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.
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.
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.
