune restrizioni; quando non vi sia presenza di gas infiammabili è norma generale impiegare esplosivi che nella loro decomposizione non formino prodotti asfissianti o comunque dannosi all'uomo; quando invece possano essere presenti gas infiammabili (grisou) allora intervengono norme tecnico-legislative che indicano e prescrivono l'uso di determinate composizioni riconosciute antifiammiche e a bassa temperatura di esplosione, dette esplosivi di sicurezza. Genericamente negli esplosivi per galleria si deve evitare la formazione di vapori acidi come acido cloridrico; per gli antigrisou sono indicate una temperatura massima d'esplosione (1500-1900°), una lunghezza e grandezza della fiamma limitate (misurabili con mezzi fotografici).
Fra gli esplosivi da distruzione e mina vanno ricordati la polvere nera, avente però un uso limitato; le dinamiti in genere che comprendono molti tipi antigrisou, e i principali esplosivi da distruzione militari come le gomme esplodenti o gelatine gomme; le grisoutiti, gli esplosivi Favier, la roburite, le chedditi, i Prométhée; le ossiliquiti, preparate immergendo per qualche minuto carbone di legna o altre sostanze assorbenti nell'aria e ossigeno liquidi.
Detonanti. - I detonanti propriamente detti si distinguono nettamente da tutti gli altri esplosivi per la loro grandissima sensibilità, così che quando per un'azione esterna (urto, sfregamento, ecc.) venga iniziata la loro decomposizione, anche all'aria libera, questa procede immediatamente con velocità altissime conducendo sempre alla detonazione. Trovano applicazione come sostanze innescanti primarie essendo sufficiente un urto o uno sfregamento a farle detonare e a trasmettere o l'infiammazione o la detonazione ad altri esplosivi. Le sostanze detonanti son di rado usate da sole perché troppo costose, sensibili, pericolose e non redditizie; ed anche nel loro uso specifico si addizionano normalmente ad altri composti esplosivi o no. Si preparano anche miscele detonanti, in cui se nessuno dei corpi associati è un vero detonante, tale proprietà risulta dalle loro azioni reciproche: cosi ad es. la miscela formata da una parte di clorato di potassio e due parti di solfuro di antimonio. Fra i detonanti ricordiamo il fulminato di mercurio (v. detonanti, capsule), di più largo uso; gli azoturi di piombo e argento, per ora poco adottati e per lo più a scopi militari; il tetrile, usato nella fabbricazione di micce e detonatori speciali, la tetranitropentaeritrite.
Esplosivi da lancio (deflagranti) o polveri da guerra. - Costituiscono le cariche propellenti delle bocche da fuoco (cannoni, mitragliatrici, fucili da guerra e caccia, pistole, ecc.). Come tali debbono rispondere alle esigenze delle armi attuali per le quali si richiedono rendimenti balistici spinti verso il massimo: avere quindi una grande regolarità di combustione, un minimo potere erosivo, essere infumi e presentare una grande stabilità chimica così da poter essere conservati nei depositi e nelle santebarbare delle navi. La combustione, per avvenire regolarmente, deve iniziarsi contemporaneamente in tutti i grani (singole particelle o frammenti di esplosivo aventi forme e dimensioni ben definite e variabili per ogni caso di caricamento), mediante un innescamento adeguato, e procedere per strati paralleli, in modo cioè che la diminuzione di tutte le dimensioni di un grano sia uniforme in uno stesso intervallo di tempo. Le cariche debbono poi essere formate da grani tutti eguali per evitare che a un dato istante quando alcuni di essi sono bruciati, gli altri non lo siano ancora completamente.
La ricerca della forza, del potenziale, della forma, delle dimensioni e del peso di carica di un esplosivo atto a imprimere, in un'arma, a un proietto di peso dato, una certa velocità iniziale (velocità alla bocca dell'arma), non superando una pressione massima imposta come limite, è il compito esclusivo della balistica interna (v.). Un inconveniente da tener presente, nel campo degli esplosivi da lancio, è l'erosione che si verifica, durante l'esplosione, a causa del potere corrosivo dei gas ad alta temperatura, nelle bocche da fuoco, e più evidentemente all'inizio della rigatura dell'anima, e che in pratica si traduce nel numero dei colpi utili che l'arma può sparare prima di rendersi inutilizzabile. Questa erosione cresce col crescere della temperatura di esplosione, e in minor misura con l'elevarsi delle pressioni. Essa può essere evitata quindi con l'abbassare la temperatura dei gas d'esplosione modificando la composizione dell'esplosivo compatibilmente con le sue qualità balistiche. Le misure di erosione si eseguiscono nella bomba sperimentale di Vieille, che è munita di un apparecchio registratore delle pressioni e di un blocco di acciaio da cannone forato, attraverso il quale si espandono i gas d'esplosione provocandone una perdita in peso che, riferita all'unità di peso dell'esplosivo, ne esprime il potere erosivo per grammo.
Altri inconvenienti sono proprî della polvere nera: così lo sviluppo di fumo nella deflagrazione, dovuto alla presenza di gran quantità di feci residue, che impedisce il tiro rapido di capitale importanza per le armi da guerra, e annulla gli effetti del mascheramento; così la vampa in volata. L'adozione delle polveri colloidali ha però quasi totalmente eliminato l'inconveniente del fumo (e perciò queste polveri vengono anche denominate polveri senza fumo) e ridotto quello della vampa. Questa, poi, può talvolta essere annullata aggiungendo alla carica notevoli quantità di sali, quali il cloruro potassico, che la colorino in modo da renderla meno visibile.
Per evitare infine che in un cannone, dopo sparato il colpo, aprendone l'otturatore, si verifichi una vampa in culatta generata dal ritorno di ossido di carbonio ad alta temperatura che brucia al contatto dell'ossigeno dell'aria passando ad anidride carbonica, e si danneggino i serventi o s'infiammino le cariche retrostanti, s'impiegano esplosivi completamente ossidati e cioè che nella loro decomposizione formino poco ossido di carbonio, o si usano espedienti meccanici.
La stabilità chimica che interessa tutti gli esplosivi, ha particolare importanza nelle attuali polveri da lancio che sono tutte a base di nitrocellulosa, di una sostanza cioè che col tempo e con le variazioni ambientali tende a degradare; o di nitrocellulosa e nitroglicerina, altra sostanza che sebbene in misura meno sensibile, presenta gli stessi inconvenienti. La degradazione si manifesta con la formazione di gas nitrosi che conferiscono reazione acida all'esplosivo; la reazione, procedendo, dà luogo a un'elevazione spontanea della temperatura; può provocare poi la distruzione dell'esplosivo per deflagrazione e in particolari condizioni anche per esplosione violenta. Alla superficie dei grani di polvere acida si notano focolari di decomposizione hen evidenti che dal loro aspetto prendono il nome di aureole. L'aggiunta di stabilizzanti, che non supera mai il 5%, ha lo scopo di evitare o di rallentare le decomposizioni lente, aumentando la stabilità chimica. Gli stabilizzanti infatti assorbono, formando composti stabili, i prodotti delle eventuali decomposizioni o talora, come nel caso delle vaseline naturali, formano attorno alle singole particelle dell'esplosivo un velo che le protegge dalle azioni mutue o dagli agenti esterni, quali l'umidità e l'aria. Come stabilizzanti si usano soprattutto la difenilammina, la centralite o dimetile dietil-difeniluree simmetriche, i derivati dell'uretano, le vaseline naturali, ecc.
La stabilità degli esplosivi viene determinata sottoponendoli, di solito, a un tormento termico e determinando poi, attraverso il tempo, qualitativamente e quantitativamente l'andamento delle reazioni di decomposizione. Su tale principio sono basati i saggi Abel, Guttmann, Hoitsema, Vieille, Thomas, Tedesco a 135°; Lenze e Pleus, Bergmann-Junk, Will, Sy, Obermüller, Taliani, Olandese a 105°, Hansen, Waltham Abbey al vasello argentato, saggio Grottanelli. Il primo esplosivo da lancio è stata la polvere nera che ormai, come tale, è fuori uso per il suo scarso rendimento balistico, per la sua igroscopicità e per il fumo e la fiamma cui dà luogo. Così l'ammonpulver (fabbricata in Germania durante la guerra mondiale per fronteggiare la deficienza delle materie prime occorrenti alla fabbricazione delle polveri colloidali) a base di nitrato di ammonio e carbone, che, se è superiore alla polvere nera, non ha tuttavia una struttura fisica conveniente ed è molto igroscopica.
Generalizzato è invece l'uso dei seguenti tipi, tutti a base di nitrocellulosa totalmente o parzialmente gelatinizzata così da formare una massa colloidale avente tutti i caratteri peculiari dei corpi solidi e la cui combustione avviene realmente per strati paralleli: polveri alla nitrocellulosa pura, parzialmente o totalmente gelatinizzata con solventi volatili e addizionate di stabilizzanti, dette polveri B; polveri alla nitrocellulosa gelatinizzata mediante l'unione ad alti tenori di nitroglicerina, senza bisogno di solventi volatili, e con stabilizzanti, dette balistiti; polveri a nitrocellulosa, nitroglicerina in tenori variabili, idrocarburi, che funzionano da stabilizzanti e sali, a solvente volatile, come le corditi, soleniti; polveri a nitrocellulosa, nitroglicerina, in basse percentuali, stabilizzanti, gelatinizzanti solidi, e altri ingredienti, dette balistiti attenuate e anche polveri a solvente solido. Queste ultime dovrebbero sostituire le corditi col 25% circa di nitroglicerina, la cui fabbricazione richiede parecchio tempo (anche tre-quattro mesi) a causa della lentezza con cui si elimina il solvente volatile (di solito acetone). Dovendo però non arrivare ad alti contenuti in nitroglicerina per essere poco erosive e non potendo venir lavorate senza solvente, si ricorre a solventi solidi o gelatinizzanti della nitrocellulosa a basso punto di fusione (la centralite è gelatinizzante e stabilizzante), tali da renderne possibile la preparazione per semplice laminazione o trafilazione a caldo.
Sviluppo dell'industria.
La scoperta o la preparazione in laboratorio degli esplosivi moderni (v. il cenno storico precedente) fu seguita subito da diffusi tentativi di fabbricazione industriale, del resto giustificati sia dalla grande potenza dei nuovi prodotti in confronto alla polvere nera, sia dalla possibilità della loro applicazione in lavori stradali, ferroviarî, fluviali, portuali, divenuti, a partire dalla seconda metà del secolo scorso, sempre più numerosi e importanti. Nei primi passi della fabbricazione industriale, s'incontrarono però difficoltà tecniche rilevanti, sia perché si dovevano adattare esplosivi ad alta potenza alle armi poco perfette allora in uso, sia perché la manipolazione di questi prodotti non sempre sufficientemente stabili faceva temere continuamente e talvolta determinava esplosioni violentissime. La scoperta di stabilizzanti, la messa a punto delle varie lavorazioni, la scoperta della dinamite, permisero di superare molte difficoltà e favorirono l'industria; cosicché le fabbriche di dinamite e di nitrocotone aumentarono rapidamente. Nel 1853 si cominciò a dotare in Austria una batteria di cannoni con fulmicotone; dal '60 al '62 già 30 batterie a fulmicotone erano in opera e dopo il 1880, per effetto dello sviluppo delle polveri senza fumo, l'applicazione di nuovi esplosivi nell'artiglieria e nella marina divenne universale.
Parallelamente allo sviluppo dell'industria si migliorarono i procedimenti di fabbricazione cosicché si accrebbe la potenzialità degl'impianti. Infatti, mentre fin verso la fine del secolo scorso venivano nitrate quantità di poche diecine di chili per volta di glicerina, di cotone e di toluolo, si arrivò, durante la guerra mondiale, a nitrare 400-500 kg. di glicerina per ogni operazione e le produzioni per ciascun esplosivo arrivarono a varie diecine di tonnellate al giorno, con un movimento di masse esplosive in lavoro di centinaia di tonnellate. La figura qui sotto mostra una sala di centrifughe per la nitrazione del cotone, capace d'una produzione giornaliera di più di 30 tonnellate di nitrocotone. Mentre le fabbriche di polvere nera erano costituite da pochi e modesti locali di lavorazione, gl'impianti di esplosivi nitrati, ai quali dovevano trovarsi annesse le fabbriche degli acidi nitrico e solforico, gl'impianti di ricupero per questi acidi, le centrali di produzione di vapore, di sollevamento d'acqua, ecc. vennero a costituire centri industriali indipendenti assai importanti. I sistemi di fabbricazione furono perfezionati, migliorate la costruzione degli apparecchi e la loro disposizione, utilizzando movimenti meccanici, cercando di far subire le minori possibili manipolazioni ai prodotti in lavoro, e furono usati metalli speciali resistenti agli acidi.
Fino alla guerra mondiale il consumo di esplosivi che era nel mondo di circa 350 mila tonnellate all'anno non creava preoccupazioni per il rifornimento delle materie prime (benzolo, toluolo, cotone, glicerina, ecc.) e dei reagenti (acido nitrico e acido solforico), ma l'enorme consumo nel periodo bellico, che raggiunse nel 1918 i due milioni di tonnellate, fece sorgere nelle varie nazioni il problema dei rifornimenti dei prodotti necessarî alla fabbricazione degli esplosivi, e il desiderio di non dipendere da fonti di acquisto obbligate o limitate. Cosi i paesi poveri di combustibili temono la mancanza del benzolo, toluolo, naftalina, ecc.; quelli poveri di pirite e di zolfo la difficoltà del rifornimento di acido solforico. Tutti poi dipendevano dal Chile per il rifornimento del nitrato di soda necessario alla fabbricazione dell'acido nitrico.
Già durante la guerra la Germania, impossibilitata a rifornirsi del salnitro del Chile, produsse acido nitrico sintetico dall'ossidazione dell'ammoniaca ottenuta sinteticamente da idrogeno e azoto. Dopo la guerra la sintesi dell'acido nitrico fu adottata in tutte le nazioni industriali, e vennero in seguito studiati i nuovi esplosivi, ottenuti partendo da materie prime ottenibili per sintesi, che sono destinati in avvenire ad aggiungersi a quelli finora più largamente usati. I più noti e importanti sono attualmente la pentrite, che si prepara nitrando la pentaeritrite ottenuta dalla reazione di due prodotti sintetici: aldeide formica e aldeide acetica, e la trimetilentrinitrammina (exogen) che si ottiene per nitrazione del prodotto di reazione di formaldeide e ammoniaca. Oltre a quelle ottenute per sintesi, altre materie prime per il loro diminuito prezzo e la possibilità di ottenerle pure, sono entrate nell'industria degli esplosivi. Così, come sostituto della nitroglicerina si può segnalare il dinitroglicol, il dinitro etilenglicol, ecc. L'industria degli esplosivi presenta maggiori difficoltà di organizzazione e di sviluppo rispetto ad altre industrie chimiche oltre che per le lavorazioni delicate e pericolose, per le limitazioni stabilite dalle leggi sulla fabbricazione, conservazione e spedizione degli esplosivi, per la necessità di disporre di molti depositi sparsi nelle varie regioni, per i rifornimenti, ecc. In ogni nazione l'industria è riunita in pochi potenti organismi per la fabbricazione degli esplosivi da guerra e dei più importanti esplosivi industriali e polveri da caccia. Esistono pure fabbriche statali di esplosivi (per es., in Italia, il R. Polverificio di Fontana Liri); nonché numerose piccole fabbriche di polveri nere, da caccia, per fuochi artificiali, ecc. che diventano in certi casi, p. es. nell'Italia meridionale, industrie famigliari, e spesso per mancanza di precauzioni e mezzi tecnici dànno luogo a esplosioni.
Il consumo di esplosivi, indipendentemente dagli usi bellici, andò continuamente aumentando in conseguenza dello sviluppo sempre crescente dei lavori pubblici, dell'utilizzazione per l'escavazione di minerali e combustibili, dell'applicazione all'agricoltura, per il dissodamento dei terreni compatti e semirocciosi. Le statistiche della produzione e dei consumi di esplosivi non sono sempre attendibili e per alcuni paesi sono mancanti. Gli Stati Uniti hanno un consumo annuo di circa 250.000 tonn. delle quali il 60% per esplosivi dirompenti, 12% per esplosivi di sicurezza 28% di polvere nera. L'Inghilterra consuma circa 35.000 tonnellate annue delle quali circa il 50% di esplosivi di sicurezza (dovuto alla grande produzione di carbone) e 20% di polvere nera. La Svezia consuma circa 5000 tonnellate, la Francia circa 20.000 tonnellate all'anno. Si calcola che negli Stati Uniti viene estratto con esplosivi circa un miliardo di tonnellate all'anno di pietrami, calcari, minerali, ecc. La più grossa mina per usi industriali finora eseguita, è stata fatta brillare in una miniera di rame del Chile, con una carica di 400.000 kg. di esplosivo. Il maggior numero di disgrazie dovute agli esplosivi avviene durante l'impiego di essi, specie nelle miniere e nei fuochi d'artificio; seguono gli accidenti durante la lavorazione, e in piccole proporzioni nei depositi e durante i trasporti. Famosa l'esplosione di 4500 tonn. di solfato e nitrato ammonico, avvenuta nel 1917 a Oppau (Germania) che causò 500 vittime.
La produzione degli esplosivi in Italia nel 1910 era di circa 43.000 q. dei quali metà rappresentata dalle polveri nere, nel 1913 salì a 80.000 q. dei quali 25.000 di polvere nera e raggiunse durante il periodo bellico, nel 1918, un milione di quintali. La produzione diminuì dopo la guerra perché si consumarono le notevoli scorte esistenti e riprese dopo il 1924, nel quale anno si produssero circa 50.000 q. dei quali circa la metà di polveri nere. Nel 1929 la produzione è stata di circa 74.000 q. dei quali circa 25.000 q. di polvere nera; 23.600 q. di dinamite; 11.000 q. di tritolo. Con la progressiva diminuzione verificatasi negli ultimi anni nel prezzo delle materie prime e degli acidi, e con l'aumentata concorrenza il costo degli esplosivi è notevolmente diminuito. In Europa il costo medio degli esplosivi più largamente impiegati, prima dell'anormale discesa dei prezzi del 1930, era il seguente: polvere nera da mina L. 5,50 al kg., polveri nere da caccia L. 20 al kg., gelatina dinamite L. 15 al kg., polveri alla nitrocellulosa L. 15 al kg., polveri senza fumo da caccia L. 70 al kg. Nel 1931 i prezzi in Italia erano scesi a L. 4 per la polvere nera, L. 7 per la gelatina dinamite, L. 60 per la polvere da caccia.
Bibl.: M. Berthelot, Sur la force des matières explosives, Parigi 1883; G. Bianchi, Nozioni fond. sulla teoria degli espl., Torino 1911; id., Balistica interna, 2ª ed., Torino 1914; E. Molinari e F. Quartieri, Notizie sugli esplodenti in Italia, Milano 1913; A. Marshall, Explosives, Londra 1917; id., Dictionary of explosives, Londra 1920; R. C. Farmer, Manufacture and Uses of Explosives, Londra 1921; H. Kast, Spreng- und Zündstoffe, Brunswick 1921; P. Charbonnier, Traité de balist. int., Parigi 1922; H. Brunswig, Explosivstoffe, 2ª ed., Lipsia 1923; id., Das rauchlose Pulver, Berlino 1926; Ph. Noaum, Nitroglycerin und Nitroniglycerinsprengstoffe, Berlino 1924; M. Giua, Le polveri senza fumo, Torino 1930; R. Molina, Esplodenti e modo di fabbricarli, 5ª ed., Milano 1930.
Norme giuridiche sull'uso delle materie esplodenti.
La legge di pubblica sicurezza 6 novembre 1926, n. 1848 tratta nel capo V del titolo VI, "della prevenzione di infortuni e disastri", la materia degli esplodenti. Giuridicamente le norme di polizia dedicate a questo argomento tendono a tutelare la pubblica tranquillità e incolumità controllando la fabbricazione e il commercio degli esplodenti, avendo di mira sia i cittadini in genere, sia in particolare coloro i quali partecipano all'esercizio di queste industrie pericolose.
Prima che entrassero in vigore le vigenti disposizioni della legge 6 novembre 1926 e del relativo regolamento 29 gennaio 1929, n. 62 che hanno largamente trattata la materia degli esplodenti, si applicavano le norme della legge di pubblica sicurezza 30 giugno 1889, n. 6144, e del relativo regolamento, largamente modificate però dalle cosiddette leggi eccezionali Crispi del 1894 e specialmente dalla legge del 19 luglio 1894 n. 314, sui reati commessi con materie esplodenti. Il regolamento 23 agosto 1894, n. 384 per l'esecuzione della legge predetta sostituì le minori disposizioni corrispondenti inserite nel regolamento alla legge di pubblica sicurezza. Nuove disposizioni speciali furono trasfuse poi nel regolamento del 21 gennaio 1906, n. 74, che, sostituendo quello relativo alla legge Crispi citata, ha avuto vigore fino all'avvento della nuova legge di pubblica sicurezza insieme coi suoi allegati A e B, modificati successivamente col decreto ministeriale 16 febbraio 1909.
Secondo le disposizioni citate ora vigenti è prescritto che:
a) Senza licenza del ministro dell'Interno non possono essere fabbricati né tenuti in deposito, venduti o trasportati dinamite e prodotti affini negli effetti esplosivi, fulminati, picrati, artifici contenenti miscele detonanti, ovvero elementi solidi e liquidi destinati a comporre esplosivi. La licenza è pure necessaria per la fabbricazione di polveri che abbiano fra i varî componenti la nitrocellulosa o la nitroglicerina (art. 45).
b) Senza licenza del prefetto non possono essere fabbricati, né tenuti in deposito, venduti o trasportati polveri piriche o qualsiasi altro esplosivo diverso da quelli indicati nell'art. 45, compresi i fuochi artificiali e prodotti affini, ovvero materie e sostanze atte alla composizione o fabbricazione dei prodotti esplodenti. La licenza è pure necessaria per tenere in deposito, vendere o trasportare polveri senza fumo, a base di nitrocellulosa o nitroglicerina. Questa duplice licenza ha rapporto con la natura degli esplosivi in relazione alla loro diversa potenza e pericolosità, da determinarsi con speciale provvedimento del ministro dell'Interno, sentito il parere della commissione tecnica (art. 52). Tale classificazione è sempre pregiudiziale alla concessione della licenza, sia di fabbricazione, sia di deposito, vendita o trasporto di prodotti esplodenti, anche nel caso di loro introduzione nello stato dall'estero. Alla classificazione precede o si accompagna il riconoscimento della natura chimica di ogni singolo esplodente. Presso ogni prefettura esiste poi altra commissione tecnica incaricata di determinare le condizioni di sicurezza alle quali debbono soddisfare i locali destinati alla fabbricazione o al deposito di materie esplosive, e nessuna licenza può essere concessa, sia di fabbricazione sia di deposito, senza che preceda il parere di questa commissione, la quale indaga anche sull'idoneità tecnica di coloro ai quali le licenze sono concesse. I concessionarî devono dare anche affidamento di serietà e di prudenza per i loro precedenti, onde la licenza è negata ai condannati per omicidio doloso o colposo, per delitti contro l'ordine pubblico, la pubblica incolumità, la proprietà, restando sempre in facoltà del funzionario di pubblica sicurezza competente ordinare la distruzione o remozione degli esplosivi che si trovino nelle fabbriche, nei depositi o nei magazzini di vendita, quando essi possano costituire un pericolo per l'ordine pubblico o la pubblica incolumità. Inoltre gli esercenti di fabbriche, depositi o rivendite hanno l'obbligo di segnare su un registro, soggetto a ispezione della pubblica sicurezza, le operazioni giornaliere, ed è vietata loro qualunque operazione con persone non sane di mente o minori, ovvero sospette per non essere in grado di provare la loro identità.
Il regolamento alla legge di pubblica sicurezza considera esplodenti tutti i prodotti comunque composti, tanto se possano agire da soli o uniti ad altre sostanze, quanto se possano essere impiegati in macchine o congegni, o in qualsiasi altro modo disposti e usati. Li classifica in cinque categorie: 1. polveri e prodotti affini negli effetti esplodenti; 2. dinamiti e prodotti affini; 3. detonanti e prodotti affini; 4. artifici e prodotti affini; 5. munizioni di sicurezza e giocattoli pirici. L'allegato A al regolamento dà l'elenco completo dei prodotti per ciascuna categoria, attualmente in numero di 90 per la prima, 57 per la seconda, 12 per la terza, 15 per la quarta, 36 per la quinta. I depositi di prodotti esplosivi sono distinti in depositi di fabbrica, di vendita, di consumo permanenti o temporanei o giornalieri e per ciascuno di essi l'allegato B al regolamento detta norme acconce, naturalmente più severe se si riferiscono all'impianto di edifici destinati alla fabbricazione di esplosivi della prima, seconda o terza categoria, meno per le ultime due, norme inspirate tutte però dal maggiore o minor pericolo inerente a ciascuna categoria di esplosivi, ossia al proposito di proteggere la pubblica incolumità. L'allegato C al regolamento si occupa esclusivamente del trasporto degli esplosivi, disponendo variamente secondo il quantitativo del materiale da trasportare e la natura del mezzo di trasporto, sempre al fine suddetto.
Conviene ricordare, da ultimo, che il testo unico per la tassa sulle polveri piriche 2 marzo 1902, n. 56, modificato dall'allegato H al r. decr. 19 novembre 1923, n. 2274, fu rifuso nel testo unico delle leggi per l'imposta sulle polveri piriche e sugli altri prodotti esplodenti, approvato con decreto ministeriale 8 luglio 1924, e che il codice penale 1930 punisce, come delitto contro l'incolumità pubblica, il fatto di fabbricare, acquistare o detenere materie esplodenti al fine di dttentare alla pubblica incolumità (art. 435) e come contravvenzioni di polizia concernenti la prevenzione d'infortunî tanto la fabbricazione o commercio abusivi di materie esplodenti, quanto l'omessa loro denuncia (articoli 678-679).