Springstof

'n Waarskuwingsteken wat by storing of vervoer van springstowwe gebruik word

Kleinskaalse toetsontploffing

'n Springstof of plofstof is 'n substansie wat oor aansienlike opgebergde energie beskik, wat 'n ontploffing kan lewer, naamlik 'n skielike uitsetting van die materiaal weens ontbranding. Dit gaan gewoonlik gepaard met die vrystelling van lig, hitte, klank, en aanvanklik met toenemende druk. 'n Springstoflading is 'n afgeweegde hoeveelheid van sodanige substansie.

Die energie wat in die springstof vervat is, kan bestaan uit

• chemiese energie, soos bv. in nitrogliserien of graanmeel
• saamgepersde gas, soos dié in 'n gassilinder of aerosolkan
• kernmateriaal, soos reaktiewe isotope van uraan-235 en plutonium-239

Springstowwe kan in kategorieë verdeel word na gelang van die uitsettingstempo. Materiale waarin die reaksiefront vinniger as die spoed van klank in daardie materiaal self beweeg, detoneer en word hoë springstowwe genoem, terwyl materiale waarin die front stadiger as die klanksnelheid beweeg, deflagreer en lae springstowwe genoem word. Springstowwe kan verder onderverdeel word na gelang van hul sensitiwiteite. Sensitiewe substansies wat deur relatief min hitte of druk ontsteek kan word, staan bekend as primêre springstowwe en dié wat relatief onsensitief is, as sekondêre springstowwe.

Die beginsel van 'n ontploffing

Die beginsel van 'n ontploffing is baie eenvoudig. Dit is gebaseer op die snelle en dramatiese uitsetting van gas. 'n Plofstof is 'n stof wat 'n skielike en baie hoë druk op sy omgewing kan uitoefen deur die blitssnelle omskepping van die stof tot 'n warm gas. Op die oomblik van die ontploffing neem die gas nog dieselfde ruimte in beslag as die plofstof, maar die hitte van die ontploffing laat dit uitsit. Die druk raak te groot vir die houer waarin die gas is, en dit skiet uitmekaar.

Plofstof word juis bo enige ander brandbare stof gebruik omdat dit teen 'n geweldige snelheid brand. Wanneer dit in 'n beperkte ruimte verkeer, moet die gasse wat deur die ontbranding veroorsaak word, eenvoudig uitbars. Twee van die belangrikste eienskappe van plofstowwe is:

1. Hulle bevat 'n stof, of 'n mengsel van stowwe, wat in gewone, normale omstandighede onveranderd bly, maar 'n snelle chemiese verandering ondergaan sodra dit aan die brand gesteek word.
2. Tydens hierdie verandering ontstaan gasse, waarvan die volume, by die hoë temperatuur wat met die ontploffing gepaard gaan, baie groter is as die van die oorspronklike stof.

Wanneer hierdie eienskappe in syfers uitgedruk word, gee dit 'n idee van die snelheid en omvang van ontploffings. Wanneer 'n plofstof ontbrand, kan die temperatuur van die gasse wat veroorsaak word, tot 6 000 °C styg, byna vier keer soveel as die 1 538 °C waarby yster smelt. Die gasse sit sodoende teen 'n geweldige tempo uit, tot 10 000 keer hul oorspronklike volume op die oomblik van ontbranding. Iets moet dus padgee. Wanneer plofstof in steengroewe gebruik word, word gate in die rots geboor en die plofstof daarin geplaas. In hierdie geval moet die rots dus padgee. Wanneer plofstof as aandrywingsmiddel gebruik word, gee die koeël, projektiel of vuurpyl pad deur vorentoe of boontoe te beweeg.

Die chemie van springstowwe

'n Chemiese springstof is 'n verbinding of mengsel wat 'n brandstof en 'n oksideermiddel bevat en wat sonder enige suurstof uit die omringende lug kan reageer. In 'n mengsel soos buskruit is die twee bestanddele afsonderlike stowwe – swael en houtskool as brandstof, salpeter as oksideermiddel – en die reaksietempo word beperk deur hoe vinnig hulle met mekaar in aanraking kan kom. In 'n hoë springstof soos TNT sit die brandstof en die oksideermiddel in dieselfde molekuul, en daarom word die ontbinding onvergelyklik vinniger voortgeplant.

Die suurstof in sulke molekules is meestal in nitrogroepe (–NO₂) of nitraatestergroepe (–ONO₂) opgesluit, en die meeste bekende springstowwe word deur nitrering van 'n koolstofhoudende stof met 'n mengsel van salpetersuur en swaelsuur berei: tolueen lewer TNT, fenol lewer pikriensuur, gliserien lewer nitrogliserien en katoen (sellulose) lewer nitrosellulose. Die stikstof-suurstofbindings is relatief swak, terwyl die stikstofmolekule (N₂) wat by die ontploffing gevorm word, buitengewoon sterk gebind is; dit is hierdie verskil wat die groot hoeveelheid energie vrystel.

Dit is 'n algemene wanopvatting dat springstowwe besonder veel energie bevat. Per massa-eenheid is die teendeel waar: TNT stel sowat 4,6 megajoule (MJ) energie per kilogram vry, terwyl petrol se verbrandingswarmte ongeveer 46 MJ/kg is, dus tien keer soveel. Wat 'n springstof onderskei, is nie sy energie-inhoud nie maar sy drywingsdigtheid: dit stel sy energie binne mikrosekondes vry en het nie suurstof van buite nodig nie, sodat die drukgolf wat daardeur ontstaan, meganiese werk kan verrig wat geen brandstof kan lewer nie.

Die drukgolf

By 'n detonasie word 'n skokgolf gevorm wat teen supersoniese snelheid deur die springstof self beweeg en daarna in die omringende lug, water of rots uitgestraal word. Die skade wat 'n ontploffing aanrig, is die gevolg van drie afsonderlike meganismes: die oordruk van die drukgolf, die versnelling van die medium (die "wind" agter die front) en die skerwe wat deur die golf weggeslinger word. Die oordruk neem vinnig met die afstand af, en die uitwerking van ladings van verskillende groottes word met behulp van skaalwette vergelyk.

Om ladings van verskillende samestellings te vergelyk, word hul uitwerking gewoonlik as 'n TNT-ekwivalent uitgedruk, dus die massa TNT wat dieselfde uitwerking sou hê. By hierdie omskakeling word die energie-inhoud van TNT vir gerief as presies 4,184 MJ/kg gedefinieer, wat die eenhede "ton TNT" en "megaton" lewer waarin die krag van onder meer kernwapens uitgedruk word.

Ontploffings sonder springstof

Nie alle ontploffings behels 'n springstof nie. Wanneer 'n fyn brandbare stof soos graanmeel, steenkoolstof, suiker of aluminiumpoeier in die lug versprei is, kan die groot oppervlak van die deeltjies veroorsaak dat die hele wolk binne oomblikke verbrand – 'n stofontploffing, wat al talle meulens, graansilo's en fabrieke verwoes het. In 'n steenkoolmyn kan metaan wat uit die steenkoollaag vrykom, 'n soortgelyke ontploffing veroorsaak, wat dan dikwels 'n stofontploffing aan die gang sit. 'n Ketel wat oorverhit word, kan ontplof sonder enige chemiese reaksie hoegenaamd: die water daarin verdamp skielik wanneer die druk wegval, en dieselfde meganisme lê ten grondslag van party vulkaniese uitbarstings.

Klassifikasie

Volgens snelheid: lae en hoë springstowwe

'n Springstof word volgens sy tempo van verbranding as 'n lae of 'n hoë springstof geklassifiseer: lae springstowwe deflagreer, dus brand hulle vinnig, terwyl hoë springstowwe detoneer. Om as 'n detonasie eerder as 'n blote deflagrasie te tel, moet die reaksie se skokgolf vinniger deur die materiaal beweeg as die spoed van klank in daardie materiaal, en dié snelheid is in 'n vloeistof of vaste stof gewoonlik ordes van grootte hoër as in lug.

By 'n deflagrasie word die ontbinding van die stof deur 'n vlamfront voortgeplant wat teen 'n subsoniese snelheid deur die materiaal beweeg. Onder gewone toestande deflagreer lae springstowwe teen tempo's wat van 'n paar sentimeter per sekonde tot sowat 0,4 km/s wissel, hoewel hulle onder hoër druk of temperatuur veel vinniger kan reageer – soos wanneer buskruit binne die beperkte ruimte van 'n koeëldop ontbrand en die koeël tot ver bo die klanksnelheid versnel. 'n Lae springstof is gewoonlik 'n mengsel van 'n brandbare stof en 'n oksideermiddel, en sulke stowwe word normaalweg as dryfmiddels gebruik: onder dié groep val buskruit, rookvrye kruit en ligte pirotegniek soos ligfakkels en vuurwerke.

Hoë springstowwe detoneer teen 'n snelheid van ongeveer 3 tot 9 km/s. TNT het byvoorbeeld 'n detonasiesnelheid van sowat 6,9 km/s, detonasiesnoer van 6,7 km/s en C-4 van sowat 8,0 km/s. Hoë springstowwe het geneig om die brandstof en die oksideermiddel in dieselfde molekule te hê, soos TNT, terwyl lae springstowwe soos buskruit mengsels van 'n brandstof (die swael en houtskool) en 'n oksideermiddel (die salpeter) is – wat juis veroorsaak dat die reaksiefront subsonies voortbeweeg. Hoë springstowwe word normaalweg in die mynbou, by sloping en vir militêre doeleindes gebruik.

Dryfspringstof en brisante springstof

Die twee groepe staan in Afrikaans ook as dryfspringstof (die lae springstowwe) en brisante springstof (die hoë springstowwe) bekend. Die dryfspringstof word, soos die naam aandui, vir aandrywing gebruik, terwyl brisante springstof met sy versplinterende uitwerking vir vernietiging gebruik word.

Moderne dryfspringstof soos kordiet word vervaardig deur nitrogliserien en nitrosellulose (skietkatoen) te meng. Dit word gebruik in koeëls vir alle soorte vuurwapens en partykeer ook vir die aan die gang sit van vliegtuig- en dieselmasjiene.

Buskruit, die oudste plofstof en ook die maklikste om voor te berei, kan met 'n vonk of vlam aangesteek word. By die moderne plofstof word egter ander metodes gebruik.

Dryfspringstof kan ontsteek word deur 'n vlam afkomstig van 'n klein hoeveelheid plofstof in 'n slagdoppie (wanneer die sneller van 'n geweer getrek word, val die haan met 'n skerp slag teen die slagdoppie) of deur 'n buskruit-ontsteker. Hierdie meganisme bestaan uit 'n dun draadjie waaraan 'n stukkie buskruit geheg is. 'n Elektriese stroom word deur die draadjie gestuur, dit word warm en laat die buskruit ontbrand.

Die mees algemene brisante springstof is TNT (trinitrotolueen). Byna alle soorte brisante springstof word vervaardig deur die een of ander koolstofhoudende stof met salpetersuur te behandel.

Brisante springstof kan slegs deur 'n hewige skok ontsteek word. As mens dit bv. met 'n vuurhoutjie aansteek, sou dit net brand sonder om te ontplof. Slagdoppies, wat 'n lading bevat wat maklik ontbrand, bv. heksogeen, tetriel of knalkwik, word vir hierdie doel gebruik. Party grofgeskutkoeëls bevat brisante springstof. 'n Slagdop word voor aan die punt van die koeël aangebring. Wanneer die koeël dan sy teiken tref, word die brisante springstof ontbrand, dit ontplof en rig groot verwoesting aan.

Volgens sensitiwiteit

Hoë springstowwe word volgens hul sensitiwiteit in twee klasse verdeel. 'n Primêre springstof is uiters sensitief vir prikkels soos slag, wrywing, hitte, statiese elektrisiteit of elektromagnetiese straling, en betreklik min energie is nodig om dit aan die gang te sit. As baie algemene reël word verbindings wat sensitiewer as PETN is, as primêr beskou; in die praktyk is hulle sensitief genoeg om betroubaar met 'n hamerslag geïnisieer te word. Sommige verbindings, soos stikstoftrijodied, is so sensitief dat hulle glad nie sonder detonasie gehanteer kan word nie.

Primêre springstowwe word dikwels in detonators gebruik of om groter ladings van minder sensitiewe sekondêre springstowwe aan die gang te sit. 'n Klein hoeveelheid – tipies enkele milligramme – is genoeg om 'n groter lading te inisieer wat gewoonlik veiliger is om te hanteer. Tersiêre springstowwe of slopingsmiddels, soos ammoniumnitraat en stookolie (ANFO), is so onsensitief dat hulle nie betroubaar deur 'n gewone detonator geïnisieer kan word nie en 'n tussenlading of versterker verg; hulle word wyd in die mynbou gebruik omdat hulle goedkoop en veilig is.

Volgens fisiese vorm

Springstowwe word ook volgens die vorm gekenmerk waarin hulle vervaardig of gebruik word. Die algemene gebruiksvorme is perssels, gietsels, polimeergebonde springstowwe, plastiese springstowwe of stopmiddels, verrubberde en uitperspersbare vorme, binêre springstowwe wat eers by gebruik gemeng word, slopingsmiddels, slurries en jels, en dinamiet.

Eienskappe

Om te bepaal of 'n springstof vir 'n bepaalde gebruik geskik is, moet sy fisiese eienskappe eers bekend wees. Van die belangrikstes is die volgende.

Sensitiwiteit

Sensitiwiteit verwys na die gemak waarmee 'n springstof aan die gang gesit kan word, dus die hoeveelheid en intensiteit van skok, wrywing of hitte wat daarvoor nodig is. Die relatiewe sensitiwiteit van 'n gegewe stof vir slag kan sterk verskil van sy sensitiwiteit vir wrywing of hitte, en die toetsmetodes verskil ooreenkomstig:

• slag – die sensitiwiteit word uitgedruk as die afstand waaroor 'n standaardgewig op die materiaal moet val om dit te laat ontplof;
• wrywing – as die hoeveelheid druk wat op die materiaal toegepas moet word om genoeg wrywing vir 'n reaksie te veroorsaak;
• hitte – as die temperatuur waarby die materiaal ontbind.

Sensitiwiteit is 'n belangrike oorweging by die keuse van 'n springstof. Die lading in 'n pantserdeurdringende projektiel moet betreklik onsensitief wees, anders sou die skok van die inslag dit laat detoneer voordat dit tot by die verlangde punt deurgedring het.

Detonasiesnelheid

Die detonasiesnelheid is die snelheid waarmee die reaksieproses deur die massa van die springstof voortbeweeg. Die meeste kommersiële mynbouspringstowwe het detonasiesnelhede van 1 800 tot 8 000 m/s. Saam met die digtheid is dit 'n belangrike faktor wat die opbrengs van die energie bepaal wat deur sowel die oordruk in die lug as die versnelling van die grond oorgedra word. 'n Lae springstof soos buskruit het 'n brandtempo van sowat 171 tot 631 m/s, teenoor die ongeveer 6 900 tot 8 100 m/s van 'n hoë springstof.

Stabiliteit

Stabiliteit is die vermoë van 'n springstof om sonder agteruitgang gebêre te word. Verskeie faktore raak dit:

• chemiese samestelling – sekere groepe, soos die nitrogroep (–NO₂), die nitraatgroep (–ONO₂) en die asiedgroep (–N₃), is inherent labiel omdat die energiedrempel vir hul ontbindingsreaksie laag is, sodat sulke verbindings hoogs sensitief vir vlam of meganiese skok is;
• bergingstemperatuur – die tempo van ontbinding neem by hoër temperature toe. Alle standaard militêre springstowwe kan tussen −10 en +35 °C as hoogs stabiel beskou word, maar elkeen het 'n temperatuur waarby die termiese ontbinding vinnig versnel; as reël raak die meeste springstowwe bo 70 °C gevaarlik onstabiel;
• blootstelling aan sonlig – baie springstofverbindings wat stikstofgroepe bevat, ontbind vinnig wanneer hulle aan ultravioletstrale blootgestel word;
• elektriese ontlading – 'n elektrostatiese ontlading of vonk kan by verskeie springstowwe genoeg wees om 'n reaksie of selfs 'n detonasie te veroorsaak, en daarom verg veilige hantering behoorlike elektriese aarding van die werker.

Krag en brisansie

Die krag of werkverrigting van 'n springstof verwys na sy vermoë om arbeid te verrig, dus om die verlangde uitwerking te bereik – die uitslinger van skerwe, 'n lugskok, 'n hoësnelheidstraal of 'n onderwaterskok. Naas krag het springstowwe 'n tweede kenmerk, naamlik hul versplinterende uitwerking of brisansie, van die Franse briser, "om te breek". Brisansie is belangrik om te bepaal hoe doeltreffend 'n ontploffing die omhulsel van 'n bom of granaat versplinter, en dit word aan die snelheid gemeet waarmee die springstof sy piekdruk bereik. Die sandvergruisingstoets word algemeen gebruik om die relatiewe brisansie met dié van TNT te vergelyk, hoewel geen enkele toets die eienskappe van twee verbindings regstreeks kan vergelyk nie.

Digtheid

Die laaidigtheid is die massa springstof per volume-eenheid. Na gelang van die laaimetode kan 'n gemiddelde digtheid van die gelaaide lading verkry word wat tussen 80 en 99 % van die teoretiese maksimum is. 'n Hoë laaidigtheid kan die sensitiwiteit verminder deurdat die massa beter teen interne wrywing weerstand bied, maar indien die digtheid so hoog word dat die kristalle self vergruis word, kan die stof juis sensitiewer raak. Word 'n springstof te ver saamgepers – "dooddruk" – kan dit glad nie meer betroubaar geïnisieer word nie.

Suurstofbalans en gasvolume

Die suurstofbalans dui aan in watter mate 'n springstof geoksideer kan word. Indien 'n molekule genoeg suurstof bevat om al sy koolstof na koolstofdioksied, al sy waterstof na water en al sy metaal na metaaloksied om te sit, sonder 'n oorskot, het dit 'n suurstofbalans van nul. Die sensitiwiteit, sterkte en brisansie van 'n springstof hang tot 'n mate van die suurstofbalans af en bereik geneig hul maksimum wanneer die balans nul nader.

Die gasagtige produkte van 'n volledige reaksie is tipies koolstofdioksied, stoom en stikstof. Die uiteindelike volume-uitsetting kan op drie ordes van grootte beraam word, dus ongeveer een liter gas per gram springstof. Springstowwe met 'n suurstoftekort lewer roet of gasse soos koolstofmonoksied en waterstof, wat met die omringende materiaal of met die suurstof in die lug kan reageer.

Die springstoftrein

Springstof word dikwels in die springstoftrein van 'n toestel opgeneem: 'n klein, sensitiewe primêre lading sit 'n versterkerlading aan die gang, wat op sy beurt die hooflading laat detoneer. Só word die veiligheid van die groot lading met die betroubaarheid van 'n klein, sensitiewe inisieerder gekombineer.

Van die belangrikste springstowwe

Die tabel hieronder gee die tipiese detonasiesnelheid van 'n aantal bekende springstowwe by hul gebruiklike laaidigtheid. By lae springstowwe soos buskruit is die syfer 'n brandtempo en nie 'n detonasiesnelheid nie.

Naam	Ontdek of eerste berei	Detonasiesnelheid (m/s)	Vernaamste gebruik
Buskruit	9de eeu (China)	171 tot 631 (deflagrasie)	dryfmiddel, vuurwerk, slopingswerk in die 17de tot 19de eeu
Nitrosellulose (skietkatoen)	1846	7 050	rookvrye kruit, kordiet
Nitrogliserien	1847	7 700	grondstof van dinamiet en kordiet; medisyne teen angina
Dinamiet	1867	6 000 tot 7 200	mynbou, steengroewe, slopingswerk
Pikriensuur	1885 as springstof gebruik	7 350	granaatlading tot in die Eerste Wêreldoorlog
Tetriel	1877	7 570	versterkerlading in detonators
TNT (trinitrotolueen)	1863	6 900	granaat- en bomladings; standaard vir vergelyking
PETN	1894	8 400	detonasiesnoer, versterkerladings, Semtex
RDX (heksogeen)	1898	8 550	militêre ladings, C-4, Semtex
HMX (oktogeen)	1930's	9 100	hoëprestasieladings, vaste vuurpylbrandstof
C-4	1940's	8 040	plastiese springstof vir slopingswerk
ANFO	1950's	3 200 tot 4 900	die algemeenste mynbouspringstof ter wêreld
Knalkwik	1800	4 250	primêre springstof in slagdoppies
Loodasied	1891	4 630	primêre springstof in detonators

Geskiedenis

Oor die uitvinding van plofstof bestaan daar taamlik uiteenlopende menings. In die 13de eeu het die Engelsman Roger Bacon 'n formule opgestel vir die vervaardiging van buskruit, maar dit is bekend dat die Chinese en die Arabiere eeue voor Bacon soortgelyke mengsels gehad het. Kort na die ontdekking van buskruit is die militêre nut daarvan besef en is daar begin om dit in wapens te gebruik. Sedert daardie tyd het plofstof 'n groot invloed op die wêreldgeskiedenis gehad.

Die huidige stand van navorsing plaas die ontstaan van buskruit by Taoïstiese alchemiste van die Tang-dinastie wat in die 9de eeu na 'n lewenselikser gesoek het en toevallig op 'n mengsel van salpeter, swael en houtskool afgekom het wat vinnig verbrand. Die oudste bekende geskrewe resep verskyn in die Wujing Zongyao, 'n Chinese krygskundige handboek wat teen 1044 tydens die Song-dinastie voltooi is. Teen die 13de eeu het Chinese leërs reeds vuurlanse, brandpyle en ystergranate gebruik, en die kennis het langs die handelsroetes na die weste versprei. Die Bisantynse "Griekse vuur", wat van 672 af in die verdediging van Konstantinopel gebruik is, was daarteenoor 'n brandstigtende mengsel en nie 'n springstof nie.

Buskruit is oorspronklik sommer tuis gemaak, maar die vervaardiging daarvan was so gevaarlik dat dit op die ou end tot 'n paar spesiale plekke beperk is. Eers in die 17de eeu is die rotsbreekvermoë van buskruit begin benut toe dit vir die wegskiet van rots en grond gebruik is.

Die eerste aangetekende gebruik van buskruit om rots te breek, was op 8 Februarie 1627 in die myne van Banská Štiavnica in destydse Hongarye (vandag Slowakye), waar die Tiroler mynwerker Kaspar Weindl dit met sukses gedemonstreer het; die metode het daarna vinnig na Duitsland, Engeland en Swede versprei. Ontsteking het lank 'n gevaarlike saak gebly – 'n spoor los kruit of 'n gans se veerpen vol kruit is gebruik – totdat die Cornishe leerhandelaar William Bickford in 1831 die veiligheidslont gepatenteer het: 'n kern van buskruit in 'n dig gevlegte, waterdig gemaakte toutjie wat teen 'n bekende, gelyke tempo brand. Die uitvinding het die aantal ongelukke in myne dramaties verminder.

In 1846 het die Duits-Switserse chemikus Christian Friedrich Schönbein nitrosellulose of skietkatoen ontdek deur katoen met salpeter- en swaelsuur te behandel. 'n Jaar later, in 1847, het die Italianer Ascanio Sobrero die beroemdste van alle plofstowwe, nitrogliserien, ontdek. Hy het gliserien in 'n mengsel van salpetersuur en swaelsuur laat drup en sodoende 'n plofstof vervaardig wat 12 000 keer sy eie volume aan gas ontwikkel wanneer dit ontplof. Aangesien nitrogliserien egter deur die geringste stampie kan ontbrand, is sy gebruik baie gevaarlik en dus beperk.

In 1866 het die Sweedse wetenskaplike Alfred Nobel, na wie die Nobelprys genoem is, ontdek dat nitrogliserien 'n tekstuur soos dié van kaas kry en met groter veiligheid gehanteer kan word as dit gemeng word met 'n sanderige stof, kieselgoer. Hierdie mengsel van Nobel het bekend geword onder die naam dinamiet. Nobel het ook ontdek dat as skietkatoen met nitrogliserien gemeng word, dit 'n stywe jellie vorm. Dit staan vandag as springgelatien bekend en word veral in steengroefwerk gebruik.

Reeds in 1863, voor die ontdekking van dinamiet, het Nobel die slagdoppie of detonator ontwerp, wat dit vir die eerste keer moontlik gemaak het om 'n onsensitiewe lading betroubaar met 'n klein, sensitiewe inisieerder aan die gang te sit. Hierdie beginsel – vandag die springstoftrein – is een van die belangrikste enkele stappe in die geskiedenis van die bedryf, omdat dit hoë springstowwe wat te veilig was om met 'n vlam te ontsteek, eers bruikbaar gemaak het.

Die volgende deurbraak was rookvrye kruit. Die Franse chemikus Paul Vieille het in 1884 poudre B uit gelatineerde nitrosellulose ontwikkel; Nobel het in 1887 ballistiet gevolg en Frederick Abel en James Dewar in 1889 kordiet. Dié dryfmiddels het drie keer soveel energie as buskruit gelewer, byna geen rook agtergelaat nie en die loop van 'n vuurwapen nie meer met roet aangepak nie, sodat die trefafstand en die tempo van vuur van vuurwapens binne 'n dekade heeltemal verander het.

Verskeie van die springstowwe wat vandag die belangrikste is, is in dieselfde tydperk berei sonder dat hul plofkrag dadelik besef is. Julius Wilbrand het TNT in 1863 gemaak en dit is jare lank net as 'n geel kleurstof gebruik; Carl Häussermann het die plofeienskappe eers in 1891 raakgesien, waarna die Duitse leër dit in 1902 en Brittanje dit in 1907 as granaatvulling aangeneem het. TNT was daarna die standaardvulling van die Eerste Wêreldoorlog, omdat dit veilig gesmelt en in die granaat gegiet kon word en nie soos pikriensuur met die metaal van die dop reageer om gevaarlike soute te vorm nie. PETN is in 1894 en RDX in 1898 die eerste keer berei, en albei het eers in die Tweede Wêreldoorlog op groot skaal in gebruik gekom.

Ná die Tweede Wêreldoorlog het twee ontwikkelings die bedryf oorheers. In die myn- en steengroefbedryf het ammoniumnitraat en stookolie (ANFO) van die 1950's af dinamiet grotendeels verdring, omdat dit veiliger, goedkoper en ter plaatse mengbaar is; vandag maak dit die grootste deel van alle springstof uit wat ter wêreld gebruik word. Vir militêre en slopingswerk is plastiese springstowwe soos C-4 en Semtex ontwikkel, waarin RDX of PETN met 'n bindmiddel gemeng word om 'n stof te vorm wat soos deeg geknie en in enige vorm gedruk kan word.

Vervaardiging en hantering

Regerings is terdeë bewus van die gevaar van plofstof en ook in Suid-Afrika is daar wette wat die vervaardiging van plofstof tot spesiale fabrieke beperk. In sulke fabrieke moet die verskillende geboue weg van mekaar opgerig word, terwyl sommige omring word deur 'n hoë muur of wal. Die meeste fabrieke is ook verdeel in "gevaarsones" en "veiligheidsones". Salpetersuur en swaelsuur word in die veiligheidsone vervaardig, terwyl die plofstof in die gevaarsone vervaardig en verpak word.

Die groot gevaar in hierdie fabrieke is die ontbranding van plofstof deur vonke, wrywing of stampe. Onbeskermde ligte, staalgereedskap en alle ander instrumente wat moontlik 'n vonk of vlam kan veroorsaak, is streng verbode. Die werkers se rubberskoene word ook spesiaal skoongemaak voordat hulle in die gevaargebied toegelaat word, om te voorkom dat gruis of klippies onnodige wrywing veroorsaak.

Gebruike

Afgesien van sy gebruike in oorlogswapens, is plofstof 'n groot hulpmiddel vir die mens. Die mens gebruik plofstof om sy vuurpyle in die hemelruim te kry, en ook om onder die aardoppervlak te delf na goud, yster en ander minerale. Dit is ironies dat hoewel plofstof in die geskiedenis seker meer brande as enige ander stof veroorsaak het, dit ook gebruik kan word om brande te blus - in olieboorgate. In so 'n geval word die brand in die oliegat "doodgeskiet" deur 'n ontploffing, net soos 'n kers gesnuit kan word deur 'n klapper daarnaby af te skiet.

Kommersiële gebruik

Verreweg die grootste deel van alle springstof wat vervaardig word, word nie vir militêre doeleindes gebruik nie maar in die mynbou, steengroewe en die konstruksiebedryf. In 'n myn word 'n patroon gate volgens 'n noukeurige plan geboor, met 'n springstof gelaai en dan in 'n vooraf bepaalde ry met 'n vertraging van enkele millisekondes tussen die gate laat detoneer, sodat elke lading teen 'n vrye oppervlak werk wat deur die vorige een geskep is. Só word die rots met die minste springstof gebreek en die vibrasie en klip wat weggeslinger word, beperk.

Dieselfde tegnieke word gebruik om tonnels deur berge te dryf, om fondamente en snitte vir paaie, spoorlyne en damwalle uit te grawe en om ou geboue en brûe te sloop, waar klein, presies geplaaste ladings die draagstrukture in 'n bepaalde volgorde deursny sodat die gebou binne-in sy eie voetspoor inval. In die olie- en gasbedryf word gevormde ladings gebruik om die staalvoering van 'n boorgat te perforeer sodat die reservoir met die put in verbinding kom, en in die soek na minerale en olie word klein ladings gebruik om die seismiese golwe te skep waarmee die lae onder die oppervlak in kaart gebring word.

Ander gebruike

Springstof en pirotegniese ladings kom ook op onverwagte plekke voor. Die lugsak van 'n motor word deur 'n klein pirotegniese lading gevul wat binne sowat 30 millisekondes 'n groot volume gas lewer; die noodsitplek van 'n vegvliegtuig word deur 'n vuurpylmotor uitgeskiet; klinknaels kan met 'n klein lading vasgeslaan word; en twee lae metaal wat nie met gewone metodes gesweis kan word nie, kan met 'n springstoflading aanmekaar gesmee word. Ladings word ook doelbewus gebruik om 'n sneeustorting onder beheerde toestande uit te lok voordat die sneeu genoeg opgebou het om gevaarlik te word, en in 'n ligter luim vorm pirotegniek die grondslag van vuurwerk.

Die springstofbedryf in Suid-Afrika

Suid-Afrika het weens sy mynbou een van die grootste springstofbedrywe ter wêreld gehad. Die ontdekking van goud aan die Witwatersrand het 'n enorme vraag na dinamiet geskep, en die maatskappy De Zuid Afrikaansche Fabrieken voor Ontplofbare Stoffen Beperkt is in 1894 gestig om dit plaaslik te vervaardig. Die fabriek is op die plase Modderfontein en Klipfontein noordoos van Johannesburg gebou en deur president Paul Kruger op 25 April 1896 amptelik geopen, met die eerste produksie in Junie van daardie jaar. Aanvanklik is 80 000 kissies dinamiet van 25 kg elk per jaar gelewer, wat gou tot 240 000 kissies verhoog is.

Tydens die Tweede Vryheidsoorlog het Britse magte die fabriek beset, waarna die Brits-Suid-Afrikaanse Plofstofmaatskappy die bedryf voortgesit het. In 1924 is dié belange met dié van Nobel en De Beers saamgesmelt in African Explosives and Industries, wat in 1944 African Explosives and Chemical Industries (AECI) geword het. Namate die goudmyne van die Witwatersrand al dieper gedelf het, het Modderfontein tot die grootste dinamietfabriek ter wêreld gegroei, 'n titel wat dit tot in die middel-1990's behou het; die eerste miljoen ton springstof is in 1953 daar vervaardig. Die bedryf bestaan vandag as die mynbouafdeling van die AECI-groep, en 'n museum op die terrein bewaar die geskiedenis daarvan.

Die vervaardiging, berging, vervoer en gebruik van springstof in Suid-Afrika word deur drie wette gereël: die Wet op Plofstowwe 26 van 1956, die Wet op Gesondheid en Veiligheid in Myne van 1996 en die Wet op Beroepsgesondheid en -veiligheid van 1993. Die toepassing daarvan is verdeel tussen die Suid-Afrikaanse Polisiediens, die departement van minerale hulpbronne en die departement van indiensneming en arbeid. 'n Nuwe Wet op Plofstowwe 15 van 2003 is wel deur die president bekragtig en sou die 1956-wet herroep, maar dit is nooit in werking gestel nie, sodat die polisie steeds op verouderde wetgewing moet steun.

Veiligheid en omgewingsimpak

Benewens die ooglopende gevaar van 'n ontydige ontploffing is baie springstowwe self giftig. By mense wat aan TNT blootgestel is, is bloedarmoede, abnormale lewerfunksie, velirritasie ná langdurige aanraking en die ontwikkeling van katarakte aangeteken, en by proefdiere is ook 'n vergroting van die milt en skade aan die immuunstelsel opgemerk. Die Amerikaanse omgewingsbeskermingsagentskap klassifiseer TNT as 'n moontlike menslike kankerverwekker. Die vroue wat in die Eerste Wêreldoorlog granate met die hand in Britse ammunisiefabrieke gevul het, is die "kanarie-meisies" genoem omdat hul vel geel geword het van die TNT en pikriensuur waarmee hulle gewerk het; sowat vierhonderd van hulle het aan TNT-vergiftiging gesterf.

Die gasse wat by 'n ontploffing gevorm word, is 'n verdere gevaar. Selfs by 'n springstof met 'n goeie suurstofbalans bevat die rook koolstofmonoksied en stikstofoksiede, en daarom moet 'n ondergrondse werkplek na 'n ontploffing eers deeglik geventileer word voordat mynwerkers weer daar toegelaat word. By fabrieke, skietbane en toetsterreine waar springstof oor dekades vervaardig of gebruik is, het reste van TNT, RDX en die perchloraate uit vuurpylbrandstof dikwels tot in die grondwater beweeg, wat duur opruiming vereis.

Ongelukke met groot hoeveelhede springstof of springstofgrondstowwe is van die ergste nie-natuurlike ontploffings in die geskiedenis. Toe die Franse vragskip Mont-Blanc, gelaai met 2 500 ton hoë springstof waaronder pikriensuur en TNT, op 6 Desember 1917 in die hawe van Halifax in Kanada met 'n ander skip gebots en ontplof het, is meer as 1 600 mense op die daad gedood en meer as 9 000 beseer. Ammoniumnitraat en verwante kunsmissoute, wat as kunsmis sowel as springstofbestanddeel gebruik word, was verantwoordelik vir die ontploffings by Oppau in Duitsland in 1921 (561 dooies), by Texas City in die Verenigde State in 1947 (581 dooies) en in die hawe van Beiroet op 4 Augustus 2020, toe sowat 2 750 ton wat jare lank onveilig gestoor is, ontplof het, 220 mense dood is en meer as 6 500 beseer is.

Sien ook

• Dinamiet
• Buskruit
• Nitrogliserien
• Kordiet
• Vuurwerk

Bronnelys

• Kennis, Volume 1, 1980, bl.102-103, ISBN 0-7981-0823-1

Eksterne skakels

• Wikiwoordeboek het 'n inskrywing vir springstof.