Nitroglycerin

Nitroglycerin
propane-1,2,3-triyl trinitrate IUPAC name
Chemical formula	C3H5(NO3)3
Molecular mass	227.0872 g/mol
Shock sensitivity	Very High
Friction sensitivity	Very high
Density	1.13 kg/dm³ at 15 °C
Explosive velocity	7700 m/s
RE factor	1.50
Melting point	13.2 °C (55.76 °F)
Autoignition temperature	Decomposes at 50 to 60 °C (122 to 140 °F)
Appearance	Clear yellow/colorless oily liquid
CAS number	55-63-0
PubChem	4510
SMILES	C(C(CO(=O))O (=O))O(=O)

Nitroglycerin (NG)-auch bekannt als Nitroglycerin, Trinitroglycerin und Glyceryltrinitrat – ist eine schwere, farblose, ölige Flüssigkeit, die durch Nitrierung von Glycerin gewonnen wird. Es ist ein starker Sprengstoff und wird für die Herstellung von Dynamit verwendet, das wiederum in der Bau- und Abbruchindustrie eingesetzt wird. Es ist auch ein Weichmacher in einigen Festtreibstoffen für Raketen. In der Medizin dient Nitroglycerin als Vasodilatator (Mittel zur Erweiterung der Blutgefäße) und wird daher zur Behandlung von Herzkrankheiten eingesetzt.

Geschichte

Nitroglycerin wurde 1847 von dem Chemiker Ascanio Sobrero entdeckt, der unter T.J. Pelouze an der Universität von Turin arbeitete. Das beste Herstellungsverfahren wurde in den 1860er Jahren von Alfred Nobel entwickelt. Seine Firma exportierte eine flüssige Kombination aus Nitroglycerin und Schießpulver als „Schwedisches Sprengöl“, das jedoch extrem instabil und gefährlich war und zu zahlreichen Katastrophen führte, darunter eine Explosion, die 1866 ein Büro von Wells Fargo in San Francisco zerstörte. Die Flüssigkeit wurde weitgehend verboten, und Nobel entwickelte Dynamit, einen weniger empfindlichen Sprengstoff, indem er Nitroglycerin mit dem inerten Absorptionsmittel Kieselgur mischte. Andere ähnliche Mischungen wie Dualin und Lithofracteur wurden ebenfalls durch Mischen von Nitroglycerin mit inerten Materialien wie Nitrocellulosegel oder Sprenggelatine hergestellt.

Instabilität und Desensibilisierung

In seiner reinen Form ist Nitroglycerin ein Kontaktsprengstoff, d. h. ein physischer Schock kann es zur Explosion bringen. Es zerfällt im Laufe der Zeit in noch instabilere Formen, was seinen Transport und seine Verwendung sehr gefährlich macht. In unverdünnter Form ist es einer der stärksten Sprengstoffe, vergleichbar mit den militärischen Sprengstoffen RDX und PETN (die wegen ihrer Empfindlichkeit nicht in voller Konzentration in Munition verwendet werden) sowie dem Plastiksprengstoff C-4.

Früh in der Geschichte dieses Sprengstoffs wurde entdeckt, dass flüssiges Nitroglycerin durch Abkühlung auf 5 bis 10 °C „desensibilisiert“ werden kann; bei dieser Temperatur gefriert es und zieht sich beim Erstarren zusammen. Späteres Auftauen kann jedoch extrem sensibilisierend wirken, insbesondere wenn Verunreinigungen vorhanden sind oder die Erwärmung zu schnell erfolgt.

Es ist möglich, Nitroglycerin chemisch so weit zu „desensibilisieren“, dass es als annähernd so „sicher“ wie moderne hochexplosive Formulierungen angesehen werden kann, und zwar durch Zugabe von etwa 10-30 % Ethanol, Aceton oder Dinitrotoluol. (Der Prozentsatz variiert je nach verwendetem Desensibilisierungsmittel.) Die Desensibilisierung erfordert zusätzlichen Aufwand, um das „reine“ Produkt wieder herzustellen. Andernfalls muss davon ausgegangen werden, dass desensibilisiertes Nitroglycerin wesentlich schwieriger zu detonieren ist, was es als Sprengstoff für praktische Anwendungen möglicherweise unbrauchbar macht.

Ein ernsthaftes Problem bei der Verwendung von Nitroglycerin ist sein hoher Gefrierpunkt von 13 °C (55 °F). Festes Nitroglycerin ist viel weniger stoßempfindlich als die flüssige Form, eine Eigenschaft, die bei Sprengstoffen üblich ist. In der Vergangenheit wurde es oft in gefrorenem Zustand versandt, was jedoch zu zahlreichen Unfällen beim Auftauen durch den Endverbraucher kurz vor der Verwendung führte. Dieser Nachteil kann durch die Verwendung von Mischungen von Nitroglycerin mit anderen Polynitraten überwunden werden; beispielsweise gefriert eine Mischung aus Nitroglycerin und Ethylenglycoldinitrat bei -29 °C (-20 °F).

Detonation versus Deflagration

Nitroglycerin und alle oder einzelne der verwendeten Verdünnungsmittel können durchaus deflagrieren oder brennen. Die Sprengkraft von Nitroglycerin beruht jedoch auf der Detonation: Die Energie aus der anfänglichen Zersetzung führt zu einem Druckgefälle, das den umgebenden Brennstoff zur Detonation bringt. Dies kann eine sich selbst erhaltende Schockwelle erzeugen, die sich durch das brennstoffreiche Medium mit oder über der Schallgeschwindigkeit ausbreitet, als eine Kaskade nahezu sofortiger, druckinduzierter Zersetzung des Brennstoffs in Gas. Dies steht im Gegensatz zur Deflagration, die allein vom verfügbaren Brennstoff abhängt, unabhängig von Druckunterschieden oder Erschütterungen.

Herstellung

Bei der industriellen Herstellung wird häufig ein fast 50:50-Gemisch aus Schwefelsäure und Salpetersäure verwendet. Dieses kann durch Mischen von weiß rauchender Salpetersäure (reine Salpetersäure, der die Stickstoffoxide entzogen wurden, im Gegensatz zur rot rauchenden Salpetersäure) und konzentrierter Schwefelsäure hergestellt werden. Diese Mischung wird häufig durch die billigere Methode des Mischens von rauchender Schwefelsäure (Schwefelsäure, die überschüssiges Schwefeltrioxid enthält) und azeotroper Salpetersäure (bestehend aus etwa 70 Prozent Salpetersäure, der Rest ist Wasser) erreicht.

Die Schwefelsäure erzeugt protonierte Salpetersäurespezies, die von den nucleophilen Sauerstoffatomen des Glycerins angegriffen werden. Die Nitrogruppe wird so als Ester (C-O-NO2) angelagert, und es entsteht Wasser.

Die Zugabe von Glycerin führt zu einer exothermen Reaktion (d.h. es wird Wärme freigesetzt). Wird das Gemisch jedoch zu heiß, kommt es zu einer Durchlaufreaktion – einem Zustand beschleunigter Nitrierung, der mit der zerstörerischen Oxidation organischer Stoffe durch Salpetersäure und der Freisetzung von sehr giftigem braunem Stickstoffdioxidgas mit hoher Explosionsgefahr einhergeht. Daher wird die Glycerinmischung langsam in das Reaktionsgefäß gegeben, das die gemischte Säure (nicht Säure zu Glycerin) enthält. Der Nitrator wird mit kaltem Wasser oder einem anderen Kühlmittelgemisch gekühlt und während der gesamten Glycerinzugabe auf etwa 22 °C gehalten. Der Nitrierbehälter, der häufig aus Eisen oder Blei besteht und im Allgemeinen mit Druckluft gerührt wird, hat an seinem Boden eine Notklappe, die über einem großen Becken mit sehr kaltem Wasser hängt und in die das gesamte Reaktionsgemisch (die so genannte Charge) gekippt werden kann, um eine Explosion zu verhindern, ein Vorgang, der als „Ertrinken“ bezeichnet wird. Wenn die Temperatur der Ladung etwa 10 °C übersteigt (der tatsächliche Wert variiert von Land zu Land) oder braune Dämpfe in der Entlüftungsöffnung des Nitrators zu sehen sind, wird die Ladung sofort ertränkt.

Aufgrund der großen Gefahren, die mit der Produktion verbunden sind, befinden sich die meisten Anlagen zur Herstellung von Nitroglycerin auf Bohrinseln oder in abgelegenen Gebieten.

Medizinische Anwendungen

In der Medizin wird Nitroglycerin im Allgemeinen als Glyceryltrinitrat bezeichnet und als Herzmedikament verwendet (unter anderem unter den Handelsnamen Nitrospan®, Nitrostat® und Tridil®). Es wird zur Behandlung von Angina pectoris (ischämische Herzkrankheit) eingesetzt und ist in Form von Tabletten, Salben, Lösungen (zur intravenösen Anwendung), transdermalen Pflastern (Transderm Nitro®, Nitro-Dur®) oder Sprays, die sublingual verabreicht werden (Nitrolingual Pump Spray®, Natispray®), erhältlich.

Die Hauptwirkung von Nitroglycerin ist die Vasodilatation – die Erweiterung der Blutgefäße. Nitroglycerin erweitert die Venen stärker als die Arterien, was die Vorlast des Herzens verringert und zu folgenden therapeutischen Wirkungen bei Angina pectoris führt:

• Abschwächung der Brustschmerzen
• Senkung des Blutdrucks
• Erhöhung der Herzfrequenz.
• orthostatische Hypotonie

Diese Wirkungen entstehen, weil Nitroglycerin im Körper in Stickstoffoxid umgewandelt wird (durch einen Mechanismus, der noch nicht vollständig verstanden ist), und Stickstoffoxid ist ein natürlicher Vasodilatator. Seit kurzem wird Nitroglycerin auch in reduzierter Konzentration (0,2 Prozent) in Salbenform als wirksames Mittel zur Behandlung von Analfissuren eingesetzt.

Nachteilige gesundheitliche Auswirkungen

Eine häufige Exposition gegenüber hohen Dosen von Nitroglycerin kann zu starken Kopfschmerzen führen – ein Zustand, der als „NG-Kopf“ bekannt ist. Die Kopfschmerzen können so stark sein, dass manche Menschen arbeitsunfähig werden. Es scheint jedoch, dass viele Menschen nach langfristiger Einnahme von Nitroglyzerin eine Toleranz und Abhängigkeit entwickeln. Zu den Entzugssymptomen gehören Kopfschmerzen und Herzprobleme. Diese Symptome können bei erneuter Exposition gegenüber Nitroglycerin verschwinden. Bei Arbeitnehmern, die dieser Substanz regelmäßig am Arbeitsplatz ausgesetzt sind (z. B. in Nitroglycerin-Herstellungsbetrieben), kann dies zu einem „Montagmorgen-Kopfschmerz“ führen – sie entwickeln am Wochenende Entzugserscheinungen, die durch eine erneute Exposition am nächsten Arbeitstag bekämpft werden. In rare cases, withdrawal has been found to be fatal.

See also

• Alfred Nobel
• Dynamite
• Explosive
• Glycerol

Notes

• Akhavan, Jacqueline. 2004. The Chemistry of Explosives. RSC Paperbacks. Cambridge, UK: Royal Society of Chemistry. ISBN 0854046402.

• Davis, Tenney Lombard. 1984. The Chemistry of Powder and Explosives. Hollywood, CA: Angriff Press. ISBN 0913022004.

• Meyer, Edith Patterson. 1958. Dynamite and Peace; the Story of Alfred Nobel. Boston: Little, Brown. OCLC 1252824.

• Meyer, Rudolf, Josef Köhler, and Axel Homburg. 2007. Explosives. Weinheim: Wiley-VCH. ISBN 978-3527316564.

Alle Links abgerufen am 6. Dezember 2018.

• PubChem: Nitroglycerin. NCBI.
• 1,2,3-Propantriol, Trinitrat (Nitroglycerin) NIST.
• Die Tallini-Geschichten der Zerstörung. logwell.com. (Detaillierte und schreckliche Geschichten über die historische Verwendung von mit Nitroglycerin gefüllten Torpedos, um Erdölquellen wieder in Gang zu setzen.)