GHS-Piktogramm für instabile explosive Stoffe, Gemische und Erzeugnisse mit Explosivstoff(en)ADRGefahrgutklasse 1 –Explosivstoffe und Gegenstände, die Explosivstoffe enthalten
EinSprengstoff oder auchExplosivmittel ist einechemische Verbindung oder eine Mischung chemischer Verbindungen, die unter bestimmten Bedingungen sehr schnell reagieren und dabei eine großeEnergiemenge in Form einerDruckwelle (oft mit Hitzeentwicklung) freisetzen kann (Detonation). Die Geschwindigkeit, mit der sich die Reaktion innerhalb des Sprengstoffes ausbreitet, liegt dabei über der innerstofflichenSchallgeschwindigkeit. Ein Stoff, der detonieren kann, wirdsprengkräftig genannt, was insbesondereZündmittel einbezieht.
Sprengstoffe basieren auf energiereichen Verbindungen. Dies sind teilweiseorganische Verbindungen, welche Atome der ElementeKohlenstoff (C),Wasserstoff (H),Stickstoff (N) undSauerstoff (O) enthalten undthermodynamisch wenig stabil sind, oder starke Oxidationsmittel in Verbindung mit reduzierbaren Stoffen, beispielsweise anorganischeChlorate in Mischung mit organischen Stoffen, Metallen, Kohlepulver oderSchwefel. Typischerweise weisen die meisten organischen SprengstoffeNitrogruppen auf. Bei derExplosion entstehen sehr stabile, gasförmige Verbindungen wieKohlenstoffdioxid CO2,Wasserdampf und Stickstoff N2. Bei dieser Umsetzung wird innerhalb weniger Mikro- oder Millisekunden eine große Wärmemenge freigesetzt, außerdem sind die bei der Umsetzung des Sprengstoffs entstehenden Reaktionsprodukte auch wegen der entstehenden Hitze von mehreren tausend Grad Celsius gasförmig. Die plötzliche Entstehung sehr heißer Gase mit großem Raumbedarf, aus einem Feststoff oder einer Flüssigkeit, hat dann die für Sprengstoffe typischeDruckwelle zur Folge. Die Sprengwirkung wird durch die hohe Temperatur der Gase drastisch verstärkt, denn je mehr Hitze der Sprengstoff bei der Detonation freisetzt, desto stärker der Gasdruck. Eine möglichst hohe Temperatur trägt somit zur größeren Sprengwirkung bei. Der Druck ist aber auch von anderen Faktoren abhängig.
Einigen Sprengstoffen werden auch Sauerstoffträger zugesetzt, einerseits um dieSauerstoffbilanz zu verbessern, andererseits um Hochleistungssprengstoffe zu strecken und auf diese Weise einen hohen Bedarf zu decken. So wurden inDeutschland gegen Ende desZweiten Weltkriegs inmilitärisch verwendeten Sprengmitteln die Anteile an Hochleistungssprengstoffen immer weiter gesenkt und durch alle verfügbarenSalpeter sowie sauerstoffarmen Ersatzsprengstoffe ersetzt. Kurz vor Kriegsende wurden dann sogar alkalichloridhaltigeWettersprengstoffe zur Füllung vonMunition verwendet.
Sowohl die zivilen als auch militärischen Sprengstoffe enthalten mitunter nochMetalle wieAluminium oderZink. Während feingepulvertes Aluminium durch höhereTemperatur die Gasschlagwirkung steigert, dienen Aluminium- oder Zinkgrieß in Flak-Munition zur Erhöhung der Brandwirkung im Ziel.
Zur Initiierung von Sprengstoffen werdenSprengzünder verwendet. Es gibt elektrische, nicht-elektrische und elektronische Zündsysteme. Daneben werden gelegentlich nochSprengkapseln eingesetzt, die mittels Sicherheitsanzündschnur gezündet werden. Wenn die Hauptladung aus einem sehr unempfindlichen Sprengstoff besteht, so ist zwischen Sprengzünder und Hauptladung noch eine zusätzlicheVerstärkungsladung (Booster, Schlagverstärker) erforderlich.
Der erste Explosivstoff –Schwarzpulver – wurde schon sehr früh in der Menschheitsgeschichte hergestellt, da alle Komponenten (Kalisalpeter,Schwefel undHolzkohle) leicht verfügbar sind. Der „Liber Ignium“ (dasBuch der Feuer) von Marcus Graecus aus dem 11. Jahrhundert, mit noch erhaltenen Abschriften vom Beginn des 13. Jahrhunderts, enthält noch mehrere Rezeptvarianten. Aber erst in der zweiten Hälfte des 14. Jahrhunderts wurde es vermehrt eingesetzt, hauptsächlich inFeuerwaffen und als Explosivstoff.
Die ersten synthetischen Sprengstoffe waren 1847Nitroglycerin, entdeckt vonAscanio Sobrero in Turin, sowie 1846Zellulosenitrat (Nitrozellulose bzw.Schießbaumwolle). Da Glycerintrinitrat sehr erschütterungsempfindlich ist und ungenügend neutralisiertes Zellulosenitrat zur Selbstentzündung neigt, deren Ursache zunächst nicht erkannt wurde, war die Handhabung sehr gefährlich. 1862 erfandAlfred Nobel die Initialzündung und 1867 gelang es ihm inKrümmel beiGeesthacht, durch Aufsaugen vonGlycerintrinitrat inKieselgurDynamit herzustellen. 1875 fand Nobel durch Gelatinieren des flüssigen Glycerintrinitrats mit 6 bis 8 % festem Zellulosenitrat die Sprenggelatine, den damals stärksten gewerblichen Sprengstoff. Da auch die Sprenggelatine noch ziemlich schlagempfindlich und teuer war, wurden durch Zumischen vonHolzmehl und Nitraten die sogenanntengelatinösen Sprengstoffe entwickelt. Sie sind handhabungssicher und sprengkapselempfindlich.Mittlerweile werden sie, gerade im Bereich der Gewinnungssprengungen, vonAmmoniumnitrat-Sprengstoffen verdrängt.
Zu den ältesten militärischenBrisanzsprengstoffen zählen diePikrinsäure und das m-Trinitrokresol, deren Ausgangsstoffe aus Steinkohleteer gewonnen wurden. Diese hatten jedoch den großen Nachteil, dass sie an der Innenwandung der Granaten stoßempfindliche Schwermetallpikrate bildeten, die zuRohrkrepierern führten. Aus diesem Grund wurden die Granaten vor dem Befüllen innen lackiert. Als die Erdöldestillation genügend Toluol bereitstellen konnte, verdrängteTNT seine Vorgänger als häufig genutzter, sehr handhabungssicherer, brisanter Militärsprengstoff.
Moderne Sprengstoffe mit höherer Brisanz basieren oft aufHexogen,Nitropenta oder Ethylendinitramin.Octogen gilt als einer der brisantesten Sprengstoffe, ist aber in der Herstellung aufwendig und sehr teuer. Es wird fast ausschließlich für Spezialladungen verwendet, zum BeispielHohlladungen, wenn sehr hohe Brisanz gefragt ist.
DieSauerstoffbilanz gibt an, ob zu viel oder zu wenig Sauerstoff zur vollständigen Oxidation des Sprengstoffes zur Verfügung steht. Je ausgeglichener die Sauerstoffbilanz (je näher bei Null), umso höher die Temperatur und umso stärker die Sprengwirkung. Bei militärischen Anwendungen von Sprengstoffen ist die Sauerstoffbilanz nebensächlich, bei Sprengstoffen für gewerbliche Zwecke sollte sie grundsätzlich positiv sein, um die Bildung brennbarer oder giftiger Reaktionsprodukte zu vermeiden. Die Sauerstoffbilanz von Sprengstoffen, die in reiner Form eine negative Sauerstoffbilanz aufweisen, kann durch Zuschlag von Sauerstoffträgern (z. B.Ammoniumnitrat) beeinflusst werden.
DasSpezifische Schwadenvolumen ist das Gasvolumen in Litern, das bei der vollständigen Umsetzung von 1 kg Explosivstoff unterNormalbedingungen entstünde.
Mit derStoffmenge der gasförmigen Detonationsprodukte (Schwaden) pro Gramm Sprengstoff (in mol/g) ergibt sich das spezifische Schwadenvolumen (in l/kg) wie folgt:
Beispiel: Aus 1 Kilogramm Ammoniumnitrat entstehen bei seiner vollständigen Explosion ca. 43,7 Mol Wasserdampf, Stickstoff und Sauerstoff.
Gemäß obiger Formel ergibt sich ein spezifisches Schwadenvolumen bzw. Normalgasvolumen für reines Ammoniumnitrat mit 980 l/kg.[1]
DieSpezifische Energie ist die Energiemenge in Kilojoule, die bei der vollständigen Umsetzung von 1 kg Explosivstoff frei wird.
Ihrer in der Praxis gebräuchlichen Maßeinheit MPa·l/kg zufolge kann man siezahlenmäßig aber auch als den Druck inMegapascal auffassen, den 1 kg des betreffenden Explosivstoffes bei seiner vollständigen Umsetzung in einem Volumen von 1 Liter erzeugen würde (1 MPa·l = 1 kJ). Spezifische Energie,spezifisches Schwadenvolumen und Explosionstemperatur hängen daher engstens zusammen.
Die Ladedichte ist das Verhältnis derMasse des Explosivstoffes zum Volumen des Explosionsraumes. DieDetonationsgeschwindigkeit ist von der Ladedichte abhängig.
DieEmpfindlichkeit von Sprengstoffen gegen mechanische Einwirkung (Schlag, Stoß) kann durch Zusatz von phlegmatisierenden Stoffen wieParaffin herabgesetzt werden. Die Phlegmatisierung explosionsfähiger Gemische wird alsInertisierung bezeichnet.Desgleichen kann durch Zugabe sogenannter Sensibilisierer die Empfindlichkeit erhöht werden.
Warnschild am Betriebsgelände des Sprengstoffwerks Gnaschwitz
Zivile Sprengstoffe werden zum größten Teil zurGewinnung vonGestein inTagebauen (Steinbruch:Basalt,Granit,Diabas,Kalk etc.), zur Werksteingewinnung und imBergbau (Steinkohle,Kali &Salz,Gips,Erzabbau etc.) eingesetzt. Daneben finden sie im Verkehrswegebau, im Tunnelbau, bei Abbruchsprengungen, in der Sprengseismik und in derPyrotechnik (Feuerwerk) Verwendung. Die Produktion gewerblicher Sprengstoffe in Deutschland betrug im Jahre 2004 rund 65.000 Tonnen.ANC-Sprengstoffe machten davon ca. 36.000 Tonnen aus,gelatinöse Sprengstoffe auf NG-Basis ca. 10.000 Tonnen, gepumpte und patronierteEmulsionssprengstoffe ca. 16.000 Tonnen. Die restliche Menge verteilt sich auf Wettersprengstoffe für den Steinkohlenbergbau und auf Schwarzpulver für die Werksteingewinnung. Führende Hersteller industrieller Sprengstoffe in Deutschland sindOrica (Troisdorf und Würgendorf), Westspreng (Finnentrop, gehört zuMaxam),Sprengstoffwerk Gnaschwitz (gehört zu Maxam) undWASAG AG (Sythen, ebenfalls Maxam). Von militärischen Sprengstoffen unterscheiden sie sich durch eine größere Bandbreite an Varianten für die jeweiligen speziellen Anwendungsfälle und den höheren Stellenwert einer möglichst kostengünstigen Produktion.[4]
Militärische Sprengstoffe werden als Füllmittel fürGranaten,Bomben,Minen, Gefechtsköpfe vonRaketen undTorpedos, sowie als Bestandteile von Treibsätzen verwendet. Ein spezieller Punkt sindSprengstofflinsen inAtomwaffen zur Verdichtung vonPlutonium, um einekritische Masse zu erhalten und damit eineKettenreaktion auszulösen. Die Anforderungen an diese Stoffe weichen zum Teil von denen an zivile Sprengstoffen ab. So ist eine möglichst große Energieentfaltung je Gewicht und Volumen wichtiger als in der zivilen Verwendung, weil Kombattanten und Großwaffensysteme nur eine begrenzte Menge an Munition mitführen können und Geschosse bei geringerem Gewicht eine größere Reichweite erlangen. Darüber hinaus müssen militärische Sprengstoffe für die meisten Anwendungen besonders unempfindlich gegen Stöße sein, um trotz der hohen Beschleunigung beim Schussvorgang keine Explosionen im Waffenrohr auszulösen. Von besonderer Bedeutung ist die chemische Stabilität insbesondere bei Berührung mit Bauteilen der Munition, damit auch bei langer Lagerung keine Reaktionen auftreten, die die Wirkung verringern oder die Gefahr einer ungewollten Explosion erhöhen. Eine weitere Anforderung ist eine geringe Neigung zur Umsetzung bei Beschuss und Brand.[5]
Für terroristische Zwecke werden sowohl militärische und zivile Sprengstoffe als auch selbst hergestellte Sprengstoffe (Selbstlaborate) verwendet. Beispiele sind das Gemisch ausPuderzucker und einem chlorathaltigen Unkrautvernichtungsmittel oder Gemische aufAmmonsalpeterbasis. Das Mischen solcher Sprengstoffe ist sehr gefährlich, da sie dabei unvorhersehbar detonieren können.
Der Umgang, dazu gehören das Herstellen, Bearbeiten, Verarbeiten, Verwenden, Verbringen (Transport) und das Überlassen innerhalb der Betriebsstätte, das Wiedergewinnen und Vernichten, der Verkehr (Handel) und die Einfuhr, wird aufgrund der möglichenGefährdung imSprengstoffrecht geregelt.
Technisch verwendete Sprengstoffe sind in der Regel Stoffgemische aus energetischen chemischen Verbindungen, Bindemitteln, Plastikatoren und anderen Zusatzstoffen. Sie werden in folgende Gruppen eingeteilt:
Schwarzpulver (der älteste bekannte Explosivstoff) wird alsSprengpulver, je nach Verwendung, den Sprengstoffen oder denSchießstoffen bzw. denpyrotechnischen Sätzen zugeordnet.
Chloratsprengstoffe bestehen aus Alkali- und Erdalkalichloraten in Verbindung mit organischen Substanzen wieWachsen,Ölen, Holzmehl oder Ersatzsprengstoffen (Dinitroaromate). Nach ihrer Entwicklung am Ende des 19. Jahrhunderts wurden sie häufig verwendet, kamen jedoch wegen der hohen Reibeempfindlichkeit außer Gebrauch.
ZuSprengschlämmen zählen heute vor allem Mischungen aus konzentrierten wässrigenAmmoniumnitratlösungen mit niedrigem Anteil an brisanten Explosivstoffen, welche sich durch besonders hohe Verarbeitungs- und Transportsicherheit auszeichnen. Sie werden erst kurz vor der Verwendung, also beim Einfüllen in ein Bohrloch, mit Mischladefahrzeugen gefertigt. Während des Transports zur Sprengstelle sind die einzelnen Komponenten in Tanks getrennt voneinander untergebracht. Dies führt dazu, dass der Transport nicht in dieKlasse 1 des ADR fällt.
Emulsionssprengstoffe bestehen aus konzentrierten wässrigen Ammoniumnitratlösungen mit darin emulgiertem Mineralöl.
SpezielleWettersprengstoffe werden unter Tage im Kohlebergbau eingesetzt. Ihre Explosionstemperatur aufgrund von Zusätzen von Alkalichloriden reicht nicht aus, um Staub- oder Methangasexplosionen (schlagende Wetter) auszulösen.
Oxyliquite bestehen aus saugfähigen Materialien wie Holz- oder Korkmehl, die kurz vor der Verwendung in flüssige Luft oder flüssigen Sauerstoff getaucht werden. Da diese wieder verdunsten, muss kurz darauf gezündet werden. Aus diesem Grund sind Oxyliquite für groß angelegte Sprengungen nicht geeignet. Ihr Vorteil besteht darin, dass nicht gezündete Ladungen nach Verdunsten des Oxidators absolut ungefährlich sind.
DiePikrinsäure ist einer der am längsten bekannten brisanten Sprengstoffe, wurde später aber weitgehend durch dasTNT ersetzt. Moderne Sprengstoffe enthalten oft noch das brisantereHexogen,Ethylendinitramin oderNitropenta.
Die militärisch verwendeten formbaren Sprengstoffe (Plastiksprengstoff) wie zum BeispielC4 oderSemtex enthalten Nitropenta, Hexogen und Plastifizierungsmittel. Sie werden vornehmlich für Pionierzwecke verwendet, sind jedoch auch bei Terroristen beliebt, da sie leicht in unauffällige Form zu bringen sind.
Vorbereitung für die Sprengung einer Ankerkette mitC4 während einer Übung bei der US Navy. Man erkennt gut die helle formbare Masse des Plastiksprengstoffes.C4-Sprengstoff in Stangenform bei Vorbereitung der Sprengung eines Munitionsdepots
Grundsubstanzen für Sprengstoffe von praktischer Bedeutung
Thomas Enke:Grundlagen der Waffen- und Munitionstechnik. Walhalla Fachverlag, 4., aktualisierte Auflage, Regensburg, 2023,ISBN 978-3-8029-6198-4, S. 107 ff.
Manuel Baetz:Schwarzpulver für Survival. Improvisation von Schwarzpulver und ähnlichen Mischungen. Survival Press, Radolfzell 2005,ISBN 3-937933-07-7.
Rudolf Biedermann:Die Sprengstoffe – ihre Chemie und Technologie. Reprint 2000 Auflage. Survival Press, Radolfzell 1918,ISBN 3-89811-839-8.
Jochen Gartz:Vom griechischen Feuer zum Dynamit. Eine Kulturgeschichte der Explosivstoffe. E.S. Mittler & Sohn, Hamburg 2007,ISBN 978-3-8132-0867-2.
Oscar Guttmann:Handbuch der Sprengarbeit. Survival Press, Radolfzell 1899, Reprint 2001,ISBN 3-8311-3095-7.
Fritz Hahn:Waffen und Geheimwaffen des deutschen Heeres 1933–1945. Bernard & Graefe, Bonn 1998,ISBN 3-7637-5915-8.
Rudolf Knoll:Das Knallquecksilber und ähnliche Sprengstoffe. Survival Press, Radolfzell 1917, Reprint 2001,ISBN 3-8311-2876-6.
A. Langhans:Sprengstoffe im chemischen Labor – Explosionen die man nicht erwartet. Survival Press, Radolfzell 1930, Reprint 2006,ISBN 978-3-937933-18-4.
Siegfried Julius von Romocki:Geschichte der Explosivstoffe. Band 1.Sprengstoffchemie, der Sprengtechnik und des Torpedowesen bis zum Beginn der neuesten Zeit, mit einer Einführung vonMax Jähns. Survival Press, (Berlin und) Radolfzell 1895, Neudrucke Hildesheim 1976 und 1983, Reprint 2003,ISBN 3-8330-0702-8.
Siegfried Julius von Romocki:Geschichte der Explosivstoffe. Band 2.Die rauchschwachen Pulver in ihrer Entwicklung bis zur Gegenwart. Survival Press, Radolfzell 1896, Reprint 2004,ISBN 3-937933-00-X.
↑abJosef Köhler, Rudolf Meyer, Axel Homburg:Explosivstoffe. 10., vollständig überarbeitete Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 2008,ISBN 978-3-527-32009-7.
↑abcdefErich Ammedick:Militärchemie. Eine Einführung. In:Bausteine der Chemie. 4. Auflage. VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1980,ISBN 978-3-342-00037-2.
↑Thomas Enke:Grundlagen der Waffen- und Munitionstechnik, 2., aktualisierte Auflage. Walhalla Fachverlag, Regensburg 2021,doi:10.5771/9783802947780, S. 107.
↑Thomas Enke:Grundlagen der Waffen- und Munitionstechnik, 2., aktualisierte Auflage. Walhalla Fachverlag, Regensburg 2021,doi:10.5771/9783802947780, S. 102.
