Oxigénegyenleg

Az oxigénegyenleg egy jelzőszám, amelyet általában robbanóanyagokra illetve azok keverékeire használnak. Megmutatja, hogy a robbanóanyagban mekkora a tényleges oxigénmennyiség a teljes oxidációhoz szükséges oxigénmennyiséghez képest százalékban. Robbanó tulajdonságú szerves vegyületek széntartalma ideális esetben szén-dioxiddá, hidrogén tartalma pedig vízzé oxidálódik. A nitrogéntartalom elemi nitrogénként, míg az esetleges fémtartalom fém-oxid formájában szabadul fel. A valóságban azonban számtalan egyéb vegyület is keletkezik robbanások során, amelyek a robbanóanyagra jellemző „ujjlenyomatot” hagynak hátra. A robbanásra felírt kémiai reakcióegyenletek kivétel nélkül idealizált folyamatok.

Számítása

Az oxigénegyenleg egy adott kémiai vegyület esetén az alábbi formulával számítható:

$OE\%={\frac {-1600}{M_{r}}}\times (2C+(H/2)+M-O)$

Ahol:

M_r: a vegyület relatív molekulatömege
C: a molekulánkénti szénatomok száma
H: a molekulánkénti hidrogénatomok száma
M: a molekulánkénti fématomok száma
O: a molekulánkénti oxigénatomok száma

Példa a számításra

A hexogén összegképlete: C₃H₆N₆O₆, relatív molekulatömege (M_r): 222,1.
Ekkor:

C = 3
H = 6
O = 6

$OE\%={\frac {-1600}{222{,}1}}\times (6+3-6)=-21{,}61$

Csoportosítás

Robbanóanyagokat oxigénegyenlegük alapján három csoportba soroljuk:

Negatív

Negatív az oxigénegyenleg ha a vegyület vagy keverék nem tartalmaz elegendő oxigént és a fent említett „ideális eset” nem jön létre. Ilyenkor a széntartalom része vagy egésze csupán szén-monoxidig oxidálódik. Szélsőséges esetben elemi szén és hidrogén is felszabadulhat.
A TNT robbanásakor lejátszódó kémiai folyamat:

$\mathrm {2\ C_{7}H_{5}N_{3}O_{6}\rightarrow 3\ N_{2}+5\ H_{2}O+7\ CO+7\ C}$

Az egyenletből látható, hogy a TNT robbanásakor szén-monoxid és elemi szén is keletkezik. Vagyis a molekulája oxigénhiányos. Oxigénegyenlege mindössze −74%. Az ilyen robbanóanyagokhoz előszeretettel kevernek pozitív egyenlegű vegyületeket – például ammónium-nitrátot – ezzel növelve a robbanáskor felszabaduló energiát.

Nulla

Nulla az oxigénegyenleg abban az esetben ha a vegyület vagy keverék pontosan annyi oxigént tartalmaz, amely a széntartalmat széndioxiddá és a hidrogéntartalmat vízzé alakítja. Elvileg ez tekinthető a robbanóanyagok legkedvezőbb állapotának. Elméletileg ilyenkor maximális az energia-felszabadulás.
A nitroglikol robbanásakor lejátszódó folyamat:

$\mathrm {C_{2}H_{4}N_{2}O_{6}\rightarrow N_{2}+2\ H_{2}O+2\ CO_{2}}$

Pozitív

Amennyiben az oxigénegyenleg pozitív, a vegyület vagy keverék fölösleges oxigénnel bír, ami robbanáskor elemi állapotban szabadul fel. Elvileg ez már további energia-felszabadulással nem jár, hiszen már valamennyi szén és hidrogén maximális oxidációs állapotban van. Valójában az enyhén pozitív egyenlegű robbanóanyagok esetén érhető el maximális energiafelszabadulás.
A nitromannit robbanásakor lejátszódó folyamat:

$\mathrm {C_{6}H_{8}N_{6}O_{18}\rightarrow 3\ N_{2}+4\ H_{2}O+6\ CO_{2}+O_{2}}$

Táblázat

Vegyület neve	Oxigénegyenleg
TNT	−73,9%
Hexanitro-sztilbén	−67,5%
Tetril	−47,4%
Pikrinsav	−45,4%
Nitrometán	−39,3%
Nitro-cellulóz	−24,2%
Hexogén	−21,6%
Oktogén	−21,6%
CL-20	−11,0%
Metil-nitrát	−10,4%
Nitropenta	−10,1%
Nitroglikol	0%
Hexanitro-benzol	0%
Oktanitro-kubán	0%
Nitroglicerin	+3,5%
Nitromannit	+7,1%
Ammónium-klorát	+15,8%
Ammónium-nitrát	+20,0%
Ammónium-perklorát	+27,2%
Kálium-klorát	+32,6%
Kálium-nitrát	+39,6%
Kálium-perklorát	+40,4%
Tetranitro-metán	+49,0%