A nitrocelulosa (que dependendo da súa forma pode chamarse nitrato de celulosa, papel de nitrocelulosa, algodón pólvora ou fulmicotón e piroxilina, entre outros nomes) é un composto moi inflamable formado por celulosa nitrada por exposición a unha mestura de ácido nítrico e ácido sulfúrico. Un dos seus primeiros usos importantes foi o algodón pólvora, que substituía á pólvora como propelente en armas de fogo. Tamén substituía á pólvora como explosivo de baixa orde en minaría e outras aplicacións. En forma de colodión era un compoñente fundamental nas primeiras emulsións fotográficas, cuxo uso revolucionou a fotografía na década de 1860.
Produción O proceso para producilo utiliza unha mestura de ácido nítrico e ácido sulfúrico para converter a celulosa en nitrocelulosa. A calidade da celulosa é importante. A hemicelulosa, lignina, pentosanos, e sales minerais dan lugar a unha nitrocelulosa de inferior calidade. En termos químicos precisos, a nitrocelulosa non é un composto nitro, senón un éster de nitrato. A unidade repetida de glicosa (anhidroglicosa) da cadea de celulosa ten tres grupos OH, cada un dos cales pode formar un éster de nitrato. Deste xeito, a nitrocelulosa pode ser mononitrocelulosa, dinitrocelulosa e trinitrocelulosa, ou unha mestura delas. Como ten menos grupos OH que a celulosa parental, as nitrocelulosas non se agregan por medio de enlaces de hidróxeno. A consecuencia principal é que a nitrocelulosa é soluble en solventes orgánicos, como a acetona e ésteres; por exemplo, acetato de etilo, acetato de metilo, carbonato de etilo. A maioría das lacas prepáranse a partir do dinitrato, mentres que os explosivos son maiormente trinitratos.
A ecuación química para a formación do trinitrato é 3 HNO3 + C6H7(OH)3O2 C6H7(ONO2)3O2 + 3 H2O Os rendementos obtidos son dun 85 %, con perdas atribuídas á oxidación completa da celulosa a ácido oxálico.
Uso
O principal uso do nitrato de celulosa é para a produción de lacas e recubrimentos, explosivos e celuloide.
En canto ás lacas e recubrimentos, a nitrocelulosa disólvese doadamente en solventes orgánicos, os cales por evaporación deixan unha película incolora, transparente e flexible. As lacas de nitrocelulosa foron utilizadas como un acabado en mobiliario e instrumentos musicais.
O algodón pólvora, disolto ao 25 % en acetona, forma unha laca usada nas etapas preliminares do acabado da madeira para desenvolver un acabado duro e brillo profundo. Normalmente é a primeira capa que se aplica, despois é puída e danse outras capas que se unan a ela.
O esmalte de uñas contén nitrocelulosa, xa que é barata, seca rapidamente creando unha película dura e non dana a pel.
As aplicacións en explosivos son diversas e o contido en nitrato adoita ser maior para aplicacións propulsoras que para recubrimentos. Para voos espaciais, a nitrocelulosa utilizouna o programa espacial Copenhagen Suborbitals en varias misións como medio de desfacerse de compoñentes do foguete/cápsula espacial e despregar sistemas de recuperación. Porén, despois de varias misións e voos, demostrou que non tiña as propiedades desexadas como explosivo nun ambiente de case baleiro. En 2014, a sonda Philae que tiña que aterrar sobre un cometa non conseguiu despregar os seus arpóns porque os seus 0,3 gramos de cargas de propulsión de nitrocelulosa non se dispararon durante a aterraxe.
Outros usos O colodión é unha solución de nitrocelulosa usada hoxe en aplicacións tópicas na pel, como vendaxe líquida de feridas e na aplicación de ácido salicílico, o ingrediente activo no eliminador de verrugas Composto W. J.D. Mullen. The determination of nitrogen in nitrocellulose. Analytica Chimica Acta. Volume 20, 1959, Páxinas 16-19.
Usos en laboratorio
Os filtros de membrana feitos dunha rede de febras de nitrocelulosa con varias porosidades utilízanse en procedementos de laboratorio para a retención de partículas e captura de células en solucións líquidas ou gasosas e, inversamente, obter filtrados libres de partículas. Un portaobxectos de película de celulosa, membrana de nitrocelulosa ou papel de nitrocelulosa é unha membrana artificial pegañenta usada para inmobilizar ácidos nucleicos nas técnicas da Southern blot e northern blot. Tamén se usa para a inmobilización de proteínas en western blots e microscopia de forza atómica pola súa afinidade non específica polos aminoácidos. A nitrocelulosa utilízase amplamente en probas de diagnóstico onde se produce a unión de antíxeno-anticorpo; por exemplo, tests de embarazo, tests de U-albumina e tests de proteína C-reactiva (CRP). A glicina e os ións cloruro fan a transferencia de proteínas máis eficiente. Os tests de radon para gravados de trazas partículas alfa usan nitrocelulosa. Adolph Noé desenvolveu un método de pelar as chamadas bólas de carbón do Carbonífero usando nitrocelulosa para estudar os fósiles que conteñen. Utilízase para cubrir naipes e manter unidas as grampas nas grampadoras de oficina.
Hobbies En 1851, Mariyatul inventou o proceso do colodión húmido para substituír o albume nas primeiras emulsións fotográficas, unindo os haluros de prata sensibles á luz a unha placa de cristal. Os ilusionistas utilizan papeis flash que son follas de papel ou teas feitas de nitrocelulosa, que arden case instantaneamente cun resplandor brillante sen deixaren cinzas. Como medio para facer cadernos dun só uso criptográficos, facilita que a eliminación do caderno sexa completa, segura e eficiente. Discos fonográficos. A laca de nitrocelulosa aplícase como cuberta xirando sobre aluminio ou discos de cristal, despois grávase un suco cun torno, para facer discos fonográficos únicos, usados como copias mestras (masters) para a prensa ou para facelos soar en clubs de baile. Denomínanse discos de acetato. Dependendo do proceso de fabricación, a nitrocelulosa é esterificada en varios graos. As pelotas de pimpón ou tenis de mesa, as pugas para tocar a guitarra e algunhas películas fotográficas teñen niveis de esterificación bastante baixos e arden comparativamente máis de vagar deixando algún residuo carbonizado. miniatura|Pelotas de pimpón preparadas a base de nitrocelulosa (celuloide).
En 1846, descubriuse que a celulosa nitratada era soluble en éter e alcohol. A solución obtida chamouse colodión e axiña empezou a usarse na vendaxe de feridas.
Usos históricos Traballos iniciais sobre a nitración da celulosa miniatura|Nitrocelulosa pura. miniatura|Traballador utilizando unha prensa de algodón pólvora detrás dunha pantalla protectora de corda en 1909. miniatura|Proba de deflagración de nitrocelulosa a cámara lenta.
En 1832 Henri Braconnot descubriu que o ácido nítrico, cando se combinaba con amidón ou fibras de madeira, producía un material combustible lixeiro de peso e explosivo, que el denominou xiloidina. Uns poucos anos despois, en 1838, outro químico francés, Théophile-Jules Pelouze (profesor de Ascanio Sobrero e Alfred Nobel), tratou o papel e o cartón da mesma maneira. Jean-Baptiste Dumas obtivo un material similar, ao cal chamou nitramidina.
Algodón pólvora Arredor de 1846 Christian Friedrich Schönbeiniloi, un químico xermano-suízo, descubriu unha formulación máis práctica.Schönbein comunicou primeiro o seu descubrimento ao Naturforschende Gesellschaft de Basilea, Suíza o 11 de marzo de 1846:
Nunha carte, comunicou despois o seu descubrimento á Academia Francesa das Ciencias: Cando estaba traballando na cociña da súa casa en Basilea, verteu accidentalmente unha mestura de ácido nítrico (HNO3) e ácido sulfúrico (H2SO4) na mesa de cociña. Foi buscar un trapo, que era un mandil de algodón, e limpou a vertedura. Colgou o mandil na porta da estufa para que secase, e en canto estivo seco, produciuse un fulgor e o mandil ardeu. O seu método de preparación foi o primeiro que se utilizou. O método era mergullar unha parte de algodón fino en 15 partes dunha mestura a partes iguais dos ácidos sulfúrico e nítrico. Pasados dous minutos, retirábase o algodón e lavábase en auga fría para conseguir o nivel de esterificación desexado e eliminar todo residuo de ácido. O algodón era despois secado de vagar a unha temperatura por debaixo de 40 °C. Schönbein colaborou co profesor de Frankfurt Rudolf Christian Böttger, que descubrira o proceso independentemente ese mesmo ano.
Por coincidencia, un terceiro químico, o profesor de Brunswick F. J. Otto tamén producira algodón pólvora en 1846 e foi o primeiro en publicar o proceso, para desilusión de Schönbein e Böttger.Itzehoer Wochenblatt, 29 de outubro de 1846, col. 1626ff.
Os dereitos de patente da fabricación de algodón pólvora obtívoos John Hall & Son en 1846, e a produción industrial do explosivo empezou nunha fábrica feita a propósito en Marsh Works en Faversham, Kent, un ano despois. O proceso de fabricación non se comprendía ben e tomáronse poucas medidas de seguridade. Unha explosión grave matou en xullo case dúas ducias de traballadores, o que tivo como resultado o peche inmediato da planta. A fabricación de algodón pólvora cesou durante 15 anos ata que se consguiu idear un procedemento máis seguro.
O químico británico Frederick Augustus Abel desenvolveu o primeiro procedemento de seguridade para a produción de algodón pólvora, que patentou en 1865. Os tempos de lavado e secado da nitrocelulosa ampliáronse a 48 horas e repetíase oito veces. A mestura ácida cambiouse a dúas partes de ácido sulfúrico por unha parte de ácido nítrico. A nitración pode controlarse e axustar as concentracións dos ácidos e a temperatura de reacción. A nitrocelulosa é soluble nunha mestura de etanol e éter ata que a concentración de nitróxeno excede o 12 %. A nitrocelulosa soluble, ou unha solución dela, adoita denominarse colodión.
O algodón pólvora que contén máis do 13 % de nitróxeno (ás veces chamado nitrocelulosa insoluble) preparábase por unha exposición prolongada á calor e ácidos concentrados para o uso limitado como explosivo estourador ou para cabezas explosivas de armas submarinas como minas navais e torpedos. A produción segura e sostida de algodón pólvora comezou nas Waltham Abbey Royal Gunpowder Mills na década de 1860, e o material converteuse rapidamente no explosivo dominante e o estándar para as cabezas explosivas militares, aínda que seguía sendo demasiado potente para utilizalo como propelente. Preparáronse finalmente mesturas de colodión máis estables e que ardían máis lentamente usando ácidos menos concentrados a temperaturas menores para a pólvora sen fume en armas de fogo. A primeira pólvora sen fume práctica feita de nitrocelulosa para armas de fogo e munición de artillaría, inventouna o químico francés Paul Vieille en 1884.
Jules Verne vía o desenvolvemento do algodón pólvora con optimismo. Referiuse á substancia varias veces nas súas novelas. Os seus personaxes aventureiros levaban armas de fogo que empregaban esta substancia. Na súa obra Da Terra á Lúa, o algodón pólvora utilizábase para lanzar un proxectil ao espazo.
Debido ao seu aspecto esponxoso e case branco, os produtos de nitrocelulosa adoitan denominarse "algodóns", por exemplo, laca algodón, celuloide algodón, e algodón pólvora.
O algodón pólvora facíase orixinalmente de algodón (como fonte de celulosa) pero os métodos contemporáneos usan celulosa altamente procesada procedente da polpa de madeira. Aínda que o almacenamento do algodón pólvora é perigoso, os perigos que presenta poden minimizarse almacenándoo humedecido con diversos líquidos, como o alcohol. Por esta razón, os informes do uso de algodón pólvora que datan de inicios do século XX denomínano "algodón pólvora húmida". miniatura|A granada de lata de marmelada facíase na primeira guerra mundial usando algodón pólvora. A potencia do algodón pólvora faino axeitado para as explosións. Como impulsor de proxectís xera unhas seis veces máis gas que un volume igual de pólvora negra e produce menos fume e menos calor.