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)

Nitroglicerin (NG) – más néven nitroglicerin, trinitroglicerin és gliceril-trinitrát – egy nehéz, színtelen, olajos folyadék, amelyet glicerin nitrálásával nyernek. Erős robbanóanyag, és dinamit előállítására használják, amelyet viszont az építő- és bontóiparban alkalmaznak. Emellett egyes rakéták szilárd hajtóanyagaiban lágyítószerként is szolgál. A gyógyászatban a nitroglicerin értágítóként (az ereket tágító szer) szolgál, ezért szívbetegségek kezelésére használják.

Történet

A nitroglicerint Ascanio Sobrero vegyész fedezte fel 1847-ben, amikor T.J. Pelouze mellett dolgozott a Torinói Egyetemen. A legjobb gyártási eljárást Alfred Nobel fejlesztette ki az 1860-as években. Cége nitroglicerin és puskapor folyékony keverékét “svéd robbantóolaj” néven exportálta, de ez rendkívül instabil és veszélyes volt, és számos katasztrófához vezetett, többek között egy robbanáshoz, amely 1866-ban elpusztította a Wells Fargo egyik irodáját San Franciscóban. A folyadékot széles körben betiltották, és Nobel kifejlesztette a dinamitot, egy kevésbé érzékeny robbanóanyagot, a nitroglicerin és az inert abszorbens kieselguhr (diatómaföld) keverésével. Más hasonló keverékeket, mint a dualin és a lithofracteur, szintén úgy állítottak elő, hogy a nitroglicerint inert anyagokkal, például nitrocellulózgéllel vagy robbantózselatinnal keverték.

Instabilitás és érzéketlenség

Tiszta formájában a nitroglicerin kontakt robbanóanyag – azaz fizikai ütés hatására robbanhat. Idővel még instabilabb formákra bomlik, így szállítása vagy használata rendkívül veszélyes. Hígítatlan formában az egyik legerősebb robbanóanyag, hasonlóan a katonai robbanóanyagokhoz, az RDX-hez és a PETN-hez (amelyeket érzékenységük miatt teljes koncentrációban nem használnak lőszerekben), valamint a C-4 műanyag robbanóanyaghoz.

A robbanóanyag történetében korán felfedezték, hogy a folyékony nitroglicerin “érzéketleníthető” 5-10 °C-ra (40-50 °F) hűtéssel, amely hőmérsékleten megfagy, és megszilárdulva összehúzódik. A későbbi felolvasztás azonban rendkívül érzékenyítő lehet, különösen, ha szennyeződések vannak jelen, vagy ha a felmelegítés túl gyors.

A nitroglicerin kémiailag “érzéketleníthető” olyan szintre, ahol körülbelül 10-30 százalékos etanol, aceton vagy dinitrotoluol hozzáadásával megközelítőleg olyan “biztonságosnak” tekinthető, mint a modern robbanóanyag-formulák. (A százalékos arány a használt deszenzibilizálószertől függően változik.) A deszenzibilizálás extra erőfeszítést igényel a “tiszta” termék helyreállításához. Ennek hiányában azt kell feltételezni, hogy a deszenzibilizált nitroglicerin lényegesen nehezebben detonálható, ami a gyakorlati alkalmazásokban robbanóanyagként valószínűleg használhatatlanná teszi.

A nitroglicerin felhasználásának komoly problémája a magas, 13 °C-os (55 °F) fagyáspontjához kapcsolódik. A szilárd nitroglicerin sokkal kevésbé érzékeny az ütésre, mint a folyékony forma, ami a robbanóanyagoknál gyakori tulajdonság. A múltban gyakran szállították fagyasztott állapotban, de ez sok balesethez vezetett a végfelhasználó általi felolvasztás során, közvetlenül a felhasználás előtt. Ez a hátrány kiküszöbölhető a nitroglicerin és más polinitrátok keverékeinek használatával; például a nitroglicerin és etilénglikol-dinitrát keveréke -29 °C-on (-20 °F) fagy meg.

Detonáció kontra deflagráció

A nitroglicerin és a felhasznált hígítószerek bármelyike vagy mindegyike biztosan deflagrálhat vagy éghet. A nitroglicerin robbanóereje azonban a detonációból származik: a kezdeti bomlásból származó energia olyan nyomásgradienst okoz, amely detonálja a környező üzemanyagot. Ez egy önfenntartó lökéshullámot hozhat létre, amely a tüzelőanyagban gazdag közegben a hangsebességgel vagy a hangsebesség felett terjed, a tüzelőanyag gázzá bomlásának közel azonnali, nyomásindukált kaszkádjaként. Ez teljesen eltér a deflagrációtól, amely kizárólag a rendelkezésre álló tüzelőanyagtól függ, függetlenül a nyomáskülönbségtől vagy a lökéstől.

Feldolgozás

Az ipari gyártási folyamat során gyakran kénsav és salétromsav közel 50:50 arányú keverékét használják. Ez fehér füstölgő salétromsav (tiszta salétromsav, amelyből a nitrogén-oxidokat eltávolították, szemben a vörös füstölgő salétromsavval) és tömény kénsav keverésével állítható elő. Ezt a keveréket gyakran az olcsóbb módszerrel, a füstölgő kénsav (kénsav, amely kéntrioxid-felesleget tartalmaz) és azeotróp salétromsav (amely körülbelül 70 százalékban salétromsavból, a többi vízből áll) keverésével érik el.

A kénsavból protonált salétromsavfajok keletkeznek, amelyeket a glicerin nukleofil oxigénatomjai megtámadnak. A nitrocsoport így észterként (C-O-NO2) adódik, és víz keletkezik.

A glicerin hozzáadása exoterm reakciót eredményez (azaz hő szabadul fel). Ha azonban a keverék túlságosan felforrósodik, akkor elszabaduló reakciót eredményez – a nitráció felgyorsult állapotát, amelyet a salétromsav szerves anyagok pusztító oxidációja és a robbanásveszélyes, nagyon mérgező barna nitrogén-dioxid gáz felszabadulása kísér. Így a glicerinkeveréket lassan adagoljuk a kevert savat tartalmazó reakcióedénybe (nem sav a glicerinhez). A nitrátort hideg vízzel vagy más hűtőkeverékkel hűtik, és a glicerin hozzáadása során végig kb. 22 °C-on tartják. A gyakran vasból vagy ólomból készült és általában sűrített levegővel kevert nitratoredény alján van egy vészhelyzeti csapóajtó, amely egy nagy, nagyon hideg vízzel teli medence fölött lóg, és amelybe a teljes reakcióelegyet (az úgynevezett töltetet) bele lehet önteni a robbanás megelőzése érdekében, ezt az eljárást “megfojtásnak” nevezik. Ha a töltet hőmérséklete meghaladja a 10 °C-ot (a tényleges érték országonként változik), vagy barna füstöt látunk a nitroglicerin szellőzőnyílásán, akkor azt azonnal vízbe fojtják.

Az előállításával járó nagy veszélyek miatt a legtöbb nitrogliceringyártó létesítmény tengeri fúrótornyokon vagy távoli helyeken található.

Medicinális felhasználás

A gyógyászatban a nitroglicerint általában gliceril-trinitrátnak nevezik, és szívgyógyszerként használják (többek között Nitrospan®, Nitrostat® és Tridil® kereskedelmi neveken). Az angina pectoris (ischaemiás szívbetegség) kezelésére használják, tabletta, kenőcs, oldat (intravénás használatra), transzdermális tapaszok (Transderm Nitro®, Nitro-Dur®) vagy szublingválisan alkalmazott spray (Nitrolingual Pump Spray®, Natispray®) formájában kapható.

A nitroglicerin fő hatása az értágítás – az erek tágítása. A nitroglicerin jobban kitágítja az ereket, mint az artériákat, ezáltal csökkenti a szív előterhelését, és az angina pectoris epizódjai során a következő terápiás hatásokhoz vezet:

• a mellkasi fájdalom enyhülése
• a vérnyomás csökkenése
• a szívfrekvencia emelkedése.
• ortosztatikus hipotenzió

Ezek a hatások azért jelentkeznek, mert a nitroglicerin a szervezetben nitrogén-oxiddá alakul át (egy még nem teljesen tisztázott mechanizmus révén), a nitrogén-oxid pedig természetes értágító. A közelmúltban népszerűvé vált off-label alkalmazása is, csökkentett (0,2 százalékos) koncentrációban, kenőcs formájában, mint a végbélrepedés hatékony kezelése.

Nemkívánatos egészségügyi hatások

A nitroglicerin nagy dózisú expozíciója súlyos fejfájást okozhat – ez az állapot “NG-fej” néven ismert. A fejfájás elég erős lehet ahhoz, hogy néhány embert cselekvésképtelenné tegyen. Úgy tűnik azonban, hogy hosszú távú expozíció után sok embernél kialakul a nitroglicerin iránti tolerancia és függőség. A megvonási tünetek közé tartozik a fejfájás és a szívproblémák. Ezek a tünetek a nitroglicerin újbóli expozíciójával megszűnhetnek. A munkahelyen rendszeresen ennek az anyagnak kitett munkavállalóknál (például a nitroglicerint gyártó üzemekben) ez “hétfő reggeli fejfájást” eredményezhet – a hétvégén elvonási tünetek jelentkeznek náluk, amelyeket a következő munkanapon történő újbóli expozíció ellensúlyoz. In rare cases, withdrawal has been found to be fatal.

See also

• Alfred Nobel
• Dynamite
• Explosive
• Glycerol

Notes

• Akhavan, Jacqueline. 2004. The Chemistry of Robbanóanyagok. 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.

Minden link lekérdezve 2018. december 6.

• PubChem: Nitroglicerin. NCBI.
• 1,2,3-Propanetriol, trinitrát (Nitroglicerin) NIST.
• The Tallini Tales of Destruction. logwell.com. (Részletes és borzalmas történetek a nitroglicerinnel töltött torpedók történelmi használatáról a kőolajkutak újraindításához)