Dejiny písané dynamitom

Kapitál vložený vykonávateľom môjho závetu do bezpečných cenných papierov dá základ fondu, z ktorého úrokov budú každoročne odmeňovaní tí, ktorí v uplynulom roku preukázali ľudstvu najväčší úžitok, píše sa v testamente švédskeho chemického inžiniera a vynálezcu dynamitu Alfreda Nobela. K realizácii jeho poslednej vôle došlo prvý raz v roku 1901 a odvtedy sa Nobelova cena považuje za najhodnotnejšie ocenenie, aké sa udeľuje. Finančný fond, z ktorého sa vyplácajú odmeny laureátom ceny, má svoj základ v Nobelovom podnikateľskom úsilí. Jedným z jeho obchodných tovarov bol dynamit.

Obrovský obchodný úspech, z ktorého v súčasnosti prostredníctvom Nobelových cien priamo alebo nepriamo profitujú vedci z rôznych vedných odborov, mal korene v objave, ktorým sa podarilo nájsť spôsob, ako transformovať už dávno známy a takmer nepoužiteľný nitroglycerín na prakticky využiteľnú výbušninu.

Schránka jedného z mnohých typov jednobunkových rias rozsievok. Tie (v značne poškodenej forme) tvorili hlavnú časť diatomitu použitého na stabilizáciu nitroglycerínu v dynamite, foto wikipédia/Diatom.

Skrotenie nitroglycerínu

Táto olejovitá kvapalina je mimoriadne explozívna a každá manipulácia s ňou je veľmi nebezpečná. Zmiešaním s práškovou anorganickou látkou sa nitroglycerín stabilizoval do formy tuhej látky, ktorá už netrpela klasickým neduhom kvapaliny. Tým je jej pohyb v dôsledku vonkajšieho mechanického impulzu vytvoreného napríklad zmenou polohy transportnej nádoby. Podstata riešenia spočívala predovšetkým v rozdelení kvapaliny do veľmi malých kvapôčok uzatvorených v dutinách pórovitej štruktúry tuhej látky. Tou bola spočiatku sedimentárna hornina diatomit, tvorená kremitými schránkami jednobunkových rias rozsievok (Diatomaceae). Vtedajší nemecký názov tejto horniny bol spočiatku aj súčasťou názvu výbušniny (Kieselgur – Dynamite). Podstata stabilizácie uvedenej kvapaliny v tuhej látke je však o niečo komplikovanejšia, ako naznačuje tento text. Princíp uvedenej stabilizácie sa používa až doteraz s tým rozdielom, že pôvodný, pri explózii neaktívny anorganický substrát, ktorý spolu s malým množstvom Na2CO3 predstavoval približne štvrtinu hmotnosti dynamitu, sa nahrádza látkami, ktoré sa podieľajú na explozívnej reakcii.

Výbušniny

V chémii existuje mnoho zaujímavých príbehov, ktoré sa spájajú s výrobou užitočných látok. Veľa sa o tom nevie, ale niektoré z nich sa odohrávali aj na území Slovenska. Ak zoberieme do úvahy hospodársky význam a počet ľudí, ktorých život sa spájal s týmito príbehmi, tak nesporne najdôležitejší bol ten, ktorý sa týkal výroby výbušnín v Bratislave. To, čo dáva tejto výrobe mimoriadnu výnimočnosť, je to, že prebiehala na území piatich rôznych štátov, počas dvoch svetových vojen a zároveň všetky zmeny štátotvorného usporiadania túto výrobu aj výrazným spôsobom ovplyvnili. Na začiatok je dôležité poznať základné informácie o tradičných výbušninách. Sú to látky, ktoré sa v najväčšom rozsahu používajú pri ťažbe nerastných surovín, v stavebníctve, napríklad pri stavbe tunelov a demolácii starých stavebných objektov a, samozrejme, vo vojenskej technike. Ďalším ich využitím je zábavná pyrotechnika, zvyšovanie atraktivity rôznych filmových scén a likvidácia veľkých požiarov. Historicky najnovšie ich využíva automobilový priemysel v airbagoch, kde zabezpečujú ich pohotové nafúknutie pri náraze vozidla. Najvýznamnejšou vlastnosťou väčšiny výbušnín je ich deštrukčný účinok. Ten je výsledkom tlakovej vlny vznikajúcej v dôsledku veľmi rýchlych exotermických oxidačno-redukčných reakcií, pri ktorých sa tuhé alebo kvapalné látky premieňajú na plynné. Táto premena zvyšuje ich pôvodný objem približne 10 000-násobne. Obrovská zmena objemu súvisí predovšetkým s tým, že látky v plynnom stave majú približne tisíckrát väčší objem ako v tuhom stave, a zároveň s tým, že objem plynov sa s teplotou zväčšuje približne päťkrát na každých 1 000 ºC. Táto teplota je pri výbuchu naozaj veľká a pohybuje sa v intervale 2 500 až 5 000 ºC. Vysoké teploty a veľké tlaky sú zároveň príčinou explozívneho priebehu reakcií, pretože teplo a tlak vznikajúce v prvých fázach reakcie výrazne urýchľujú zreagovanie zostávajúcej časti výbušnín.

Obrázok ilustrujúci problém oddeľovania technického nitroglycerínu z dynamitu po jeho zamrznutí a opätovnom ohriatí.

Traskaviny

V mnohých prípadoch je však nevyhnutnou podmienkou, aby boli výbušniny uzavreté v malých priestoroch, ako sú napríklad úzke štrbiny v horninách alebo priestory v nábojniciach a explozívnych projektiloch zbraní. Na vyvolanie explózie výbušnín vytvárajúcich tlakovú vlnu sa však používa iný typ výbušnín. Sú to traskaviny, látky veľmi citlivé napríklad na náraz alebo zvýšenú teplotu. Je to napríklad azid olovnatý Pb(N3)2, azid strieborný AgN3 alebo fulminát ortuťnatý Hg(CNO)2. Tieto látky sú súčasťou rozbušiek. Na rozdiel od výbušnín používaných v pyrotechnike a pri filmových scénach, kde sa kladie dôraz predovšetkým na svetelný a zvukový efekt, pri skutočných výbušninách sa ich zloženie optimalizuje tak, aby sa väčšina uvoľnenej energie pri ich explózii využila na vznik čo najväčšej tlakovej vlny s vysokou rýchlosťou vznikajúcich plynov. V konkrétnych aplikáciách sa zvyčajne rieši aj usmernenie úniku týchto plynov v požadovanom smere. Dosť kurióznym využitím výbušnín je likvidácia požiarov na ropných poliach, kde plamene hasí jednak tlaková vlna, ale zároveň aj lokálne vytvorený deficit kyslíka. Žiaľ, tento deficit, spolu s nedýchateľnými splodinami explózie, patrí k menej známym dôsledkom bombardovania, ktoré museli znášať napríklad obyvatelia Londýna, Drážďan a iných miest (vrátane Bratislavy) počas druhej svetovej vojny.

Gotthardský tunel

Obrázok ukazuje podnik Dynamit Nobel na konci 19. storočia.

Peknou nedávnou spomienkou na civilizované použitie dynamitu bol film Gotthard natočený vo švajčiarsko-nemecko-rakúskej koprodukcii v roku 2016. Táto, podľa tvorcov filmová dráma, ukazovala stavbu prvého Gotthardského železničného tunela medzi mestami Göschenen a Airolo. Alpský tunel dlhý 15 km sa hĺbil v rokoch 1873 až 1882 práve pomocou dynamitu. Ako to už v podobných filmoch býva, za jeho dokončenie môže najmä veľká láska Rómea a Júlie, v tomto prípade stavebného inžiniera Maxa a dcéry hostinského Anny. Vo filme však dostali priestor aj niektoré odborné informácie. K nim patrili aj opatrenia staviteľov chrániace debničky s dynamitom pred nízkymi teplotami. Súviseli s tým, že technický nitroglycerín, ktorý má teplotu tuhnutia 8 ºC, v dynamite zamŕza a následne sa po rozmrznutí uvoľňuje v podobe pôvodnej nebezpečnej kvapaliny.

Princíp výroby nitroglycerínu v malom prietokovom reaktore, ktorý v druhej polovici 20. storočia nahradil v bratislavskom podniku pôvodné veľkoobjemové a mimoriadne rizikové zariadenie. Glycerol je tu v dôsledku zníženého tlaku za dýzou nasávaný do trubice, kde zreaguje s nitračnou zmesou. Nitroglycerín je následne unášaný vo forme emulzie do separačného zariadenia. Miniatúrny, približne 20 cm dlhý reaktor zvládol za jednu pracovnú zmenu vyrobiť približne 5 ton tejto kvapalnej výbušniny.

V monarchii

História výroby výbušnín sa začala pri Bratislave (vtedy Pozsony či Pressburg) ešte počas Rakúsko-Uhorska. V rokoch 1873 až 1875 bola na močariskách severovýchodne od vtedajšej Bratislavy postavená jedna z mnohých tovární spoločnosti Alfreda Nobela (1833 – 1896). Volala sa Dynamit Nobel a hovorovo sa nazývala Dynamitka. Bola prvou veľkou chemickou fabrikou na území súčasného Slovenska a vo vtedajšej monarchii v poradí druhou patriacou spoločnosti A. Nobela. Prvá stála od roku 1870 v Zámkoch pri Prahe, no z hľadiska veľkosti a úrovne technológie vôbec nemohla bratislavskému podniku konkurovať. Spočiatku sa výroba výbušnín pri Bratislave orientovala na výrobu banských a stavebných trhavín na báze nitroglycerínu (glyceroltrinitrátu). Tento produkt sa nazýval dynamit. Dynamitka patrila k jedným z mnohých podnikov vo svete, ktoré využívali patenty A. Nobela. Počas takmer celej svojej histórie však nepredstavovala iba výrobný závod. Tento podnik mal mnoho odborníkov v rôznych špecializovaných oblastiach, ktorí sa často podieľali aj na budovaní závodov v iných častiach sveta. Najväčším z nich bol obrovský závod na výrobu dynamitu a kyanidu sodného v južnej Afrike, v ktorom od roku 1895 pracovalo takmer 4 000 zamestnancov, medzi nimi aj 40 odborníkov z Bratislavy. Činnosť závodu však veľmi skoro ukončil začiatok druhej búrskej vojny v roku 1899.

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 11/2019. Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.

prof. Ing. Karol Jesenák, CSc.
Katedra anorganickej chémie
Prírodovedecká fakulta Univerzity Komenského
Foto archív autora, Fotky&Foto/Nomadsoul1

Komentáre