Balanç d'oxigen

El balanç d'oxigen (OB o OB%) medix l'existència de la cantitat de dioxígeno necessària per a conseguir una oxidació completa dels productes de reacció. Una substància, o mescla de substàncies, en un balanç d'oxigen equilibrat pot realisar l'oxidació completa de forma autònoma; és dir: si es calfa en un recipient sagellat sense suministrament extern de dioxígeno queden productes completament oxidados, completament cremats, sense restants d'agent oxidant. Si queda dioxígeno sense reaccionar es considera que hi ha un excés de dioxígeno i si queden substàncies sense reaccionar o parcialment oxidadas hi ha un defecte de dioxígeno. És una característica que s'ampra prou en explosius.

Explosius

Càlcul

El balanç d'oxigen es calcula a partir de la fòrmula empírica del explosiu el percentage de dioxígeno requerit per a convertir completament el carbono a diòxit de carbono, hidrogen a aigua, i el metal a l'òxit de metal. El dinitrógeno queda com a gas. I després es compara en el dioxígeno present.

El procediment per a calcular el balanç d'oxigen en térmens de 100 grams del material explosiu és determinar el número de moles de dioxígeno que són excés o deficiència de 100 grams d'un compost.

$OB\mathrm{\%}=\frac{-1600}{peso.molecular}\times (2X+(Y/2)+M-Z)$

sent X = número d'àtoms de carbono, I = número d'àtoms d'hidrogen, Z = número d'àtoms d'oxigen, i M = número d'àtoms de metal (òxit metàlic produït).

Estructura del trinitrotolueno TNT

En el cas del TNT (C₇H₅(NO₂ )₃ ), sent la massa molecular (antigament pes molecular)= 227,1, X = 7 (número d'àtoms de carbono), I = 5 (número d'àtoms d'hidrogen) i Z = 6 (número d'àtoms d'oxigen), es té:

OB% = −74% per a el TNT

Classificació d'explosius segons OB

El balanç d'oxigen permet dividir els explosius en tres grups:

• OB negatiu, quan el compost o mescla no conté suficient oxigen i el contingut de carbono no es oxida en la seua totalitat sino que ho fa com monòxit de carbono. En casos extrems es pot lliberar carbono elemental i dihidrógeno. El TNT explota segons la reacció química:

$\mathrm{2}{\mathrm{C}}_{\mathrm{7}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{5}}{\mathrm{N}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{6}}\mathrm{\to }\mathrm{3}{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{5}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{7}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{7}\mathrm{C}$

L'equació mostra que l'explosió de el TNT forma monòxit de carbono i carbono elemental. El balanç d'oxigen és de només el -74 %. Estos explosius poden formar una bola de fòc a on s'acaba la reducció en el dioxígeno de l'aire. En mijos a on no hi ha dioxígeno, com baix de l'aigua pert poder. Si es mesclen en un explosiu de balanç positiu - per eixemple, nitrat d'amoni- aumenta l'energia lliberada per l'explosió.

• OB nul, quan el balanç d'oxigen és zero el compost químic, o la mescla, té exactament la cantitat d'oxigen necessària per a que el contingut de carbono es convertixca en diòxit de carbono i el d'hidrogen en aigua. En principi, est és l'estat més explosiu. En teoria, la lliberació d'energia és màxima. El nitroglicol explota segons la fòrmula química:

${\mathrm{C}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{6}}\mathrm{\to }{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

• OB positiu, quan l'equilibri d'oxigen és positiu el compost, o mescla, genera un excés d'oxigen quan explota. En principi, açò no produïx una lliberació d'energia adicional, ya que tenim tot el carbono i hidrogen en l'estat de màxima oxidació. Ademés este oxigen no interactua en l'ambient per a continuar la reacció. Encara que un llauger excés permet que l'oxidació completa es realise de forma real, lo que aumenta l'energia. El hexanitrato de manitol explota segons la fòrmula química:

${\mathrm{C}}_{\mathrm{6}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{8}}{\mathrm{N}}_{\mathrm{6}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{18}}\mathrm{\to }\mathrm{3}{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

Balanç d'oxigen d'alguns explosius

OB negatiu		OB nul		OB positiu
Nom OB %  Trinitrotolueno −73.9 %  Hexanitroestilbeno  −67.5 %  Tetril −47.4 %  Àcit pícrico −45.4 %  Nitrometano −39.3 %  Nitrocelulosa −24.2 %  Hexógeno −21.6 %  Octógeno −21.6 %  CL-20 −11.0 %  Nitrat de metilo −10.4 %  Pent −10.1 %		Nom OB  Nitroglicol 0  Hexanitrobenceno  0  Octanitrocubano 0		Nom OB  Nitroglicerina 3.5 %  Hexanitrato de manitol  7.1 %  Clorato d'amoni 15.8 %  Nitrat d'amoni 20.0 %  Perclorato d'amoni 27.2 %  Clorato de potassi 32.6 %  Nitrat de potassi 39.6 %  Perclorato de potassi 40.4 %  Tetranitrometano 49.0 %