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'''氧平衡'''（{{lang-en|'''Oxygen Balance'''}}；缩写：'''OB'''{{sfn|欧育湘 2014|p=31}}，'''O<sub>b</sub>'''{{sfn|刘继华 1997|pp=32-34}}）是指[[含能材料]]中所含[[氧]]的量与所含可燃元素完全[[氧化]]所需氧的量的差值，计算时通常以[[百分数]]形式表示{{sfn|刘继华 1997|pp=32-34}}。氧平衡与含能材料的燃烧、爆炸性能及做功能力间通常存在密切关联，是含能材料的一个重要参数{{sfn|欧育湘 2014|p=31}}。

== 计算方法 ==
=== 单质含能材料 ===
对于[[分子式]]为<math>\rm C_aH_bO_cN_d</math>，[[相对分子质量]]为<math>M</math>的常规单质炸药，其氧平衡计算公式如下：{{sfn|欧育湘 2014|p=31}}{{sfn|孙业斌; 惠君明; 曹欣茂 1995|pp=71-73}}
:<math>OB=\left[ c-(2a+\frac{1}{2}b) \right]\times\frac{16}{M}\times100%</math>

对于含有其他[[元素]]的单质含能材料，可以将各元素划分为被[[氧化]]与被[[还原]]两个部分，其中被氧化的原子数与其[[化合价]]之积表示为<math>N_{Ri}A_{Vi}</math>，被还原的原子数与其化合价之积表示为<math>N_{Oi}A_{Vi}</math>，随后即可根据下式进行氧平衡的近似计算：{{sfn|孙业斌; 惠君明; 曹欣茂 1995|pp=71-73}}
:<math>OB=(\sum N_{Oi}A_{Vi}-\sum N_{Ri}A_{Vi})\times\frac{8}{M}\times100%</math>

=== 混合含能材料 ===
对于含有多种组成成分的混合含能材料，可采用2种方法进行计算，二者计算原理一致，仅中间步骤次序存在区别{{sfn|刘继华 1997|pp=32-34}}{{sfn|孙业斌; 惠君明; 曹欣茂 1995|pp=71-73}}。

第一种方法先计算含能材料的假定化学式，再将假定化学式直接代入上述公式计算。含能材料的假定化学式意为1kg含能材料中所含各元素原子量的整合表达式，通式为<math>\rm C_{n_{(C)}}H_{n_{(H)}}O_{n_{(O)}}N_{n_{(N)}}Cl_{n_{(Cl)}}Al_{n_{(Al)}}\cdots</math>，其中<math>n_{(C)}</math>等代表各元素原子的量，单位为mol/kg。对于常规化学式为<math>\rm C_{n_C}H_{n_H}O_{n_O}N_{n_N}Cl_{n_{Cl}}Al_{n_{Al}}\cdots</math>，相对分子质量为<math>M</math>的含能材料，可通过下列算式计算出其假定化学式的各数值：{{sfn|刘继华 1997|pp=27-28}}
:<math>
\begin{cases}
n_{(C)}=\frac{n_C}{M}\times1000\\
n_{(H)}=\frac{n_H}{M}\times1000\\
n_{(O)}=\frac{n_O}{M}\times1000\\
n_{(N)}=\frac{n_N}{M}\times1000\\
\cdots
\end{cases}
</math>

设各组成成分[[质量分数]]为<math>w_i</math>，则混合含能材料的假定化学式各元素原子量可由下式计算得到：{{sfn|孙业斌; 惠君明; 曹欣茂 1995|pp=67-68}}
:<math>
\begin{cases}
n_{(C)}=\sum w_i\times n_{(C)i} \\
n_{(H)}=\sum w_i\times n_{(H)i} \\
n_{(O)}=\sum w_i\times n_{(O)i} \\
n_{(N)}=\sum w_i\times n_{(N)i} \\
\cdots
\end{cases}
</math>

将得到的假定化学式直接代入上述单质含能材料氧平衡计算公式即可得到该混合含能材料的氧平衡数值{{sfn|孙业斌; 惠君明; 曹欣茂 1995|pp=71-73}}。

第二种方法先通过单质含能材料氧平衡计算式算出每种组成成分的氧平衡数值<math>OB_i</math>，代入各组成成分的质量分数<math>w_i</math>，即可通过下式计算得到混合含能材料的氧平衡：{{sfn|刘继华 1997|pp=32-34}}
:<math>OB=\sum (w_i \times OB_i) \times100%</math>

== 分类与意义 ==
依据氧平衡数值与0的关系，可将物质分为正氧平衡、零氧平衡及负氧平衡三类{{sfn|俞卫博; 陈丽 2022|pp=9-11}}。

<math>OB>0</math>为正氧平衡，此时含能材料中的[[氧]]剩余，会与[[氮]]发生[[吸热反应|吸热]]的化合反应，爆热降低并放出有毒的[[氮氧化物]]{{sfn|俞卫博; 陈丽 2022|pp=9-11}}。

<math>OB<0</math>为负氧平衡，此时还原性物质剩余，爆热低于[[燃烧热]]。产物中可能出现固体[[碳]]、[[一氧化碳]]及[[氢气]]{{sfn|俞卫博; 陈丽 2022|pp=9-11}}。

<math>OB=0</math>为零氧平衡，此时还原性元素和氧化性元素正好完全反应，当不含氧之外的其他氧化性元素时，含能材料的爆热理论上等于其燃烧热。零氧平衡含能材料爆炸不会产生有害气体且能充分利用自身能量，是[[炸药]]配方设计时的重要目标。将一定比例的正氧平衡炸药与负氧平衡炸药混合，可使其性质贴近零氧平衡炸药{{sfn|俞卫博; 陈丽 2022|pp=9-11}}。

== 部分含能材料氧平衡数据 ==
{|class="wikitable sortable" style="text-align: center"
! 名称 !! 代号 !! [[CAS号]] !! [[分子式]] !! [[相对分子质量]]（g/mol） !! 氧平衡（%）
|-
| [[硝酸甘油]] || NG || 55-63-0 || C<sub>3</sub>H<sub>5</sub>N<sub>3</sub>O<sub>9</sub> || 227.087 || +3.52
|-
| [[季戊四醇四硝酸酯]] || PETN || 78-11-5 || C<sub>5</sub>H<sub>8</sub>N<sub>4</sub>O<sub>12</sub> || 316.138 || -10.12
|-
| [[斯蒂芬酸]] || TNR || 82-71-3 || C<sub>6</sub>H<sub>3</sub>N<sub>3</sub>O<sub>8</sub> || 245.10 || -35.90
|-
| [[苦味酸]] || PA || 88-89-1 || C<sub>6</sub>H<sub>3</sub>N<sub>3</sub>O<sub>7</sub> || 229.106 || -45.39
|-
| [[1,3,5-三硝基苯]] || s-TNB || 99-35-4 || C<sub>6</sub>H<sub>3</sub>N<sub>3</sub>O<sub>6</sub> || 213.106 || -56.31
|-
| [[1,3-二硝基苯]] || m-DNB || 99-65-0 || C<sub>6</sub>H<sub>4</sub>N<sub>2</sub>O<sub>4</sub> || 168.109 || -95.17
|-
| [[三硝基甲苯]] || TNT || 118-96-7 || C<sub>7</sub>H<sub>5</sub>N<sub>3</sub>O<sub>6</sub> || 227.133 || -73.96
|-
| [[黑索金]] || RDX || 121-82-4 || C<sub>3</sub>H<sub>6</sub>N<sub>6</sub>O<sub>6</sub> || 222.117 || -21.61
|- 
| [[特屈儿]] || CE || 479-45-8 || C<sub>7</sub>H<sub>5</sub>N<sub>5</sub>O<sub>8</sub> || 287.145 || -47.36
|-
| [[硝基胍]] || NQ || 556-88-7 || CH<sub>4</sub>N<sub>4</sub>O<sub>2</sub> || 104.068 || -30.75
|-
| [[雷酸汞]] || MF || 628-86-4 || C<sub>2</sub>N<sub>2</sub>O<sub>2</sub>Hg || 284.624 || -16.86
|-
| [[3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮]] || NTO ||932-64-9 || C<sub>2</sub>H<sub>2</sub>N<sub>4</sub>O<sub>3</sub> || 130.063 || -24.6
|-
| [[1,3-二氨基-2,4,6-三硝基苯]] || DATB || 1630-08-6 || C<sub>6</sub>H<sub>5</sub>N<sub>5</sub>O<sub>6</sub> || 243.136 || -55.93
|-
| [[奥克托今]] || HMX || 2691-41-0 || C<sub>4</sub>H<sub>8</sub>N<sub>8</sub>O<sub>8</sub> || 296.456 || -21.61
|-
| [[1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯]] || TATB || 3058-38-6 || C<sub>6</sub>H<sub>6</sub>N<sub>6</sub>O<sub>6</sub> || 258.15 || -55.78
|-
| [[二硝基重氮酚]] || DDNP || 4682-03-5 || C<sub>6</sub>H<sub>2</sub>N<sub>4</sub>O<sub>5</sub> || 210.106 || -60.92
|-
| [[硝酸铵]] || AN || 6484-52-2 || H<sub>4</sub>N<sub>2</sub>O<sub>3</sub> || 80.043 || +19.99
|-
| [[高氯酸铵]] || AP || 7790-98-9 || H<sub>4</sub>NO<sub>4</sub>Cl || 117.489 || +34.04
|- 
| [[叠氮化铅]] || LA || 13424-46-9 || PbN<sub>6</sub> || 291.24 || -5.49
|-
| [[斯蒂芬酸铅]] || LTNR || 15245-44-0 || C<sub>6</sub>H<sub>3</sub>N<sub>3</sub>O<sub>9</sub>Pb || 468.305 || -18.79
|-
| [[六硝基茋]] || HNS || 20062-22-0 || C<sub>14</sub>H<sub>6</sub>N<sub>6</sub>O<sub>12</sub> || 450.235 || -67.52
|-
| [[1,3,5-三叠氮-2,4,6-三硝基苯]] || TATNB || 29306-57-8 || C<sub>6</sub>N<sub>12</sub>O<sub>6</sub> || 336.14 || -28.56
|-
| [[四氮烯 (炸药)|四氮烯]] || T4 || 31330-63-9 || C<sub>2</sub>H<sub>8</sub>N<sub>10</sub>O || 188.152 || -59.52
|-
| [[2,6-二苦氨基-3,5-二硝基吡啶]] || PYX || 38082-89-2 || C<sub>17</sub>H<sub>7</sub>N<sub>11</sub>O<sub>16</sub> || 621.307 || -55.37
|-
| [[八硝基立方烷]] || ONC || 99393-63-2 || C<sub>8</sub>N<sub>8</sub>O<sub>16</sub> || 464.132 || 0
|-
| [[六硝基六氮杂异伍兹烷]] || CL-20 || 135285-90-4 || C<sub>6</sub>H<sub>6</sub>N<sub>12</sub>O<sub>12</sub> || 438.188 || -10.95
|-
| [[二氨基二硝基乙烯]] || FOX-7 || 145250-81-3 || C<sub>2</sub>H<sub>4</sub>N<sub>4</sub>O<sub>4</sub> || 148.08 || -21.61
|- class=sortbottom
| colspan=6 | <small>注：本表默认按照[[CAS号]]进行排序。数据来源：<ref>{{cite book |last1=Koch |first1=Ernst-Christian |title=High Explosives, Propellants, Pyrotechnics |date=2021 |publisher=Walter de Gruyter GmbH |location=Berlin/Boston |isbn=978-3-11-066052-4 |edition=1st English Edition |language=en }}</ref><ref>{{cite book |last1=Meyer |first1=Rudolf |last2=Köhler |first2=Josef |last3=Homburg |first3=Axel |title=Explosives |date=2015 |publisher=WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA |location=Weinheim |isbn=978-3-527-33776-7 |edition=7th, completely revised and updated Edition |language=en }}</ref></small>
|}

== 参考文献 ==
{{reflist|30em}}

== 参考书籍 ==
{{refbegin}}
* {{cite book |author1=俞卫博 |author2=陈丽 |title=火炸药学 |date=2022 |publisher=西北工业大学出版社 |location=西安 |isbn=978-7-5612-8146-8 |ref={{sfnRef|俞卫博; 陈丽 2022}} |language=zh-hans}}
* {{cite book |author1=欧育湘 |title=炸药学 |date=2014 |publisher=北京理工大学出版社 |location=北京 |isbn=978-7-5640-8621-3 |ref={{sfnRef|欧育湘 2014}} |language=zh-hans}}
* {{cite book |author1=刘继华 |title=火药物理化学性能 |date=1997 |publisher=北京理工大学出版社 |location=北京 |isbn=7-81045-287-8 |language=zh-hans |ref={{sfnRef|刘继华 1997}}}}
* {{cite book |author1=孙业斌 |author2=惠君明 |author3=曹欣茂 |title=军用混合炸药 |date=1995 |publisher=兵器工业出版社 |location=北京 |isbn=7-80038-876-X |ref={{sfnRef|孙业斌; 惠君明; 曹欣茂 1995}} |language=zh-hans}}
{{refend}}

[[Category:含能材料]]