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)

Nitroglycerine (NG)-ook bekend als nitroglycerine, trinitroglycerine en glyceryltrinitraat – is een zware, kleurloze, olieachtige vloeistof die wordt verkregen door glycerol te nitreren. Het is een krachtig explosief en wordt gebruikt bij de vervaardiging van dynamiet, dat op zijn beurt wordt gebruikt in de bouw- en sloopindustrie. Het is ook een plastificeermiddel in sommige vaste stuwstoffen voor raketten. In de geneeskunde dient nitroglycerine als vaatverwijdend middel en wordt daarom gebruikt om hartaandoeningen te behandelen.

Geschiedenis

Nitroglycerine werd ontdekt door chemicus Ascanio Sobrero in 1847, die werkte onder T.J. Pelouze aan de Universiteit van Turijn. Het beste productieproces werd ontwikkeld door Alfred Nobel in de jaren 1860. Zijn bedrijf exporteerde een vloeibare combinatie van nitroglycerine en buskruit als “Swedish Blasting Oil”, maar het was uiterst onstabiel en gevaarlijk, wat leidde tot talrijke rampen, waaronder een explosie die in 1866 een kantoor van Wells Fargo in San Francisco verwoestte. De vloeistof werd op grote schaal verboden, en Nobel ontwikkelde dynamiet, een minder gevoelig explosief, door nitroglycerine te mengen met het inerte absorberende middel kiezelgoer (diatomeeënaarde). Andere soortgelijke mengsels, zoals dualine en lithofracteur, werden ook bereid door nitroglycerine te mengen met inerte materialen zoals nitrocellulose gel of explosieve gelatine.

Instabiliteit en desensibilisatie

In zuivere vorm is nitroglycerine een contactexplosief, d.w.z. dat het door een fysieke schok kan ontploffen. Na verloop van tijd wordt het afgebroken tot nog onstabielere vormen, waardoor het zeer gevaarlijk is om te vervoeren of te gebruiken. In onverdunde vorm is het een van de krachtigste springstoffen, vergelijkbaar met de militaire springstoffen RDX en PETN (die vanwege hun gevoeligheid niet in volle concentratie in munitie worden gebruikt) en het kneedspringstof C-4.

Al vroeg in de geschiedenis van dit springstof werd ontdekt dat vloeibare nitroglycerine kan worden “gedesensibiliseerd” door het af te koelen tot 5 à 10 °C, bij welke temperatuur het bevriest en bij stolling samentrekt. Later ontdooien kan echter zeer sensibiliserend zijn, vooral als er onzuiverheden aanwezig zijn of als de opwarming te snel gaat.

Het is mogelijk nitroglycerine chemisch te “desensibiliseren” tot een punt waarop het ongeveer even “veilig” kan worden geacht als moderne formuleringen van brisante springstoffen, door toevoeging van ongeveer 10-30 procent ethanol, aceton of dinitrotolueen. (Het percentage varieert naar gelang van het gebruikte desensibilisatiemiddel.) Desensibilisatie vergt extra inspanning om het “zuivere” produkt weer samen te stellen. Als dit niet lukt, moet worden aangenomen dat gedesensibiliseerde nitroglycerine aanzienlijk moeilijker tot ontploffing te brengen is, waardoor het mogelijk onbruikbaar wordt als explosief voor praktische toepassingen.

Een ernstig probleem bij het gebruik van nitroglycerine houdt verband met het hoge vriespunt van 13 °C (55 °F). Vaste nitroglycerine is veel minder gevoelig voor schokken dan de vloeibare vorm, een kenmerk dat gebruikelijk is bij explosieven. In het verleden werd het vaak in bevroren toestand verzonden, maar dit leidde tot veel ongelukken tijdens het ontdooien door de eindgebruiker, vlak voor het gebruik. Dit nadeel kan worden ondervangen door mengsels van nitroglycerine met andere polynitraten te gebruiken; een mengsel van nitroglycerine en ethyleenglycoldinitraat bevriest bijvoorbeeld bij -29 °C (-20 °F).

Detonatie versus deflagratie

Nitroglycerine en alle of een deel van de gebruikte verdunningsmiddelen kunnen zeker deflagreren of branden. De explosieve kracht van nitroglycerine is echter afkomstig van detonatie: de energie van de eerste ontleding veroorzaakt een drukgradiënt die de omringende brandstof detoneert. Hierdoor kan een zichzelf in stand houdende schokgolf worden opgewekt die zich met een snelheid van geluid of meer door het brandstofrijke medium voortplant, als een cascade van bijna onmiddellijke, door druk veroorzaakte ontbinding van de brandstof in gas. Dit in tegenstelling tot deflagratie, die uitsluitend afhankelijk is van de beschikbare brandstof, ongeacht drukverschillen of schokken.

Fabricage

In het industriële fabricageproces wordt vaak gebruik gemaakt van een bijna 50:50 mengsel van zwavelzuur en salpeterzuur. Dit kan worden verkregen door witrokend salpeterzuur (zuiver salpeterzuur waaruit stikstofoxiden zijn verwijderd, in tegenstelling tot roodrokend salpeterzuur) te mengen met geconcentreerd zwavelzuur. Dit mengsel wordt vaak verkregen door de goedkopere methode van het mengen van rokend zwavelzuur (zwavelzuur dat een overmaat zwaveltrioxide bevat) en azeotropisch salpeterzuur (dat voor ongeveer 70% bestaat uit salpeterzuur en voor de rest uit water).

Het zwavelzuur produceert geprotoneerde salpeterzuursoorten, die worden aangevallen door de nucleofiele zuurstofatomen van glycerine. De nitro-groep wordt zo toegevoegd als een ester (C-O-NO2), en er ontstaat water.

De toevoeging van glycerine leidt tot een exotherme reactie (dat wil zeggen dat er warmte vrijkomt). Als het mengsel echter te heet wordt, leidt dit tot een wegloopreactie – een toestand van versnelde nitratie die gepaard gaat met de destructieve oxidatie van organische materialen van salpeterzuur en het vrijkomen van zeer giftig bruin stikstofdioxidegas met een hoog explosiegevaar. Daarom wordt het glycerinemengsel langzaam toegevoegd aan het reactievat dat het gemengde zuur bevat (niet zuur op glycerine). De nitrator wordt gekoeld met koud water of een ander koelmiddelmengsel en gedurende de toevoeging van de glycerine op ongeveer 22 °C gehouden. Het nitratorvat, dat vaak van ijzer of lood is gemaakt en meestal met perslucht wordt geroerd, heeft onderaan een noodluik dat boven een groot bassin met zeer koud water hangt en waarin het hele reactiemengsel (de lading genoemd) kan worden gedumpt om een explosie te voorkomen, een proces dat “verdrinken” wordt genoemd. Als de temperatuur van de lading hoger wordt dan ongeveer 10 °C (de werkelijke waarde varieert per land), of als er bruine dampen worden waargenomen in de ontluchtingsopening van de nitrators, dan wordt de lading onmiddellijk verdronken.

Omdat de productie van nitroglycerine grote gevaren met zich meebrengt, bevinden de meeste productiefaciliteiten zich op offshore-platforms of afgelegen locaties.

Medisch gebruik

In de geneeskunde wordt nitroglycerine over het algemeen glyceryltrinitraat genoemd en wordt het gebruikt als hartmedicijn (onder andere onder de handelsnamen Nitrospan®, Nitrostat® en Tridil®). Het wordt gebruikt als behandeling voor angina pectoris (ischemische hartziekte) en is verkrijgbaar in de vorm van tabletten, zalf, oplossing (voor intraveneus gebruik), transdermale pleisters (Transderm Nitro®, Nitro-Dur®), of sprays die sublinguaal worden toegediend (Nitrolingual Pump Spray®, Natispray®).

De belangrijkste werking van nitroglycerine is vasodilatatie – het verwijden van de bloedvaten. Nitroglycerine zal de aderen meer verwijden dan de slagaders, waardoor de cardiale voorbelasting afneemt en de volgende therapeutische effecten optreden tijdens episoden van angina pectoris:

• afname van pijn op de borst
• verlaging van de bloeddruk
• verhoging van de hartslag.
• orthostatische hypotensie

Deze effecten ontstaan doordat nitroglycerine in het lichaam wordt omgezet in stikstofmonoxide (via een mechanisme dat niet volledig wordt begrepen), en stikstofmonoxide is een natuurlijke vaatverwijder. Onlangs is het ook populair geworden in een off-label gebruik in verminderde (0,2 procent) concentratie in zalfvorm, als een effectieve behandeling voor anale fissuur.

Nadelige gezondheidseffecten

Infrequente blootstelling aan hoge doses nitroglycerine kan ernstige hoofdpijn veroorzaken – een aandoening die bekend staat als “NG-hoofd”. De hoofdpijn kan ernstig genoeg zijn om sommige mensen uit te schakelen. Het blijkt echter dat veel mensen na langdurige blootstelling aan nitroglycerine een tolerantie voor en afhankelijkheid van nitroglycerine ontwikkelen. Ontwenningsverschijnselen zijn onder meer hoofdpijn en hartproblemen. Deze symptomen kunnen verdwijnen bij hernieuwde blootstelling aan nitroglycerine. Bij werknemers die regelmatig op de werkplek aan deze stof worden blootgesteld (zoals in nitroglycerinefabrieken), kan dit resulteren in een “maandagochtendhoofdpijn” – zij ontwikkelen ontwenningsverschijnselen tijdens het weekend, die worden tegengegaan door een nieuwe blootstelling op de volgende werkdag. In rare cases, withdrawal has been found to be fatal.

See also

• Alfred Nobel
• Dynamite
• Explosive
• Glycerol

Notes

• Akhavan, Jacqueline. 2004. The Chemistry of Explosieven. 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 opgehaald op 6 december 2018.

• PubChem: Nitroglycerine. NCBI.
• 1,2,3-Propanetriol, trinitraat (Nitroglycerine) NIST.
• The Tallini Tales of Destruction. logwell.com. (Gedetailleerde en gruwelijke verhalen over het historische gebruik van met nitroglycerine gevulde torpedo’s om petroleumbronnen weer op te starten.)