predict detonation velocity using kamlet-jacobs

Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh..

Setelah beberapa tulisan tentang pKa dan tulisan ngawur, kali ini aku ingin membahas kembali tentang high energetic material. Salah satu parameter yang penting dalam high energetic material adalah kecepatan detonasi. Kecepatan detonasi adalah kecepatan di mana gelombang kejut melewati explosive material. Menentukan kecepatan detonasi sulit dan sangat berbahaya apalagi jika material yang kita gunakan memiliki sensitivitas tinggi. Untungnya, beberapa persamaan sudah dikembangkan untuk memprediksi kecepatan detonasi antara lain Chapman-Jouget dan Kamlet-Jacobs.

Persamaan Chapman-Jouget, aku sendiri kurang begitu paham karena aku belum menemukan jurnal atau buku yang menjabarkan persamaan ini, tetapi persamaan Chapman-Jouget sudah diimplementasikan dalam software CHEETAH (dan tidak semua orang bisa menggunakan CHEETAH). Persamaan Kamlet-Jacobs didasarkan pada hasil empirik dan persamaan ini merupakan pilihan ketika kita tidak memiliki CHEETAH. Bentuk persamaan Kamlet-Jacobs adalah
kj
D  = kecepatan Detonasi (km/s)
N  = jumlah mol gas detonasi per gram explosive
M  = berat molekul rata-rata produk gas yang dihasilkan
Ed = Energi detonasi, dihitung berdasarkan most exothermic principle (ada yang mengatakan kJ/mol dan ada juga yang mengatakan ca/g)
energi detonasi bisa dihitung menggunakan reaksi pembakaran dari material di mana dalam most exothermic principle atom N akan diubah menjadi N2, kemudian diikuti pembentukan H2O dan CO2. Jika masih ada atom O yang berlebih maka atom O sisa akan diubah menjadi O2 dan jika atom O yang ada tidak cukup untuk mengoksidasi H dan C secara penuh maka atom H yang tersisa akan diubah menjadi H2 dan atom C akan menjadi bentuk padatan. Hal ini berlaku jika material hanya terdiri atom C, H, N dan O, untuk atom halida akan membentuk hidrogen halida dengan atom hidrogen.Misalnya untuk nitrogliserin :
4C3H5N3O9 + O2 → 12CO2 +10H2O + 6N2 + 2O2
rho = massa jenis dari material. Jika kita ingin mencari kecepatan detonasi dari material eksplosif yang sudah dikenal bisa saja mengambil data eksperimentalnya, tetapi jika kita ingin mencari massa jenis dari material baru yang belum disintesis kita bisa menggunakan perhitungan volume yang ada di Gaussian.

Contoh yang akan aku gunakan di sini adalah nitrogliserin.Nitrogliserin merupakan HEM yang berbentuk cair, bening mirip dengan air tetapi memiliki massa jenis 1,59 gr/cm^3. Nitrogliserin memiliki sensitivitas yang sangat tinggi atau dengan kata lain sangat mudah meledak, jadi bisa dibayangkan bila terkena guncangan saja sudah meledak. Kecepatan detonasinya 7,7 km/s. Nitrogliserin sendiri sudah ditemukan lama sekali, mungkin lebih 100 tahun yang lalu. Tapi selain digunakan sebagai HEM, nitrogliserin konon juga bisa digunakan dalam pengobatan.

nitrogliserin

Di sini aku menggunakan GAMESS untuk semua perhitungan optimasi dan frekuensi, Gaussian 03 aku gunakan hanya untuk menghitung volume(meski bisa saja semua digunakan langsung menggunakan Gaussian, tapi aku mencoba agar tidak terlalu bergantung pada Gaussian :D).Optimasi dan frekuensi dilakukan pada metode ab initio level teori HF dengan basis set 6-31g(d) dan perhitungan volume dilakukan pada mp2 dengan basis set yang sama. Hasil perhitungan seperti yang ditampilkan pada tabel berikut :

Hmm, nilainya masih agak jauh dari eksperimental, 7,7 km/s, lain kali akan kucoba dengan metode yang lain hehe. Oke, cukup sekian dan semoga bermanfa’at!

# energi detonasi bernilai negatif, aku juga kurang paham mengapa di publikasi yang kubaca bisa dimasukkan ke dalam persamaan, mungkin saja nilai tersebut dimutlakkan. Karena reaksi detonasi/pembakaran kan menghasilkan energi atau bersifat eksotermis.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s