Информация        25 января 2020        40         Комментарии к записи Нитроглицерин: получение в лаборатории отключены

Нитроглицерин: получение в лаборатории

История

История нитроглицерина начинается с итальянского ученого-химика Асканьо Собреро. Он впервые синтезировал это вещество в 1846 году. Первоначально ему было дано название пироглицерина. Уже Собреро обнаружил его большую неустойчивость – нитроглицерин мог взрываться даже от слабых сотрясений или ударов.

Мощность взрыва нитроглицерина теоретически делала его перспективным реагентом в горнодобывающей и строительной промышленностях – он был гораздо эффективнее существовавших на то время видов взрывчатки. Однако упомянутая нестабильность создавала слишком большую угрозу при его хранении и транспортировке – поэтому нитроглицерин отложили в долгий ящик.

Дело чуть сдвинулось с места при появлении Альфреда Нобеля и его семьи – отец и сыновья наладили промышленное производство этого вещества в 1862 году, невзирая на все опасности, связанные с ним. Однако случилось то, что должно было случиться рано или поздно – на фабрике произошел взрыв, и младший брат Нобеля погиб.

Им стал динамит – нитроглицерин, поглощенный кизельгуром (осадочной породой). Взрывоопасность вещества уменьшилась на несколько порядков. Позже смесь совершенствовалась, кизельгур заменяли более эффективными стабилизаторами, однако суть оставалось той же – жидкость поглощалась и переставала взрываться от малейших сотрясений.

Взрывчатое масло

И вот в 1846 году химики предложили два новых взрывчатых вещества — пироксилин и нитроглицерин. В Турине итальянский химик Асканио Собреро обнаружил, что достаточно обработать глицерин азотной кислотой (выполнить нитрование), чтобы образовалась маслянистая прозрачная жидкость — нитроглицерин. Cделать это можно в простейших условиях (изготовить черный порох сложнее).

Но дьявол, живущий в нитроглицерине, оказался злобным и непокорным. Оказалось, что чувствительность этого вещества к внешним воздействиям лишь немногим уступает гремучей ртути. Он может взорваться уже в момент нитрования, его нельзя встряхивать, нагревать и охлаждать, выставлять на солнце. Он может взорваться в процессе хранения.

Слава обуздания нитроглицерина принадлежит Альфреду Нобелю. Кем был этот человек, оседлавший посланца ада? Общеизвестно, что это шведский ученый, инженер, изобретатель и предприниматель. Гораздо меньше известна связь Нобеля с Россией. Не будь ее, кто знает, смог ли бы Нобель изобрести динамит?

Физические и химические свойства

Нитроглицерин – это нитроэфир азотной кислоты и глицерина. В нормальных условиях это желтоватая, вязкая маслянистая жидкость. Нитроглицерин нерастворим в воде. Этим его свойством пользовался Нобель: чтобы после транспортировки подготовить нитроглицерин к применению и освободить его от метанола, он промывал смесь водой – метиловый спирт растворялся в ней и уходил, а нитроглицерин оставался. Это же свойство используют при получении нитроглицерина: водой продукт синтеза промывают от остатков реагентов.

Нитроглицерин: получение в лаборатории

Нитроглицерин гидролизуется (с образованием глицерина и азотной кислоты) при нагревании. Без нагревания идет щелочной гидролиз.

Как уже было сказано, нитроглицерин крайне неустойчив. Однако здесь стоит сделать важное замечание: он восприимчив именно к механическому воздействию – взрывается от сотрясения или удара. Если просто поджечь его, жидкость, скорее всего, будет спокойно гореть без взрыва.

Русский швед

Альфред Нобель родился в Швеции в 1833 году, а уже в 1837-м его разорившийся отец Эммануэль Нобель оставляет Стокгольм и уезжает в Россию. Получив от русского правительства хорошее вознаграждение за изобретенную им морскую мину, Эммануэль перевозит в Россию свою семью и в 1842 году открывает механическую мастерскую в Санкт-Петербурге. Значительные военные заказы позволяют быстро развить предприятие в крупную процветающую фирму (Fonderie et Atelier Mecanique Nobel et Fils).

Денежный достаток семьи позволил Альфреду получить прекрасное домашнее образование. Известный русский химик, действительный член Российской академии наук Н.Н. Зинин, дававший болезненному Альфреду уроки химии, привил ему любовь к этой науке. В 16 лет Альфред уже помогал отцу в разработке морских мин, а затем отправился в Париж, где занимался химией под руководством известного ученого Пелуза.

К 1854 году Зинин после длительных попыток приручить нитроглицерин разочаровывается в нем, но передает своему бывшему ученику разработанные им правила безопасности: именно Зинин определил основные свойства нитроглицерина и температурные пределы, в которых он «ведет себя прилично». В этот период Нобель сближается с артиллерийским офицером В.Ф.

Взрывной характер

17 июля 1866 года в Петергофе гремит страшный взрыв — 20 пудов только что полученного нитроглицерина взлетают на воздух. Результатом становится категорический запрет императора Александра II производить в России любые работы с опасной жидкостью. Но незадолго до этого Петрушевский высказывает Нобелю предположение, что причиной взрывов нитроглицерина становится его разложение с образованием кислых неустойчивых соединений, а смешивание его с веществом, нейтрализующим кислоты, сделает взрывчатку менее опасной. Петрушевский не изобрел динамит, но в тот момент находился в полушаге от этого. Он-то и подсказал Нобелю направление дальнейших поисков.

Несмотря на крайнюю опасность, потребность в мощной взрывчатке была очень велика. В 1863 году Нобель приезжает в Стокгольм, где целиком посвящает себя разработке безопасных технологий получения нитроглицерина. Он изобретает инжектор для непрерывного перемешивания глицерина с кислотой в процессе нитрования, что резко снижает опасность взрывов на производстве.

Несмотря на полученный Нобелем патент, нитроглицериновый дьявол не побоялся своего нового хозяина. 3 сентября 1863 года предприятие Нобелей в Геленборге взлетает на воздух. При взрыве погибает младший брат Альфреда — 20-летний Альберт. Тем не менее в 1865 году Нобелям удается пустить в ход два новых завода по производству нитроглицерина — в Швеции и Германии. Альфред «гастролирует» по Европе и Америке, доказывая на публичных лекциях безопасность нитроглицерина при соблюдении правил обращения с ним.

Нобель демонстрирует свое «взрывающееся масло» перед американскими бизнесменами, получает патент США и основывает собственную компанию на атлантическом побережье Америки. Американский пороховой фабрикант Дюпон, почувствовав конкуренцию, активно сопротивляется внедрению нового продукта. Но тут взлетает на воздух предприятие в Германии, и почти одновременно происходят два крупных взрыва на рудниках в Швеции.

В декабре взрывается нитроглицериновый завод в США и бесследно исчезают в пучинах океана два судна, перевозивших нитроглицерин. Имя Нобеля проклинают по всему свету, в Нью-Йорке его даже просят покинуть отель, в котором он остановился, и забрать с собой все образцы нитроглицерина. Страны Европы одна за другой принимают законы, запрещающие изготовление нитроглицерина на своих национальных территориях.

Стабилизация нитроглицерина. Динамит

Первым опытом по стабилизации нитроглицерина Нобеля был динамит – кизельгур полностью поглощал жидкость, и смесь была безопасной (до тех пор, конечно, пока ее не активируют в подрывной шашке). Причина, по которой используется именно кизельгур – капиллярный эффект. Наличие микротрубочек в этой породе обусловливает эффективное всасывание жидкости (нитроглицерина) и удержание ее там на долгое время.

Конец девятнадцатого века и начало двадцатого — период триумфа динамита. Он находит самое широкое применение при разработке горных пород, при прокладывании туннелей, в шахтах. С его помощью при строительстве железной дороги через Сен-Готардский перевал было пробито 80 туннелей, включая «Большой туннель» — 15 км сплошной скалы.

Динамитом были проделаны котлованы для опор 324 мостов. Огромную роль динамит сыграл при строительстве сооружения века — Панамского канала. 3000 тонн динамита использовалось для того, чтобы выкопать нью-йоркскую систему водохранилищ «Нью-Кротон» (эти работы были завершены в 1890 году). Динамит обеспечивает прокладку Альпийского туннеля и Коринфского канала, удаление подводных скал в Ист-Ривер (Нью-Йорк), расчистку русла Дуная… Конечно же, динамит стал применяться и на бакинских промыслах, где хозяйничали «русские Рокфеллеры» — Альфред Нобель и его старший брат.

Динамит не только принес Альфреду Нобелю известность и славу, но и сделал его миллионером. Если в 1867 году его фабрика изготовила всего 11 тонн динамита, то через семь лет ежегодное производство на фабриках Нобеля составляло уже 3300 тонн.

Однако далеко не все страны благосклонно отнеслись к этой взрывчатке. Так, во Франции военные нужды заставили было весной 1871 года начать изготовление динамита, но поражение во Франко-прусской войне привело к тому, что производство было свернуто до 1875 года. В Англии лоббирование Абелем черного пороха заставило парламент в 1869 году принять закон, запрещающий производство, импорт, продажу и перевозку нитроглицерина и любого другого вещества, содержащего нитроглицерин, в пределах Великобритании. Этот закон под давлением угольного лобби, остро нуждавшегося в хорошей взрывчатке, был отменен лишь в 1893 году.

За семь лет Нобель построил 17 заводов в разных странах мира. К этому времени на его предприятиях производилось больше взрывчатых веществ, чем на государственных пороховых заводах всех стран мира вместе взятых.

Последним изобретением Нобеля стал бездымный порох баллистит, созданный Альфредом в сотрудничестве со своим личным секретарем, молодым шведским химиком Рагнаром Салманом.

Альфред Нобель скончался в возрасте 63 лет 10 декабря 1896 года в Сан-Ремо в зените славы и могущества. Ему принадлежали 93 предприятия, производившие кроме динамита азотную кислоту, глицерин, удобрения, медные сплавы, проволоку, кабель, нитроцеллюлозу и все виды взрывчатых веществ и детонаторов.

Инфузорная земля

Запрет нитроглицерина грозил Нобелю полным разорением. И тогда Альфред возвращается к своей идее, работать над которой он начал еще в 1862 году, — нейтрализации чувствительности нитроглицерина при пропитывании им какого-либо пористого вещества. Этот путь подсказал ему еще в 1855 году Петрушевский, который пытался пропитывать нитроглицерином черный порох, надеясь тем самым повысить мощность взрывчатки.

В 1864 году Нобель находит нужное вещество. Кизельгур, известный также как диатомит, инфузорная земля и горная мука, образуется при осаждении на дно водоемов кремниевых скорлупок моллюсков и некоторых водорослей. Инфузорную землю можно найти в каждом озере, 90% ее объема приходится на поры, способные жадно впитывать нитроглицерин.

Первые же опыты дали превосходный результат. Смесь нитроглицерина с кизельгуром была слабее чистой жидкости примерно на четверть (столько в общем объеме занимает кизельгур), но при этом почти безопасной в обращении. Нобель дал этой смеси, внешне похожей на торф, название «динамит» (от греческого слова «динос» — сила).

После ряда тщательных испытаний 7 мая 1867 года он патентует динамит в Англии, Швеции, Германии. Новая взрывчатка покоряет Европу. Еще бы, динамит можно кидать, резать, трясти, его можно складывать в мешки и ящики, и он не взрывается! Но при этом надежно срабатывает тогда, когда это нужно. Ирония судьбы — спустя год Петрушевский совершенно самостоятельно смешивает нитроглицерин с магнезией и получает взрывчатку, названную позднее «русским динамитом».

Получение в лаборатории

Реакция получения нитроглицерина в лаборатории сейчас все та же, которой пользовался еще Собреро – этерификация в присутствии серной кислоты. Сначала берется смесь азотной и серной кислот. Кислоты необходимы концентрированные, с малым количеством воды. Далее к смеси малыми порциями при постоянном перемешивании постепенно добавляется глицерин.

Но так как реакция идет с выделением большого количества тепла, смесь необходимо постоянно охлаждать (обычно это делается с помощью льда). Как правило, она держится в районе 0 °С, превышение отметки в 25 °С может грозить взрывом. Контроль температуры осуществляется постоянно с помощью термометра.

Нитроглицерин тяжелее воды, однако легче минеральных (азотной и серной) кислот. Поэтому в реакционной смеси продукт будет лежать отдельным слоем на поверхности. После окончания реакции сосуд необходимо еще охладить, подождать, пока в верхнем слое не скопится максимальное количество нитроглицерина, а потом слить его в другую емкость с холодной водой.

В промышленности уже давно довели до автоматизации процесс получения нитроглицерина. Система, которая используется в настоящее время, в основных своих аспектах была придумана еще в 1935 году Биацци (и так и называется – установка Биацци). Главные технические решения в ней – это сепараторы. Первичная смесь непромытого нитроглицерина сначала в сепараторе под действием центробежных сил разделяется на две фазы – ту, что с нитроглицерином, отбирают для дальнейшей промывки, а кислоты остаются в сепараторе.

Остальные этапы производства совпадают со стандартными. То есть, смешивание глицерина и нитрующей смеси в реакторе (производится с помощью специальных насосов, перемешивается турбинной мешалкой, охлаждение более мощное – с помощью фреона), несколько этапов промывки (водой и чуть подщелоченной водой), перед каждым из которых идет этап с сепаратором.

Установка Биацци достаточно безопасна и обладает достаточно высокой производительностью по сравнению с другими технологиями (однако обычно большое количество продукта теряется при промывке).

Забытое изобретение

Принято считать, что динамит был звездным часом Альфреда Нобеля. Но специалисты полагают, что главное его изобретение вовсе не динамит, а маленькая медная трубочка. Капсюль-детонатор стал настоящей революцией во взрывном деле, сравнимой разве что с изобретением двигателя внутреннего сгорания в области машиностроения.

Нитроглицерин: получение в лаборатории

Когда в качестве взрывчатки использовался черный порох, с инициацией взрыва проблем не возникало — достаточно было отсыпать к заряду дорожку из того же пороха и поджечь ее. Позднее стали использовать стопин (нитка, пропитанная селитрой), потом Бикфорд придумал свой знаменитый шнур. Когда огонь добирался до пороха, взрыв был гарантирован.

Для инициации взрыва лучше всего было использовать… взрыв. Гремучая ртуть была уже изобретена и использовалась в ударных капсюлях для воспламенения пороха в ружьях (капсюльные ружья), а позднее — в капсюлях патронов. Альфред Нобель в 1863 году догадался наполнить гремучей ртутью в достаточно большом количестве медную трубочку, открытую с одного конца.

Эта трубочка помещалась в заряд взрывчатки, а в ее открытый конец вставлялся бикфордов шнур. Струя пламени подожженного шнура надежно воспламеняла гремучую ртуть, чувствительную к любому внешнему воздействию, а небольшого взрыва оказалось достаточно для взрыва нитроглицерина, а позднее — динамита и других взрывчаток.

Альфред Нобель разработал целую линейку из двенадцати капсюлей-детонаторов различных размеров и пронумеровал их. Самым подходящим для большинства взрывных работ оказался номер 8. Со временем капсюль-детонатор усовершенствовался, появилось немало его разновидностей, но нобелевский «номер восемь» и сегодня имеет те же самые размеры и устройство и используется во всех странах мира, в отличие от динамита, постепенно и незаметно отошедшего на вторые роли и почти совсем сошедшего со сцены.

Домашние условия

К сожалению, хотя, скорее, к счастью, синтез нитроглицерина в домашних условиях связан со слишком большим количеством трудностей, преодоление которых в основном не стоит результата.

Единственный возможный способ синтеза в домашних условиях – получение нитроглицерина из глицерина (как и в лабораторном способе). И здесь основная проблема – серная и азотная кислоты. Продажа этих реактивов разрешена только определенным юридическим лицам и строго контролируется государством.

Возникает очевидное решение – синтезировать их самостоятельно. Жюль Верн в своем романе “Таинственный остров”, рассказывая об эпизоде изготовления главными героями нитроглицерина, опустил конечный момент процесса, однако крайне подробно описал процесс получения серной и азотной кислот.

Действительно заинтересовавшиеся могут заглянуть в книгу (первая часть, глава семнадцатая), однако и тут загвоздка – необитаемый остров буквально изобиловал необходимыми реактивами, поэтому в распоряжении героев оказались серный колчедан, водоросли, много угля (для обжига), калийная селитра и так далее.

Adblock detector