Нітрогліцерин: отримання в лабораторії

Нітрогліцерин — одне з найбільш відомих вибухових речовин, основа складу динаміту. Він знайшов широке застосування в багатьох галузях промисловості завдяки своїм характеристикам, проте до цих пір одна з головних проблем, пов’язаних з ним — питання безпеки.

Історія

Історія нітрогліцерину починається з італійського вченого-хіміка Асканьо Собреро. Він вперше синтезував це речовина в 1846 році. Спочатку йому було дано назву пироглицерина. Вже Собреро виявив його велику нестійкість — нітрогліцерин міг вибухати навіть від слабких струсів або ударів.

Потужність вибуху нітрогліцерину теоретично робила його перспективним реагентом в гірничодобувній і будівельній промисловостях — він був набагато ефективніше існували на той час видів вибухівки. Проте згадана нестабільність створювала занадто велику загрозу при його зберіганні і транспортуванні — тому нітрогліцерин відклали в довгий ящик.

Справа трохи зрушила з місця при появі Альфреда Нобеля та його сім’ї — батько і сини налагодили промислове виробництво цієї речовини в 1862 році, незважаючи на всі небезпеки, пов’язані з ним. Однак сталося те, що мало статися рано чи пізно — на фабриці стався вибух, і молодший брат Нобеля загинув. Батько після перенесеного горя відійшов від справ, проте Альфред зумів продовжити виробництво. Для підвищення безпеки він змішував нітрогліцерин з метанолом — суміш була більш стабільною, однак дуже пожежонебезпечним. Це все ще не було остаточним рішенням.

Ним став динаміт — нітрогліцерин, поглинений кизельгуром (осадовою породою). Вибухонебезпечність речовини зменшилася на кілька порядків. Пізніше суміш удосконалювалася, кізельгур замінювали більш ефективними стабілізаторами, проте суть залишалася тією ж — рідина поглиналась і переставала вибухати від найменших струсів.

Фізичні і хімічні властивості

Нітрогліцерин — це нитроэфир азотної кислоти і гліцерину. У нормальних умовах це жовтувата в’язка масляниста рідина. Нітрогліцерин не розчиняється у воді. Цією властивістю користувався Нобель: щоб після транспортування підготувати нітрогліцерин до застосування і звільнити його від метанолу, він промивав суміш водою — метиловий спирт розчинявся в ній і йшов, а нітрогліцерин залишався. Це ж властивість використовують при отриманні нітрогліцерину: водою продукт синтезу промивають від залишків реагентів.

Дивіться також:  Бациллюс субтилис (Bacillus subtilis, сінна паличка): біохімічні властивості, вирощування і застосування

Нітрогліцерин гідролізується (з утворенням гліцерину і азотної кислоти при нагріванні. Без нагрівання іде лужний гідроліз.

Вибухові властивості

Як вже було сказано, нітрогліцерин вкрай нестійкий. Проте тут варто зробити важливе зауваження: він чутливий саме до механічного впливу — вибухає від струсу або удару. Якщо просто підпалити його, рідина, швидше за все, буде спокійно горіти без вибуху.

Стабілізація нітрогліцерину. Динаміт

Першим досвідом щодо стабілізації нітрогліцерину Нобеля був динаміт — кізельгур повністю поглинав рідина, і суміш була безпечною (доти, звичайно, поки її не активують в підривній шашці). Причина, з якої використовується саме кізельгур — капілярний ефект. Наявність мікротрубочок в цій породі зумовлює ефективне всмоктування рідини (нітрогліцерину) і утримання її там на довгий час.

Отримання в лабораторії

Реакція отримання нітрогліцерину в лабораторії зараз все та ж, якою користувався ще Собреро — етерифікації в присутності сірчаної кислоти. Спочатку береться суміш азотної і сірчаної кислот. Концентровані кислоти необхідні, з малою кількістю води. Далі до суміші малими порціями при постійному перемішуванні поступово додається гліцерин. Температура повинна підтримуватися низька, так як в гарячому розчині замість етерифікації (освіти ефіру) буде відбуватися окислення гліцерину азотною кислотою.

Але так як реакція йде з виділенням великої кількості тепла, суміш необхідно постійно охолоджувати (зазвичай це робиться за допомогою льоду). Як правило, вона тримається в районі 0 °С, перевищення позначки в 25 °С може загрожувати вибухом. Контроль температури здійснюється постійно за допомогою термометра.

Нітрогліцерин важче води, проте легше мінеральних (азотної і сірчаної) кислоти. Тому в реакційній суміші продукт буде лежати окремим шаром на поверхні. Після закінчення реакції посудину необхідно ще охолодити, почекати, поки у верхньому шарі не накопичиться максимальна кількість нітрогліцерину, а потім злити його в іншу ємність з холодною водою. Потім йде інтенсивне промивання у великих об’ємах води. Це необхідно для того, щоб як можна краще очистити нітрогліцерин від всіх домішок. Це важливо, тому що в комплекті з залишками непрореагіровавшіх кислот вибухонебезпечність речовини збільшується в кілька разів.

Дивіться також:  Хто відкрив радій – теорії і факти радіоактивності

Промислове отримання

У промисловості вже давно довели до автоматизації процес отримання нітрогліцерину. Система, яка використовується в даний час, в основних своїх аспектах була придумана ще в 1935 році Биацци (і так і називається — установка Биацци). Головні технічні рішення в ній — це сепаратори. Первинна суміш непромитого нітрогліцерину спочатку в сепараторі під дією відцентрових сил поділяється на дві фази — ту, що з нітрогліцерином, відбирають для подальшої промивки, а кислоти залишаються в сепараторі.

Інші етапи виробництва збігаються зі стандартними. Тобто, змішування гліцерину і нітруючою суміші в реакторі (проводиться за допомогою спеціальних насосів, перемішується турбінною мішалкою, охолодження більш потужний — з допомогою фреону), кілька етапів промивання водою і трохи подщелоченной водою), перед кожним з яких йде етап з сепаратором.

Установка Биацци досить безпечна і володіє досить високою продуктивністю в порівнянні з іншими технологіями (однак зазвичай велика кількість продукту втрачається при промивці).

Домашні умови

На жаль, хоча, скоріше, на щастя, синтез нітрогліцерину в домашніх умовах пов’язаний з дуже великою кількістю труднощів, подолання яких в основному не варто результату.

Єдиний можливий спосіб синтезу в домашніх умовах — отримання нітрогліцерину з гліцерину (як і в лабораторному варіанті). І тут основна проблема — сірчана і азотна кислоти. Продаж цих реактивів дозволена тільки певним юридичним особам і строго контролюється державою.

Виникає очевидне рішення — синтезувати їх самостійно. Жюль Верн в своєму романі «Таємничий острів», розповідаючи про епізод виготовлення головними героями нітрогліцерину, опустив кінцевий момент процесу, однак вкрай докладно описав процес отримання сірчаної та азотної кислот.

Дійсно зацікавлені можуть заглянути в книгу (перша частина, розділ сімнадцятий), однак і тут заковика — безлюдний острів буквально ряснів необхідними реактивами, тому у розпорядженні героїв виявилися сірчаний колчедан, водорості, багато вугілля (для випалу), калійна селітра і так далі. Буде це у середньостатистичного цікавою людиною? Навряд чи. Тому домашній нітрогліцерин в абсолютній більшості випадків залишається лише мрією.

Дивіться також:  Концептуальне проектування: методи, засоби, цілі і завдання