Nitroglicerīns – viena no slavenākajām sprāgstvielām, dinamīta sastāva pamatā. Tā īpašību dēļ ir atradusi plašu pielietojumu daudzās rūpniecības jomās, taču līdz šim viena no galvenajām ar to saistītajām problēmām ir drošības jautājums.
Vēsture
Nitroglicerīna vēsture sākas ar itāļu ķīmiķi Askanio Sobrero. Pirmo reizi viņš šo vielu sintezēja 1846. gadā. Sākotnēji tam tika dots nosaukums piroglicerīns. Jau Sobrero atklāja savu lielo nestabilitāti - nitroglicerīns var eksplodēt pat no vājiem satricinājumiem vai sitieniem.
Nitroglicerīna sprādziena spēks teorētiski padarīja to par daudzsološu reaģentu ieguves un būvniecības nozarē - tas bija daudz efektīvāks par tajā laikā pastāvošajām sprāgstvielu veidiem. Tomēr minētā nestabilitāte radīja pārāk lielus draudus tā uzglabāšanas un transportēšanas laikā, tāpēc nitroglicerīns tika ievietots aizmugurējā deglī.
Lietas nedaudz mainījās līdz ar Alfrēda Nobela un viņa ģimenes parādīšanos- tēvs un dēli sāka rūpniecisko šīs vielas ražošanu 1862. gadā, neskatoties uz visām ar to saistītajām briesmām. Taču notika kas tāds, kam agrāk vai vēlāk vajadzēja notikt – rūpnīcā notika sprādziens, un nomira Nobela jaunākais brālis. Tēvs pēc bēdām aizgāja pensijā, bet Alfrēdam izdevās turpināt ražošanu. Lai uzlabotu drošību, viņš sajauca nitroglicerīnu ar metanolu - maisījums bija stabilāks, bet ļoti viegli uzliesmojošs. Tas joprojām nebija galīgs.
Tie kļuva par dinamītu – nitroglicerīnu, ko absorbēja diatomīta zeme (nogulumieži). Vielas sprādzienbīstamība ir samazinājusies par vairākām kārtām. Vēlāk maisījums tika uzlabots, diatomīta zeme tika aizstāta ar efektīvākiem stabilizatoriem, bet būtība palika tā pati - šķidrums uzsūcas un pārstāja eksplodēt no mazākās kratīšanas.
Fizikālās un ķīmiskās īpašības
Nitroglicerīns ir slāpekļskābes un glicerīna nitroesteris. Normālos apstākļos tas ir dzeltenīgs, viskozs eļļains šķidrums. Nitroglicerīns nešķīst ūdenī. Nobels izmantoja šo īpašību: lai sagatavotu nitroglicerīnu lietošanai pēc transportēšanas un atbrīvotu to no metanola, viņš maisījumu nomazgāja ar ūdeni - tajā izšķīdināja metilspirtu un atstāja, un nitroglicerīns palika. Tāda pati īpašība tiek izmantota nitroglicerīna pagatavošanā: sintēzes produktu mazgā ar ūdeni, lai noņemtu reaģentu paliekas.
Nitroglicerīns karsējot hidrolizējas (veidojot glicerīnu un slāpekļskābi). Bezkarsēšana notiek sārmainā hidrolīzē.
Sprādzienbīstamas īpašības
Kā jau minēts, nitroglicerīns ir ārkārtīgi nestabils. Tomēr šeit ir vērts izteikt svarīgu piezīmi: tas ir tieši jutīgs pret mehānisku spriegumu - tas eksplodē no satricinājuma vai trieciena. Ja jūs to vienkārši aizdedzināsit, šķidrums, visticamāk, sadegs klusi, bez sprādziena.
Nitroglicerīna stabilizācija. Dinamīts
Nobela pirmā pieredze nitroglicerīna stabilizācijā bija dinamīts – kizelgūrs pilnībā absorbēja šķidrumu, un maisījums bija drošs (līdz, protams, tas tika aktivizēts nojaukšanas bumbā). Diatomīta izmantošanas iemesls ir kapilārais efekts. Šīs šķirnes mikrotubulu klātbūtne izraisa šķidruma (nitroglicerīna) efektīvu uzsūkšanos un tā ilgstošu aizturi.
Iegūšana laboratorijā
Reakcija nitroglicerīna iegūšanai laboratorijā tagad ir tāda pati kā Sobrero – esterifikācija sērskābes klātbūtnē. Pirmkārt, tiek ņemts slāpekļskābes un sērskābes maisījums. Skābes ir vajadzīgas koncentrētas, ar nelielu ūdens daudzumu. Tālāk maisījumam pakāpeniski, nepārtraukti maisot, nelielās porcijās pievieno glicerīnu. Temperatūra jāsaglabā zema, jo karstā šķīdumā esterifikācijas (esteru veidošanās) vietā glicerīns tiks oksidēts ar slāpekļskābi.
Bet tā kā reakcija norisinās, izdalot lielu daudzumu siltuma, maisījums ir pastāvīgi jāatdzesē (parastidarīts ar ledu). Parasti tas tiek turēts ap 0 ° C, pārsniedzot atzīmi 25 ° C, var draudēt ar sprādzienu. Temperatūra tiek pastāvīgi uzraudzīta ar termometru.
Nitroglicerīns ir smagāks par ūdeni, bet vieglāks par minerālskābēm (slāpekļskābe un sērskābe). Tāpēc reakcijas maisījumā produkts atradīsies atsevišķā slānī uz virsmas. Pēc reakcijas beigām trauks ir jāatdzesē, jāpagaida, līdz augšējā slānī uzkrājas maksimālais nitroglicerīna daudzums, un pēc tam notecina citā traukā ar aukstu ūdeni. Pēc tam seko intensīva mazgāšana lielos ūdens daudzumos. Tas ir nepieciešams, lai pēc iespējas labāk attīrītu nitroglicerīnu no visiem piemaisījumiem. Tas ir svarīgi, jo kopā ar nereaģējušu skābju paliekām vielas sprādzienbīstamība palielinās vairākas reizes.
Rūpnieciskā ražošana
Rūpniecībā nitroglicerīna iegūšanas process jau sen ir automatizēts. Sistēmu, kas pašlaik tiek izmantota, tās galvenajos aspektos tālajā 1935. gadā izgudroja Biazzi (un to sauc par Biazzi instalāciju). Galvenie tehniskie risinājumi tajā ir separatori. Nemazgātā nitroglicerīna primārais maisījums vispirms centrbēdzes spēku iedarbībā tiek atdalīts separatorā divās fāzēs - tā ar nitroglicerīnu tiek ņemta tālākai mazgāšanai, un skābes paliek separatorā.
Pārējie ražošanas posmi ir tādi paši kā standarta. Tas ir, sajaucot glicerīnu un nitrēšanumaisījumi reaktorā (ražoti ar speciālu sūkņu palīdzību, sajaukti ar turbīnas maisītāju, dzesēšana ir jaudīgāka - ar freonu), vairāki mazgāšanas posmi (ar ūdeni un nedaudz sārmainu ūdeni), no kuriem katru ievada posms ar atdalītājs.
Biazi rūpnīca ir diezgan droša un tai ir diezgan augsta veiktspēja salīdzinājumā ar citām tehnoloģijām (tomēr parasti mazgāšanas laikā tiek zaudēts liels produkta daudzums).
Mājas apstākļi
Diemžēl, lai gan drīzāk par laimi, nitroglicerīna pagatavošana mājās ir saistīta ar pārāk daudzām grūtībām, kuras lielākoties nav rezultāta vērtas.
Vienīgais iespējamais veids, kā sintezēt mājas apstākļos, ir iegūt nitroglicerīnu no glicerīna (kā laboratorijas metodē). Un šeit galvenā problēma ir sērskābe un slāpekļskābe. Šo reaģentu tirdzniecība ir atļauta tikai noteiktām juridiskām personām, un to stingri kontrolē valdība.
Acīmredzams risinājums ir tos sintezēt pašam. Žils Verns romānā "Noslēpumainā sala", stāstot par galveno varoņu nitroglicerīna ražošanas epizodi, izlaida procesa pēdējo brīdi, bet ļoti detalizēti aprakstīja sērskābes un slāpekļskābes iegūšanas procesu.
utt. Vai tas būs vidējam atkarīgajam cilvēkam? Maz ticams. Tāpēc mājās gatavots nitroglicerīns vairumā gadījumu paliek tikai sapnis.
