یکی از خواص مهم ترکیبات منفجره گرمای تشکیل این ترکیبات می­باشد ولی به دست آوردن گرمای تشکیل همه این ترکیبات در شرایط آزمایشگاهی به دلایل مختلف از جمله خطرات این آزمایش­ها ونیز ناپایداری بعضی ترکیبات و هزینه بالای آن­ها ممکن نیست. بنابراین می­توان از روش­های محاسباتی شیمی کوانتوم و نرم­افزارهای مناسب استفاده نمود.

فصل اول
مطالعه و بررسی روشهای محاسبات کوانتومی ترکیبات پر انرژی
 

1- تعریف ماده منفجره

ماده ­منفجره ترکیبی شیمیایی و یا مخلوطی مکانیکی است که در اثر جرقه، ضربه، حرارت و یا شعله در مدت کوتاهی تجزیه شده و مقدار زیادی گاز و حرارت تولید می­کند.
در تعریف دیگر برای مواد ­منفجره می­توان گفت: یک ماده منفجره به ماده یا مخلوطی از مواد گفته ­می­شود که خودش قادر است :
1- مقدار گاز تحت فشار بالا تولید کند.
2- قادر است این گاز را با سرعت زیاد و در شرایط معینی تولید کند که محیط اطراف در معرض یک تنش دینامیکی قرارداده شوند.
حال به تعریف انفجار می­پردازیم، انفجار یک واکنش اکسیداسیون و احیای سریع است که فشار و حجم زیادی از گازهای داغ را تولید می­کند. واکنش سوختن، مشابه واکنش انفجار می­باشد که یک ماده سوختنی با هوا می­سوزد و حجم زیادی از گازهای داغ را بوجود می­آورد. ولی اختلاف این دو واکنش شیمیایی، در سرعت آزاد­سازی محصولات احتراق می­باشد. واکنش­های انفجار سریع­اند، در­حالیکه واکنش­های سوختن کند پیش می­روند. قدرت انفجاری یک ماده منفجره به ساختمان ماده منفجره و وجود عوامل ناپایدار بستگی دارد. این گروه­ها که باعث ایجاد ناپایداری می­شوند، عبارتند از گروه­های نیترات، دی آزو، نیترو، آزید و پراکسید و….
این گروه­ها در یک ترکیب باعث افزایش سطح انرژی و ایجاد فشارهایی در داخل مولکول می­شوند. وقتی فشارهای داخلی در اثر محرکی حتی با انرژی کم افزایش یافت، پایدار ماندن ساختمان مولکول امکان ندارد و منجر به شکستن اکثر پیوندها و جدا شدن ناگهانی اجزا مولکول شده و گرمای زیادی آزاد می­شود، یعنی انفجار رخ می­دهد. در بعضی از مواد منفجره میزان ناپایداری مواد به­قدری زیاد است که

 بدون هیچ تحریکی واکنش تجزیه و شکست مولکول انجام می­گیرد.

1-1- طبقه بندی مواد منفجره

تقسیم­بندی مواد منفجره دارای تاریخچه­ای است که در طول زمان تغییر­کرده ­است.

1-1-1- طبقه­بندی مواد منفجره بر اساس نوع تركیب شیمیایی

در اولین تقسیم­بندی که صورت ­گرفته مواد منفجره را در 6 گروه جای دادند که این 6 گروه عبارتند از:
1- ترکیبات نیترو
2- استرهای نیتریک
3- نیترو آمین­ها
4- مشتقات اسید­کلریک و پرکلریک
5- آزیدها
6- پراکسیدها و ازوئیدها و غیره
نقص تقسیم­بندی فوق در دسته ششم است که انواعی از مواد نامعلوم را شامل­ می­شود. بعدها این تقسیم­بندی تکمیل ­شد و سعی ­کردند مواد منفجره را با توجه به عوامل شیمیایی و گروه­های عاملی تقسیم­بندی کنند.

1-1-2- طبقه­بندی بر اساس گروه­ عاملی

در این تقسیم­بندی این مواد به 8 گروه تقسیم­بندی شده­اند، وجود یک یا چند گروه عاملی می­تواند باعث شناخت یک ماده منفجره شود.
1- ترکیبات نیترو و نیترات­های معدنی دارای عوامل :
2- فولیمنات­های دارای عامل :
3- آزیدهای آلی و معدنی دارای عوامل :
4- مشتقات هالوژنه ازت دارای عوامل :                            ( هالوژن  )
5- کلرات­ها و پرکلرات­ها دارای عوامل :
6 – پراکسیدها و ازوئیدهای دارای عوامل :
7- استیلن و استیلدهای دارای عوامل :
8- ترکیبات آلی فلزی دارای عوامل :

1-1-3- تقسیم­بندی كاربردی مواد منفجره

نوع دیگر تقسیم­بندی که مورد استفاده قرار می­گیرد، تقسیم­بندی کاربردی مواد منفجره است.
اولین دسته، مواد منفجره­ای هستند که دارای با­لاترین سرعت واکنش انفجاری می باشند.   9100-2000  و دومین دسته، مواد محترقه شامل فرم­های پرتاب و پیرو­تکنیک­ها هستند که در مرتبه دوم سرعت سوختن قرار دارند و با سرعتی نسبتاً پایین می­سوزند و بر حسب  بیان می شوند.

1-2- طبقه­بندی كلی مواد منفجره

اگرچه تعداد زیادی مواد منفجره پلیمری جدید نیز تولید ­شده است، اما همه­ی آنها به­ طور کلی به یکی از سه دسته زیر تعلق دارند.
1- مواد منفجره سوزشی یا پیشرانه­ها
2- مواد منفجره آغازگر ( اولیه )
3- مواد منفجره قوی ( اصلی یا ثانویه )

1-3- ترکیبات نیتروآروماتیک

دربین مواد منفجره ما توجه خود را به ترکیبات نیترو معطوف ساخته­ایم.
در بین ترکیبات نیترو آلیفاتیک، نیترو­متان تنها ماده­ایست که به عنوان یک ماده منفجره شناخته ­شده­ است. تترانیترو­متان ماده­ منفجره نیست ولی می­تواند یک ماده منفجره تشکیل­ دهد،  زمانیکه با مواد قابل­احتراق مخلوط شود.
مشتقات نیترو ترکیبات ­آرومات به ­عنوان ماده ­منفجره، بسیار پراهمیت هستند. بطور معمول اینطور مطرح می­شود که تنها آن­ دسته از ترکیبات نیترویی دارای خاصیت انفجاری هستند که حداقل دو گروه نیترو به یک حلقه بنزن متصل باشد اما برس کلوت[1] متوجه شد که حتی حضور یک گروه­ نیترو در حلقه بنزن برای افزایش سهولت تجزیه ­گرمایی ترکیب آروماتیک کافیست، که این مسئله بعدها توسط دانشمندان دیگر نیز تایید­ شد.
به ­هرحال در بین ترکیبات نیترو­­آروماتیک تنها آنهایی که دارای 3 یا تعداد بیشتری گروه نیترو روی یک حلقه بنزن هستند (ودر بعضی موارد آنهایی که دارای 2 گروه نیترو هستند ) به­طور مشخص دارای خواص مواد منفجره هستند. این ترکیبات، بسیار وسیع بوده و در حوزه مواد منفجره جز مواد منفجره ثانویه دسته­بندی می­شوند.
به ­منظور بررسی خواص آ­نها به ­عنوان یک ماده منفجره به ­دست ­آوردن گرمای تشکیل آنها ضروری است. برای به ­دست ­آوردن گرمای تشکیل آنها از روش­ تجربی و روش­های تئوری استفاده می­شود. در روش تجربی می­توان از یک کالریمتر آدیاباتیک برای به­ دست ­آوردن گرمای تشکیل آنها استفاده کرد. ولی ترکیباتی هستند که سنتز آنها سخت بوده و یا بسیار ناپایدارند بنابراین ازروش­های تئوری برای محاسبه گرمای تشکیل مواد پرانرژی استفاده می­شود.
روش­های زیادی برای مطالعه گرمای تشکیل و یا مطالعه هندسه­ مولکولی آنها انتخاب­ شده­­ است، ولی در بین آنها روش­های ­آغازین و نیمه­تجربی بیشتر رایج است. روش آغازین، تنها برای مولکول­های با اندازه کوچک یا متوسط به ­کار ­می­رود و به ­کار بردن آن برای مولکول­های بزرگ نیاز به محاسبه زیاد دارد. بنابراین می­توان از روش­های نیمه­تجربی برای  محاسبه گرمای تشکیل آنها استفاده نمود که به ­طور اختصاصی، برای به­دست­آوردن گرمای تشکیل طراحی شده­اند.
کارها و فعالیت­های زیادی در این زمینه انجام شده­ است که به طور خلاصه برخی کارهای انجام شده توسط افراد مختلف را بیان می­نماییم. در سال 1988، استوارت[2] و همکارانش روش جدیدی برای به­دست­آوردن پارامترهای اپتیمم شده با کمک روش­های نیمه­تجربی و آغازین ارائه داد.
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)