Nitrogliceryna - jeden z najsłynniejszych materiałów wybuchowych, podstawa składu dynamitu. Znalazł szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu ze względu na swoje właściwości, ale jak dotąd jednym z głównych problemów z nim związanych jest kwestia bezpieczeństwa.
Historia
Historia nitrogliceryny zaczyna się od włoskiego chemika Ascanio Sobrero. Po raz pierwszy zsyntetyzował tę substancję w 1846 roku. Pierwotnie nadano mu nazwę pirogliceryna. Już Sobrero odkrył jego wielką niestabilność - nitrogliceryna mogła eksplodować nawet przy słabych wstrząsach lub ciosach.
Siła eksplozji nitrogliceryny teoretycznie uczyniła z niej obiecujący odczynnik w przemyśle wydobywczym i budowlanym - był znacznie skuteczniejszy niż istniejące wówczas rodzaje materiałów wybuchowych. Jednak wspomniana niestabilność stanowiła zbyt duże zagrożenie podczas jej przechowywania i transportu – dlatego nitrogliceryna została odłożona na dalszy plan.
Sprawy trochę się poruszyły wraz z pojawieniem się Alfreda Nobla i jego rodziny- Ojciec i synowie rozpoczęli przemysłową produkcję tej substancji w 1862 roku, pomimo wszystkich niebezpieczeństw z tym związanych. Stało się jednak coś, co prędzej czy później powinno się wydarzyć – w fabryce doszło do wybuchu i zmarł młodszy brat Nobla. Ojciec po żalu przeszedł na emeryturę, ale Alfredowi udało się kontynuować produkcję. Dla poprawy bezpieczeństwa zmieszał nitroglicerynę z metanolem – mieszanina była bardziej stabilna, ale bardzo łatwopalna. To wciąż nie było ostateczne.
Stały się dynamitem - nitrogliceryną wchłoniętą przez ziemię okrzemkową (skała osadowa). Wybuchowość substancji zmniejszyła się o kilka rzędów wielkości. Później mieszanina została ulepszona, ziemię okrzemkową zastąpiono skuteczniejszymi stabilizatorami, ale esencja pozostała ta sama – ciecz została wchłonięta i przestała wybuchać przy najmniejszym wstrząsie.
Właściwości fizyczne i chemiczne
Nitrogliceryna to nitroester kwasu azotowego i glicerolu. W normalnych warunkach jest to żółtawa, lepka oleista ciecz. Nitrogliceryna jest nierozpuszczalna w wodzie. Nobel wykorzystał tę właściwość: aby przygotować nitroglicerynę do użycia po transporcie i uwolnić ją od metanolu, przemył mieszaninę wodą - rozpuszczonym w niej alkoholem metylowym i odszedł, a nitrogliceryna pozostała. Ta sama właściwość jest wykorzystywana przy wytwarzaniu nitrogliceryny: produkt syntezy jest przemywany wodą w celu usunięcia pozostałości odczynników.
Nitrogliceryna hydrolizuje (tworząc glicerol i kwas azotowy) po podgrzaniu. Bezogrzewanie przechodzi w zasadową hydrolizę.
Właściwości wybuchowe
Jak już wspomniano, nitrogliceryna jest wyjątkowo niestabilna. Jednak tutaj warto zrobić ważną uwagę: jest podatny właśnie na naprężenia mechaniczne - eksploduje od wstrząsu mózgu lub uderzenia. Jeśli po prostu go podpalisz, płyn najprawdopodobniej spali się cicho bez eksplozji.
Stabilizacja nitrogliceryny. Dynamit
Pierwszym doświadczeniem Nobla w stabilizacji nitrogliceryny był dynamit - ziemia okrzemkowa całkowicie wchłonęła płyn, a mieszanina była bezpieczna (dopóki oczywiście nie została aktywowana w bombie burzącej). Powodem stosowania ziemi okrzemkowej jest efekt kapilarny. Obecność mikrotubul w tej rasie powoduje efektywne wchłanianie cieczy (nitrogliceryny) i jej zatrzymywanie tam przez długi czas.
Pozyskiwanie laboratorium
Reakcja otrzymywania nitrogliceryny w laboratorium jest teraz taka sama jak ta stosowana przez Sobrero - estryfikacja w obecności kwasu siarkowego. Najpierw pobierana jest mieszanina kwasu azotowego i siarkowego. Potrzebne są kwasy skoncentrowane, z niewielką ilością wody. Dalej, do mieszaniny stopniowo dodaje się glicerynę małymi porcjami przy ciągłym mieszaniu. Temperaturę należy utrzymywać na niskim poziomie, ponieważ w gorącym roztworze zamiast estryfikacji (tworzenie estrów) glicerol zostanie utleniony kwasem azotowym.
Ale ponieważ reakcja przebiega z uwolnieniem dużej ilości ciepła, mieszanina musi być stale chłodzona (zwyklez lodem). Z reguły jest utrzymywany w okolicach 0 ° C, przekroczenie znaku 25 ° C może grozić wybuchem. Temperatura jest stale monitorowana termometrem.
Nitrogliceryna jest cięższa niż woda, ale lżejsza niż kwasy mineralne (azotowy i siarkowy). Dlatego w mieszaninie reakcyjnej produkt będzie leżał na powierzchni w oddzielnej warstwie. Po zakończeniu reakcji naczynie należy schłodzić, odczekać, aż w górnej warstwie zgromadzi się maksymalna ilość nitrogliceryny, a następnie przelać do innego pojemnika z zimną wodą. Potem następuje intensywne mycie w dużych ilościach wody. Jest to konieczne, aby jak najlepiej oczyścić nitroglicerynę ze wszystkich zanieczyszczeń. Jest to ważne, ponieważ wraz z pozostałościami nieprzereagowanych kwasów, wybuchowość substancji wzrasta kilkakrotnie.
Produkcja przemysłowa
W przemyśle proces otrzymywania nitrogliceryny od dawna został zautomatyzowany. System, który jest obecnie w użyciu, w swoich głównych aspektach, został wynaleziony w 1935 roku przez Biazziego (i nazywa się instalacją Biazzi). Głównymi rozwiązaniami technicznymi w nim są separatory. Pierwotna mieszanina nie przemytej nitrogliceryny jest najpierw rozdzielana w separatorze pod działaniem sił odśrodkowych na dwie fazy – z nitrogliceryną pobierana jest do dalszego płukania, a kwasy pozostają w separatorze.
Pozostałe etapy produkcji są takie same jak w przypadku standardowych. Czyli mieszanie glicerolu i nitrowaniamieszaniny w reaktorze (wytwarzane za pomocą specjalnych pomp, mieszane z mieszadłem turbinowym, chłodzenie mocniejsze - freon), kilka etapów płukania (wodą i lekko zalkalizowaną), z których każdy poprzedzony jest etapem z separator.
Zakład Biazzi jest całkiem bezpieczny i ma dość wysoką wydajność w porównaniu z innymi technologiami (jednak zwykle podczas prania tracona jest duża ilość produktu).
Warunki w domu
Niestety, chociaż raczej na szczęście, wytwarzanie nitrogliceryny w domu wiąże się ze zbyt wieloma trudnościami, które w większości nie są warte rezultatu.
Jedynym możliwym sposobem syntezy w domu jest pozyskiwanie nitrogliceryny z glicerolu (jak w metodzie laboratoryjnej). I tutaj głównym problemem są kwasy siarkowy i azotowy. Sprzedaż tych odczynników jest ograniczona do określonych podmiotów prawnych i ściśle kontrolowana przez rząd.
Oczywistym rozwiązaniem jest ich samodzielne zsyntetyzowanie. Jules Verne w swojej powieści „Tajemnicza wyspa”, opowiadając o epizodzie produkcji nitrogliceryny przez głównych bohaterów, pominął ostatni moment procesu, ale bardzo szczegółowo opisał proces otrzymywania kwasu siarkowego i azotowego.
itd. Czy będzie to mieć przeciętna osoba uzależniona? Mało prawdopodobny. Dlatego domowa nitrogliceryna w zdecydowanej większości przypadków pozostaje tylko marzeniem.
