Resumen:
El tetranitrato de pentaeritritol (PETN) es un explosivo potente ampliamente utilizado conocido por su sensibilidad a estímulos externos, lo que provoca fallos ocasionales en la detonación. Comprender los mecanismos subyacentes detrás de estas fallas es crucial para mejorar la confiabilidad de los explosivos basados en PETN. En este estudio, empleamos simulaciones atomísticas para investigar el comportamiento de falla de PETN en diversas condiciones. Revelamos que el fallo del PETN está íntimamente relacionado con la formación de intermediarios de reacción metaestables, a saber, los intermediarios de nitroformo y nitrometano, que actúan como cuellos de botella en la vía de descomposición. Estos intermedios dificultan la rápida conversión de PETN en productos de detonación, lo que resulta en detonaciones incompletas o fallidas. Nuestros hallazgos proporcionan información sobre los mecanismos a nivel molecular que gobiernan la falla del PETN y allanan el camino para estrategias de diseño racionales para mejorar la confiabilidad y seguridad de los explosivos a base de PETN.
Introducción:
Los explosivos de alta potencia son materiales energéticos que sufren reacciones químicas rápidas al iniciarse, liberando una cantidad significativa de energía en forma de calor, presión y ondas de choque. El tetranitrato de pentaeritritol (PETN) es un explosivo potente ampliamente utilizado debido a su alto contenido energético, estabilidad térmica e insensibilidad al choque mecánico. Sin embargo, se sabe que el PETN presenta fallos ocasionales en la detonación, lo que puede generar riesgos para la seguridad y reducir su eficacia. Comprender los mecanismos subyacentes detrás de estas fallas es de suma importancia para mejorar la confiabilidad y seguridad de los explosivos a base de PETN.
Metodología:
En este estudio, empleamos simulaciones atomísticas de última generación basadas en la teoría funcional de la densidad (DFT) para investigar el comportamiento de falla de PETN a nivel molecular. Construimos modelos atomísticos de PETN y sus productos de descomposición y simulamos sus reacciones en diversas condiciones, incluyendo temperatura, presión y presencia de defectos. Las simulaciones proporcionan información detallada sobre las vías de reacción, las barreras energéticas y los intermediarios de reacción implicados en la descomposición del PETN.
Resultados y discusión:
Nuestras simulaciones revelan que la falla de PETN para detonar se debe principalmente a la formación de intermedios de reacción metaestables, a saber, los intermedios de nitroformo y nitrometano. Estos intermediarios se forman durante las etapas iniciales de la descomposición del PETN y actúan como cuellos de botella en la vía de reacción. La presencia de estos intermedios dificulta la rápida conversión de PETN en productos de detonación, lo que resulta en detonaciones incompletas o fallidas.
Un análisis más detallado de las vías de reacción muestra que la formación de los intermedios de nitroformo y nitrometano está influenciada por varios factores, incluida la temperatura, la presión y la presencia de defectos en el cristal de PETN. Temperaturas y presiones más altas promueven la formación de estos intermedios, mientras que los defectos actúan como sitios de nucleación para su formación.
Conclusiones:
En conclusión, nuestras simulaciones atomísticas proporcionan una comprensión detallada del comportamiento de falla del PETN de alto explosivo. La formación de intermediarios de reacción metaestables, a saber, los intermediarios de nitroformo y nitrometano, se identifica como la causa principal de las fallas del PETN. Estos hallazgos allanaron el camino para estrategias de diseño racionales para minimizar o eliminar la formación de estos intermedios, mejorando así la confiabilidad y seguridad de los explosivos a base de PETN. Se necesitan más investigaciones experimentales para validar los resultados de la simulación y explorar las implicaciones prácticas de estos hallazgos.
