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)
C(CO(=O))O (=O))O(=O)

Nitrogliceryna (NG)- znana również jako nitrogliceryna, trinitrogliceryna i trinitrat glicerolu – jest ciężką, bezbarwną, oleistą cieczą otrzymywaną przez nitrowanie glicerolu. Jest to silny materiał wybuchowy i jest stosowany w produkcji dynamitu, który z kolei jest stosowany w budownictwie i przemyśle rozbiórkowym. Jest także plastyfikatorem w niektórych stałych materiałach pędnych do rakiet. W medycynie nitrogliceryna służy jako środek rozszerzający naczynia krwionośne i dlatego jest stosowana w leczeniu chorób serca.

Historia

Nitrogliceryna została odkryta przez chemika Ascanio Sobrero w 1847 r., pracującego pod kierunkiem T.J. Pelouze’a na Uniwersytecie w Turynie. Najlepszy proces produkcji został opracowany przez Alfreda Nobla w latach 60-tych XIX wieku. Jego firma eksportowała płynne połączenie nitrogliceryny i prochu strzelniczego jako „szwedzki olej wybuchowy”, ale był on niezwykle niestabilny i niebezpieczny, powodując liczne katastrofy, w tym eksplozję, która zniszczyła biuro Wells Fargo w San Francisco w 1866 roku. Płyn został powszechnie zakazany, a Nobel opracował dynamit, mniej wrażliwy materiał wybuchowy, mieszając nitroglicerynę z obojętnym absorbentem kieselguhr (ziemia okrzemkowa). Inne podobne mieszaniny, takie jak dualine i lithofracteur, również zostały przygotowane przez zmieszanie nitrogliceryny z obojętnymi materiałami, takimi jak żel nitrocelulozowy lub żelatyna wybuchowa.

Niestabilność i odczulanie

W czystej postaci nitrogliceryna jest kontaktowym materiałem wybuchowym – to znaczy, że wstrząs fizyczny może spowodować jej eksplozję. Z czasem ulega degradacji do jeszcze bardziej niestabilnych form, co czyni ją bardzo niebezpieczną w transporcie lub użyciu. W postaci nierozcieńczonej jest jednym z najpotężniejszych materiałów wybuchowych, porównywalnym z wojskowymi materiałami wybuchowymi RDX i PETN (które nie są stosowane w amunicji w pełnym stężeniu ze względu na ich wrażliwość), jak również z plastycznym materiałem wybuchowym C-4.

Wcześniej w historii tego materiału wybuchowego odkryto, że ciekła nitrogliceryna może być „odczulona” przez schłodzenie do temperatury 5-10 °C (40-50 °F), w której to temperaturze zamarza, kurcząc się po zestaleniu. Jednak późniejsze rozmrażanie może być bardzo uczulające, zwłaszcza jeśli obecne są zanieczyszczenia lub jeśli ogrzewanie jest zbyt szybkie.

Możliwe jest chemiczne „odczulenie” nitrogliceryny do punktu, w którym można ją uznać za w przybliżeniu tak „bezpieczną” jak nowoczesne preparaty wybuchowe, przez dodanie około 10-30 procent etanolu, acetonu lub dinitrotoluenu. (Procent różni się w zależności od użytego środka odczulającego.) Odczulanie wymaga dodatkowego wysiłku, aby odtworzyć „czysty” produkt. W przeciwnym razie należy przyjąć, że odczulona nitrogliceryna jest znacznie trudniejsza do zdetonowania, co może uczynić ją bezużyteczną jako materiał wybuchowy do zastosowań praktycznych.

Poważny problem w stosowaniu nitrogliceryny wiąże się z jej wysoką temperaturą krzepnięcia 13 °C (55 °F). Stała nitrogliceryna jest znacznie mniej wrażliwa na wstrząsy niż postać ciekła, co jest cechą powszechną w materiałach wybuchowych. W przeszłości była ona często dostarczana w stanie zamrożonym, ale powodowało to wiele wypadków podczas procesu rozmrażania przez użytkownika końcowego, tuż przed użyciem. Tę wadę można przezwyciężyć stosując mieszaniny nitrogliceryny z innymi polinitratami; na przykład mieszanina nitrogliceryny i dinitratu glikolu etylenowego zamarza w temperaturze -29 °C (-20 °F).

Detonacja kontra deflagracja

Nitrogliceryna i każdy lub wszystkie użyte rozcieńczalniki mogą z pewnością deflagrować lub palić się. Jednak siła wybuchowa nitrogliceryny pochodzi z detonacji: energia z początkowego rozkładu powoduje gradient ciśnienia, który detonuje otaczające paliwo. Może to wygenerować samopodtrzymującą się falę uderzeniową, która rozchodzi się przez bogaty w paliwo ośrodek z prędkością większą lub równą prędkości dźwięku, jako kaskada niemal natychmiastowego, wywołanego ciśnieniem rozkładu paliwa na gaz. Jest to zupełnie inaczej niż w przypadku deflagracji, która zależy wyłącznie od dostępnego paliwa, niezależnie od różnic ciśnienia lub wstrząsów.

Produkcja

W procesie produkcji przemysłowej często używa się mieszaniny kwasu siarkowego i azotowego w proporcji prawie 50:50. Można ją wytworzyć przez zmieszanie białego dymiącego kwasu azotowego (czysty kwas azotowy, z którego usunięto tlenki azotu, w przeciwieństwie do czerwonego dymiącego kwasu azotowego) i stężonego kwasu siarkowego. Mieszaninę tę często uzyskuje się tańszą metodą mieszania dymiącego kwasu siarkowego (kwas siarkowy zawierający nadmiar trójtlenku siarki) i azeotropowego kwasu azotowego (składającego się z około 70 procent kwasu azotowego, reszta to woda).

Kwas siarkowy wytwarza protonowane formy kwasu azotowego, które są atakowane przez nukleofilowe atomy tlenu w glicerynie. Grupa nitrowa jest w ten sposób dodawana jako ester (C-O-NO2) i powstaje woda.

Dodanie gliceryny powoduje reakcję egzotermiczną (to znaczy, że uwalniane jest ciepło). Jeśli jednak mieszanina staje się zbyt gorąca, powoduje to reakcję ucieczki – stan przyspieszonego nitrowania, któremu towarzyszy niszczące utlenianie materiałów organicznych kwasem azotowym i uwalnianie bardzo trującego brunatnego dwutlenku azotu, co wiąże się z dużym ryzykiem wybuchu. Do naczynia reakcyjnego zawierającego zmieszany kwas (nie kwas z gliceryną) dodaje się więc powoli mieszaninę gliceryny. Nitrator jest chłodzony zimną wodą lub inną mieszaniną chłodzącą i utrzymywany przez cały czas dodawania gliceryny w temperaturze około 22 °C. Naczynie nitratora, często zbudowane z żelaza lub ołowiu i zazwyczaj mieszane sprężonym powietrzem, ma u podstawy awaryjne drzwi pułapki, które wiszą nad dużym basenem z bardzo zimną wodą i do których można wrzucić całą mieszaninę reakcyjną (zwaną wsadem), aby zapobiec eksplozji, proces określany jako „tonięcie”. Jeśli temperatura ładunku przekracza około 10 °C (rzeczywista wartość różni się w zależności od kraju) lub w odpowietrzniku nitratorów widoczne są brunatne opary, wówczas jest on natychmiast topiony.

Z powodu wielkich niebezpieczeństw związanych z jego produkcją, większość zakładów produkujących nitroglicerynę znajduje się na morskich platformach wiertniczych lub w odległych miejscach.

Zastosowanie medyczne

W medycynie nitrogliceryna jest ogólnie nazywana trójoazotanem glicerolu i jest stosowana jako lek na serce (między innymi pod nazwami handlowymi Nitrospan®, Nitrostat® i Tridil®). Stosowany w leczeniu dusznicy bolesnej (choroby niedokrwiennej serca), jest dostępny w postaci tabletek, maści, roztworu (do stosowania dożylnego), plastrów transdermalnych (Transderm Nitro®, Nitro-Dur®) lub sprayów podawanych podjęzykowo (Nitrolingual Pump Spray®, Natispray®).

Głównym działaniem nitrogliceryny jest rozszerzenie naczyń krwionośnych. Nitrogliceryna rozszerza żyły bardziej niż tętnice, zmniejszając obciążenie wstępne serca i prowadząc do następujących efektów terapeutycznych podczas epizodów dusznicy bolesnej:

• zmniejszenie bólu w klatce piersiowej
• zmniejszenie ciśnienia krwi
• zwiększenie częstości akcji serca.
• niedociśnienie ortostatyczne

Efekty te wynikają z faktu, że nitrogliceryna jest przekształcana w organizmie do tlenku azotu (w mechanizmie, który nie jest do końca poznany), a tlenek azotu jest naturalnym środkiem rozszerzającym naczynia krwionośne. Ostatnio stał się on również popularny w zastosowaniu pozarejestracyjnym w zmniejszonym (0,2%) stężeniu w postaci maści, jako skuteczny środek do leczenia szczeliny odbytu.

Niekorzystne skutki zdrowotne

Częste narażenie na duże dawki nitrogliceryny może powodować silne bóle głowy – stan znany jako „głowa NG”. Bóle głowy mogą być na tyle silne, że mogą obezwładnić niektórych ludzi. Okazuje się jednak, że u wielu osób po długotrwałej ekspozycji rozwija się tolerancja na nitroglicerynę i uzależnienie od niej. Objawy odstawienia obejmują bóle głowy i problemy z sercem. Objawy te mogą ustąpić po ponownym narażeniu na nitroglicerynę. W przypadku pracowników regularnie narażonych na działanie tej substancji w miejscu pracy (np. w zakładach produkujących nitroglicerynę) może to skutkować „poniedziałkowym porannym bólem głowy” – w weekend pojawiają się u nich objawy odstawienia, które są łagodzone przez ponowną ekspozycję w następnym dniu roboczym. 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.

Wszystkie linki pobrane 6 grudnia 2018.

• PubChem: Nitrogliceryna. NCBI.
• 1,2,3-Propanetriol, trinitrate (Nitroglycerin) NIST.
• The Tallini Tales of Destruction. logwell.com. (Szczegółowe i przerażające opowieści o historycznym użyciu torped wypełnionych nitrogliceryną do ponownego uruchomienia szybów naftowych.)