firesmiПожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion SafetyPozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety0869-74932587-6201ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»firesmi-405Research ArticleСтатьиМОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНЫХ СВОЙСТВ НАПРЯЖЕННЫХ ЦИКЛИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВFUNCTIONAL MODELING OF THE FIRE-RISK AND EXPLOSIVE PROPERTIES OF STRAINED HYDROCARBONSЛопановА. Н.LopanovA. N.alopanov@yandex.ruФанинаЕ. А.FaninaE. A.evgfanina@rambler.ruТихомироваК. В.TikhomirovaK. V.mssksenya@mail.ruБелгородский государственный технологический университет им. В. Г. ШуховаРоссияBelgorod Shukhov State Technology UniversityRussian Federation2015150520182453643Copyright © Лопанов А.Н., Фанина Е.А., Тихомирова К.В., 20182018Лопанов А.Н., Фанина Е.А., Тихомирова К.В.Lopanov A.N., Fanina E.A., Tikhomirova K.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/405

Проведено моделирование пожаровзрывоопасных свойств напряженных циклических углеводородов - циклопропена, циклопропана, тетраэдрана, бицикло[1.1.0]бутана, циклобутана, про-пеллана, бициклопентана, спиро[2. 2]пентана, призмана, кубана, 3-ротана, перспироциклопро-пан[3]ротана. Выполнены расчеты концентрационных пределов распространения пламени по двум моделям - интерполяционной и молекулярной. Установлено, что вещества с напряженной молекулярной структурой обладают широкими концентрационными пределами распространения пламени. Показано, что в детонационном режиме распада соединений циклопропена, тетраэдрана, пропеллана, призмана и кубана с образованием графита и водорода удельные энергетические характеристики распада (энтальпия распада, скорость детонационной волны) превышают удельные энергетические характеристики тринитротолуола. Предложен параметр, характеризующий взрывоопасные свойства напряженных соединений, - минимальное давление, при котором возможен распад вещества при отсутствии окислителя в системе.

This paper presents a modeling of fire and explosive properties of strained cyclic hydrocarbons - cyclopropene, cyclopropane, tetrahedrane, bicyclo[[1.1.0]butane, cyclobutane, propellan, bicyclopentane, spiro[2.2]pentane, prismane, cubane, 3-rotan and perspirocyclopropane[3]rotan. Calculations of concentration flammability limits (CFL) are made in two models - interpolation and molecular. It is shown, that the calculations of CFL made by interpolation model are unacceptable for the strained molecular structures. Substances of strained molecular structure with the enthalpy of formation greater than zero have wide concentration flammability limits. In detonation regime collapse of compounds of cyclopropene, tetrahedrane, propellan, prismane and cubane with the formation of graphite and hydrogen specific energy decay characteristics (decay enthalpy and velocity of the detonation wave) exceed specific energy characteristics of trinitrotoluene (TNT). We propose a parameter that characterizes the explosive properties of strained compounds - the minimum pressure at which the substance can decay in the absence of an oxidizing agent in the system.

концентрационные пределы распространения пламенинапряженные молекулярные структурыциклические углеводородыэнтальпия образованияскорость детонациидавление детонацииconcentration flammability limitsstrained molecular structurescyclic hydrocarbonsenthalpy decaydetonation velocitydetonation pressure wave frontReferencesОбщая органическая химия / Под общ. ред. Д. Бартона, У. Д. Оллиса. Т. 1. Стереохимия, углеводороды, галогенсодержащие соединения / Под ред. Дж. Ф. Стоддарта. Пер. с англ. под ред. Н. К. Кочеткова. - М. : Химия, 1981. - 736 с.Общая органическая химия / Под общ. ред. Д. Бартона, У. Д. Оллиса. Т. 1. Стереохимия, углеводороды, галогенсодержащие соединения / Под ред. Дж. Ф. Стоддарта. Пер. с англ. под ред. Н. К. Кочеткова. - М. : Химия, 1981. - 736 с.Garwood R. F. Rodd's Chemistry of Carbon Compounds. -2nd ed. / S. Coffey (ed.). -Amsterdam : Elsevier, 1964. - Vol. 1A. - P. 7-69.Garwood R. F. Rodd's Chemistry of Carbon Compounds. -2nd ed. / S. Coffey (ed.). -Amsterdam : Elsevier, 1964. - Vol. 1A. - P. 7-69.Bracket H. Von, Bahr V. Methoden der Organischen Chemie. (Houben-Weyl). - Stuttgart: Thieme, 1970.-Vol. 5.-P. 590.Bracket H. Von, Bahr V. Methoden der Organischen Chemie. (Houben-Weyl). - Stuttgart: Thieme, 1970.-Vol. 5.-P. 590.Hall H. K., Smith C. D., Baldt J. H. Enthalpies of formation of nortricyclene, norbornene, norborna-diene, and quadricyclane // J. Am. Chem. Soc. - 1973. - Vol. 95, No. 10. - P. 3197-3201. doi: 10.1021/ja00791a022.Hall H. K., Smith C. D., Baldt J. H. Enthalpies of formation of nortricyclene, norbornene, norborna-diene, and quadricyclane // J. Am. Chem. Soc. - 1973. - Vol. 95, No. 10. - P. 3197-3201. doi: 10.1021/ja00791a022.Sletten E. M., Bertozzi C. R. A bioorthogonal quadricyclane ligation // J. Am. Chem. Soc. - 2011. - Vol. 133, No. 44. -P. 17570-17573. doi: 10.1021/ja2072934.Sletten E. M., Bertozzi C. R. A bioorthogonal quadricyclane ligation // J. Am. Chem. Soc. - 2011. - Vol. 133, No. 44. -P. 17570-17573. doi: 10.1021/ja2072934.Eaton P. E., Cole T. W. The cubane system // J. Am. Chem. Soc. - 1964. - Vol. 86, No. 5 - P. 962-964. doi: 10.1021/ja01059a072.Eaton P. E., Cole T. W. The cubane system // J. Am. Chem. Soc. - 1964. - Vol. 86, No. 5 - P. 962-964. doi: 10.1021/ja01059a072.Eaton P. E., Cole T. W. Cubane // J. Am. Chem. Soc. - 1964. - Vol. 86, No. 15. - P. 3157-3158. doi: 10.1021/ja01069a041.Eaton P. E., Cole T. W. Cubane // J. Am. Chem. Soc. - 1964. - Vol. 86, No. 15. - P. 3157-3158. doi: 10.1021/ja01069a041.Eaton P. E. Cubanes: starting materials for the chemistry of the 1990s and the new century // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. - 1992. -Vol. 31,No. 11. -P. 1421-1436. doi: 10.1002/anie.199214211.Eaton P. E. Cubanes: starting materials for the chemistry of the 1990s and the new century // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. - 1992. -Vol. 31,No. 11. -P. 1421-1436. doi: 10.1002/anie.199214211.Лопанов A. Н., Фанина Е. А. Энтальпия переходных форм углерода // Химия твердого топлива. - 2015.-№2.- С. 41-50.Лопанов A. Н., Фанина Е. А. Энтальпия переходных форм углерода // Химия твердого топлива. - 2015.-№2.- С. 41-50.Nelson Н. Н. The effect of pipe diameter on the termal decomposition of acetylenes // 6th Sympos. of Combust.- 1957.-P. 823.Nelson Н. Н. The effect of pipe diameter on the termal decomposition of acetylenes // 6th Sympos. of Combust.- 1957.-P. 823.Иванов В. А., Когарко С. МЭнергия зажигания чистого ацетилена и его смесей с воздухом при повышенных начальных давлениях // Научно-технические проблемы. - 1965. - №2. - С. 105-108.Иванов В. А., Когарко С. МЭнергия зажигания чистого ацетилена и его смесей с воздухом при повышенных начальных давлениях // Научно-технические проблемы. - 1965. - №2. - С. 105-108.Лопанов А. Н., Фанина Е. А., Тихомирова К. В. Молекулярное моделирование термической устойчивости углеводородов на основе теории активированного комплекса // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы : сб. ст. V Междунар. науч.-практ. конф., 18-19 сентября 2014 г. - В2ч. - Воронеж: Воронежский институт ГПС МЧС России, 2014.- 4.1. - С. 47-52.Лопанов А. Н., Фанина Е. А., Тихомирова К. В. Молекулярное моделирование термической устойчивости углеводородов на основе теории активированного комплекса // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы : сб. ст. V Междунар. науч.-практ. конф., 18-19 сентября 2014 г. - В2ч. - Воронеж: Воронежский институт ГПС МЧС России, 2014.- 4.1. - С. 47-52.Lopanov A. N. The molecular modeling of detonating and explosive processes based on the activated complex theory // International Research Journal of Pure and Applied Chemistry. - 2012. - Vol. 2, No. 4. - P. 221-229. doi: 10.9734/IRJPAC/2012/1924.Lopanov A. N. The molecular modeling of detonating and explosive processes based on the activated complex theory // International Research Journal of Pure and Applied Chemistry. - 2012. - Vol. 2, No. 4. - P. 221-229. doi: 10.9734/IRJPAC/2012/1924.Покровский Г. И. Взрыв. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Недра, 1980. - 120 с.Покровский Г. И. Взрыв. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Недра, 1980. - 120 с.Монахов В. Т. Методы исследования пожарной опасности веществ. - М. :Химия, 1972. - 416 с.Монахов В. Т. Методы исследования пожарной опасности веществ. - М. :Химия, 1972. - 416 с.Лопанов А. Н., Фанина Е. А., Нестерова Н. В. Феноменологическая модель расчета концентрационных пределов распространения пламени в адиабатических условиях // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы : материалы III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. -В2ч.-Воронеж : Воронежский институт ГПС МЧС России, 2012. -4. 1. - С. 25-27.Лопанов А. Н., Фанина Е. А., Нестерова Н. В. Феноменологическая модель расчета концентрационных пределов распространения пламени в адиабатических условиях // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы : материалы III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. -В2ч.-Воронеж : Воронежский институт ГПС МЧС России, 2012. -4. 1. - С. 25-27.Иванов Б. А. Физика взрыва ацетилена. - М. : Химия, 1969. - 180 с.Иванов Б. А. Физика взрыва ацетилена. - М. : Химия, 1969. - 180 с.Баратов А. Н., Корольченко А. Я., Кравчук Г. Н. и др. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения : справочник.-В2кн.-М.: Химия, 1990. - Кн. 2. - 384 с.Баратов А. Н., Корольченко А. Я., Кравчук Г. Н. и др. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения : справочник.-В2кн.-М.: Химия, 1990. - Кн. 2. - 384 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.