什么是炸药?

炸药能造成灾难性的破坏。但它们到底是如何工作的呢，中国人发明的火药和更现代的“烈性炸药”有什么区别?金妮·史密斯去见了微软研究院的克里斯·毕晓普，打破了一些爆炸性的神话，并找出了这些化学物质是如何发挥作用的……

它是一种物质，要么是固体，要么是液体，它会发生化学反应，很快就会变成气体。气体的体积大约是固体或液体的一千倍，所以它想要迅速膨胀。

金妮——所以，所有不同的爆炸都是基于同一种基本原理?

克里斯-没错。但是对于不同种类的炸药，精确的工作方式可能会有很大的不同。

金妮——你能给我举几个例子吗?

克里斯:我想我们应该从第一种炸药开始，火药是木炭、硫磺和硝石的混合物。

金妮:那这三样东西一起反应会产生什么效果呢?

克里斯:嗯，木炭是一种燃料，就像烤肉上的木炭一样。它可以与氧气反应产生二氧化碳，释放出大量的能量。氧气并不是来自空气。就火药而言，它来自硝酸钾。硝酸钾，我们称之为氧化剂。当它经历这种化学反应时，氧气被释放出来并与碳结合，产生能量。

金妮:所以实际上，因为氧化剂在混合物中，你的燃料不必和空气混合才能像蜡烛一样燃烧，对吧?

克里斯:完全正确。事实上，燃烧过程要快得多。我们给它起了一个特别的名字。我们称之为爆燃，但本质上就是燃烧的意思。

金妮-你有什么例子可以让我们看看吗?

克里斯-我们这里有一些现代火药。

金妮——看起来有点像你拿了一根铅笔芯，把它弄碎了一点，所以你留下了一小块铅笔芯。你的喷灯看起来很不错。你要用它来点燃火药吗?

克里斯-是的，但我会用很小很小的火焰。

金妮——嗯，真漂亮。我们得到了一种动力和一点火焰上升到空中。

克里斯-所以，这就是我们所说的低度炸药。所以，它燃烧得很快，只需要几分之一秒，因为那是质量非常好的火药。当然没有砰的一声。为了让低度炸药产生爆炸，它需要被限制，所以它需要被困在某种容器里。所以，如果你想想烟花，它会在一个纸板管里。你在纸筒里放了几克火药。当火药被点燃时，它会发生化学反应，产生大量气体，但这些气体现在被困在管子里。因此，压力不断增加，直到管道破裂，那就是我们听到爆炸的时候。

金妮-那是低度炸药。烈性炸药听起来更令人兴奋。

克里斯-所以，烈性炸药在物理上和化学上都是非常不同的。烈性炸药是在19世纪中期被发现的。意大利化学家阿斯卡尼奥·索布雷罗(Ascanio Sobrero)正在试验用硝酸处理各种有机化合物。一天，他尝试了甘油。当他用硝酸处理后，他得到了硝酸甘油。所以，这是一种不同的化合物。它有非常不同的性质。

金妮-硝化甘油是怎么爆炸的?

克里斯:在硝化甘油中，没有这种燃料和氧化剂的粉末状混合物，氧化剂有效地结合成相同的分子。这个分子有一个碳主链，三个碳原子排成一排然后连着硝基。这是氮和氧基团。所以，氧和碳在同一个分子中结合。所以，这是一种比世界上最好的火药更亲密的混合物因为它们是在分子水平上混合的。氮-氮键是化学中最强的键之一。如果你拿一个氮分子，试图把两个原子分开，你需要巨大的能量。因此，当两个氮原子结合在一起形成一个氮分子时，它们会释放能量。因此，高能炸药的主要能量来源之一是氮气的形成。

金妮——你有什么烈性炸药的例子让我们看看吗?

Chris -我们可以先看一下硝酸甘油。我这里有几毫升给你们看。

金妮-它看起来像在水下，只是一团。它是无色的。我想它看起来很油。就像你把油放在水里。

克里斯:所以这次，我不是用热量来启动它并产生爆燃，而是用锤子来击打它。所以，我们将提供一个非常尖锐，强烈的冲击，我们将看到硝酸甘油可以以一种非常不同的方式表现出来。

金妮——那是一次令人印象深刻的爆炸，当我看着它的时候，我看到有一点闪光。发生了什么事?有什么不同?

克里斯-接下来发生的是一个叫做引爆的过程。它通过冲击波进行。事实上，它是一种超音速冲击波穿过硝酸甘油，导致化学反应发生。化学反应释放能量，强化了冲击波。我们现在有一个以每秒数千米的速度进行的爆炸，甚至可能达到音速的25倍。

金妮-那么，冲击波在传播的过程中是怎样的呢?它是如何造成伤害的?

克里斯-嗯，如果你站着不动，一股冲击波从你身边经过，你会注意到压力突然上升。想象一下，有一堵墙。此时，它到达壁面，一边是高压，另一边是普通大气压。现在，不需要很大的压力差就能产生很大的力。正是这种力量可以推倒一堵墙，造成各种各样的破坏。

这是另一种方式来说明我们所说的烈性炸药或爆炸。我这里有个叫减震管的东西。这是一种商业产品，在采矿业和采石业中广泛使用。它是塑料管，直径3毫米，呈亮黄色。它的中间有一个直径为1毫米的洞，洞的内部覆盖着一层非常轻的高爆炸药粉，叫做RDX。它实际上是最强大的常用军用炸药，但这里的数量很少。每公里的减震管中含有几克。所以，实际上我要启动它在启动它的时候把它拿在手里。我点燃它的方法不是点火，如果我点燃它它就会像任何塑料管一样燃烧。我们需要电击来引爆。

金妮——所以相当于用锤子砸它?

克里斯:是的，但是我有一个稍微复杂一点的方法。这就是所谓的爆破机。它实际上是一个小型的手持电子设备，它将一个电容器充电到2500伏特，然后将电容器放电，从而有效地产生一个小雷击。雷击是一种非常尖锐的，短暂的能量释放，它会引发冲击波，然后沿着冲击波管传播。波沿管道向下传播的速度大约是每秒2000米。

金妮-所以我不能看到它沿着这段管子传播?

克里斯-不，我们开火时你会看到的是一道明亮的闪光。整个管子会亮起来，但你看不到冲击波从一端传播到另一端，因为它的速度太快了，人类的感官无法察觉。

金妮-好吧，让我们试一试。所以你把一小块——它看起来像一根塑料电缆——插在爆破装置的末端。这里有几个按钮要按，我们来倒计时吧?

克里斯-好吧。

金妮——三、二、一……哇!那声音真好听。我喜欢那个。这是一个更高的音调，我看到整个塑料管的长度闪烁了一秒钟，然后有一点烟从末端出来。里面发生了什么，和硝化甘油相似吗?

克里斯:非常相似。这是一种不同的分子，但它含有碳，氮和氧冲击波在炸药中传播这样就会引起化学反应，分子分裂然后原子重新组合形成新的分子。氮气，二氧化碳，再组合，新化学键的形成，释放能量。释放的能量支撑着冲击波继续以很高的速度传播。