Нитроглицерин (НГ), (алтернативно писање нитроглицерина) такође познат као тринитроглицерин (ТНГ), нитро, глицерил тринитрат (ГТН), или 1,2,3-тринитроксипропан, је експлозивна супстанца са хемијском формулом C3H5(ONO2)3, а то је густа, безбојна, уљаста, експлозивна течност која се најчешће производи при формирању нитролне киселине у одговарајућим условима беле киселине. Хемијска супстанца је органско нитратно једињење, а не нитро једињење, али је традиционални назив задржан. Открио га је 1847. године Асканио Собреро, нитроглицерин се од тада користи као активни састојак у производњи експлозива, односно динамита, и као такав се користи у грађевинарству, рушењу и рударству.
Од 1860. коришћен је као активни састојак у производњи експлозива, специфично динамита, и као такав коришћен је у рударству. Такође је од 1880. био коришћен у војсци као активни састојак и желатинизатор за нитроцелулозу у неким чврстим ракетним горивима, као Кордит и Балистит.
Нитроглицерин се користи више од 130 година у медицини као моћан вазодилататор (који изазива дилатацију васкуларног система) за лечење крвних судова као и срчаних обољења, као што су ангина пекторис и хронична срчана инсуфицијенција. Иако је раније било познато да су ови корисни ефекти последица претварања нитроглицерина у азот оксид, снажан венодилататор, ензим за ову конверзију откривен је тек 2002. године као митохондријална алдехид дехидрогеназа (АЛДХ2).
Назив
Тренутни термин нитроглицерин није прецизан према ИУПАЦ номенклатури, јер префикс нитро означава да је NO2 група везана за атом угљеника. Међутим, у глицерин тринитрату, алкилни остатак је везан за сваки атом азота преко једног атома кисеоника, што представља неку врсту моста, због чега је заправо триестар азотне киселине.
Још прецизнији од термина глицерин тринитрат је термин глицерин трис (нитрат), где префикс трис означава да киселински остатак није кондензат састављен од три молекула HNO3, већ да се естерификује три пута по молекулу. Ознака глицерин је заправо тривијално име за трихидрични алкохол пропан-1,2,3-триол, за који је тачан назив пропантриол тринитрат као естар азотне киселине (који се назива и нитроглицерин).
Историја
Нитроглицерин је био први произведени практични експлозив који је био јачи од црног барута. Први пут га је синтетизовао италијански хемичар Асканио Собреро 1847. године, радећи под вођством Теофила-Жула Пелуза на Универзитету у Торину. Собреро је првобитно своје откриће назвао пироглицерином и енергично упозорио да се не користи као експлозив. On p. 197, Sobrero names nitroglycerin "pyroglycerine": "Quelle gocciole costituiscono il corpo nuovo di cui descriverò ora le proprietà, e che chiamerò Piroglicerina." (Those drops constitute the new substance whose properties I will now describe, and which I will call "pyroglycerine".)
Алфред Нобел је касније усвојио нитроглицерин као комерцијално користан експлозив , који је експериментисао са сигурнијим начинима да се носи са опасним једињењем након што су његов млађи брат Емил Оскар Нобел и неколико фабричких радника погинули у експлозији у Нобеловој фабрици наоружања 1864. у Хеленеборгу у Шведској. Његова фирма извозила је мешавину нитроглицерина и барута под именом Шведско Експлозивно Уље, али је било јако нестабилно. Резултат те екстремне нестабилности су бројне трагичне катастрофе.
Годину дана касније, Нобел је основао Алфред Нобел анд Цомпани у Немачкој и изградио изоловану фабрику у брдима Крумел у Геестахту у близини Хамбурга. Овај посао извозио је течну комбинацију нитроглицерина и барута под називом „Уље за минирање“, али је то било изузетно нестабилно и тешко за руковање, о чему сведоче бројне катастрофе. Зграде фабрике Крумел су два пута уништаване..
У априлу 1866, неколико сандука нитроглицерина је отпремљено у Калифорнију, од којих су три биле намењене железници Централног Пацифика, која је планирала да експериментише са њим као експлозивним средством како би убрзала изградњу дугог тунела на врху планине Сијера Нева. Један од преосталих сандука је експлодирао, уништивши канцеларију компаније Веллс Фарго у Сан Франциску и убивши 15 људи. То је довело до потпуне забране транспорта течног нитроглицерина у Калифорнији. Због тога је била потребна производња нитроглицерина на лицу места за преостало бушење и минирање у тврдим стенама за завршетак Прва трансконтинентална пруга у Северној Америци.
На Божић 1867. године, покушај да се одложи девет канистера са уљем за пескарење које је било илегално ускладиштено у хотелу Вхите Сван Инн у центру Њукасла на Тајну, резултирао је експлозијом на Таун Моору у којој је погинуло осам људи. У јуну 1869. године, два вагона од једне тоне натоварена нитроглицерином, тада локално познатом као Повдер-Оил, експлодирала су на путу у селу Цвм-и-гло у Северном Велсу. Експлозија је довела до губитка шест живота, много повреда и велике штете у селу. Од два коња пронађен је мали траг. Влада Уједињеног Краљевства била је толико узнемирена због штете која је настала и шта се могло догодити на једној градској локацији (ове две тоне су биле део већег терета који је долазио из Немачке преко Ливерпула) да је убрзо донела Закон о нитро-глицерину из 1869.North Wales Daily Post newspaper of October 14th 2018. Течни нитроглицерин је такође био забрањен на другим местима, а ова законска ограничења довела су до тога да су Алфред Нобел и његова компанија развили динамит 1867. Ово је направљено мешањем нитроглицерина са дијатомејско земљом пронађеном у брдима Крумел. Сличне мешавине, као што су "дуалине" (1867), "литхофрацтеур" (1869) и "гелигните" (1875), настале су мешањем нитроглицерина са другим инертним апсорбентима, а многе комбинације су испробале и друге компаније у покушајима да заобиђу Нобелове чврсто држане патенте за динамит.
Мешавине динамита које садрже нитроцелулозу, која повећава вискозитет мешавине, опште су познате као "желатини".
Након открића да амил нитрит помаже у ублажавању болова у грудима, лекар Вилијам Марел је експериментисао са употребом нитроглицерина за ублажавање ангине пекторис и смањење крвног притиска. Почео је да лечи своје пацијенте малим разблаженим дозама нитроглицерина 1878. године, а овај третман је убрзо уведен у широку употребу након што је Муррелл објавио своје резултате у часопису Тхе Ланцет 1879. године. Неколико месеци пре његове смрти 1896. године, Алфреду Нобелу је преписан нитроглицерин за ово срчано обољење, пишући пријатељу: „Зар није иронија судбине да ми је прописан нитроглицерин, да га узимам интерно! Зову га тринитрин, да не би уплашили хемичара и јавност. Медицинска установа је такође користила назив „глицерил тринитрат“ из истог разлога.
Ратне стопе производње Велике количине нитроглицерина су произведене током Првог и Другог светског рата за употребу као војно гориво и у војном инжењерингу. Током Првог светског рата, ХМ Фацтори, Гретна, највећа фабрика горива у Уједињеном Краљевству, производила је око кордита РДБ недељно. Ова количина захтевала је најмање нитроглицерина недељно (под претпоставком да нема губитака у производњи). Краљевска морнарица је имала сопствену фабрику у кордита Роиал Нави, Холтон Хеатх, у Дорсету, Енглеска. Велика фабрика кордита је такође изграђена у Канади током Првог светског рата Фабрика кордита Цанадиан Екплосивес Лимитед у Нобелу, Онтарио, дизајнирана је да производи кордита месечно, за шта је потребно око нитроглицерина месечно.
Својства
У нормалним условима температуре и притиска, нитроглицерин је безбојна течност без мириса, слабо растворљива у води, слатког укуса, која чак и у релативно малим дозама изазива главобољу. Тачка топљења варира између у зависности од изомера. Због присуства нитро - група у свом молекулу, то је релативно нестабилна супстанца, која бурно реагује на релативно мали унос енергије, реагујући јако егзотермна. Нитроглицерин већ експлодира при енергији удара чекића од који пада са висине од , течност за кратко време постаје гас, што доводи до брзог повећања запремине.
Својства:
Тачка топљења: Растворљивост у води: 1500 mg/L на Притисак гаса: 3,5·10-4 mbar на Брзина детонације: 6700-8350 m/s Густина: 1,599 g/cm³ Контејнер за бомбардовање: 520 ml/10 g Осетљивост на удар: 0,2 Nm (0,02 kpm) Осетљивост на трење: до 36 kp без реакције Калорична вредност: 6,535 MJ/kg ТНТ еквивалент: 2.0 Запремина продуката експлозије: 720 l/kg
Припрема
Нитроглицерин се припрема нитрацијом глицерина у коју се уводе 3 нитро групе (-NO2), које потичу од азотне киселине (HNO3):
HNO3 + H2SO4 → H2NO3+ + HSO4- H2NO3+ → NO2+ + H2O HSO4- + H+ → H2SO4 3HNO3 + C3H5(OH)3 → C3H5(ONO2)3 + 3H2O
Синтеза
Нитроглицерин се добија естерификовањем глицерина концентрованом азотном киселином, у присуству концентроване сумпорне киселине:
C3H5(OH)3 + 3HNO3 = C3H5(ONO2)3 + 3H2O
Реакција се одвија уношењем смеше киселина у охлађени глицерин, и то због тога што је реакција веома егзотермна, глицерин може експлодирати под самим утицајем топлотне енергије развијене током реакције и додавања HCl. Такође се користи у лечењу аналних фисура у саставу од 0,2%. Даје резултате на некроним фисурама.
Хемијска реакција
4 C3H5(ONO2)3 → 12 CO2 + 10 H2O + 6 N2 + O2
Ова реакција објашњава веома велику експлозивну моћ нитроглицерина; као што се види из 4 мола нитроглицерина настаје око 30 мола гасова. Температура гасова након распадања (експлозије) достиже што ствара огроман притисак у почетној запремини нитроглицерина.
Нестабилност и десензибилизација
У свом неразређеном облику, нитроглицерин је контактни експлозив, са физичким ударом који изазива експлозију. Ако није адекватно пречишћен током производње, може се временом разградити у још нестабилније облике. Ово чини нитроглицерин веома опасним за транспорт или употребу. У свом неразређеном облику, један је од најмоћнијих експлозива на свету, упоредив са недавно развијеним РДКС и ПЕТН.
Рано у својој историји, откривено је да је течни нитроглицерин „десензибилизован“ замрзавањем на температури испод у зависности од његове чистоће. Његова осетљивост је донекле непредвидива на шок док је замрзнут: „Неосетљивији је на удар од ударне игле или метка за пушку када је у том стању, али с друге стране изгледа да је склонији да експлодира при ломљењу, дробљењу, набијању итд.“ Замрзнути нитроглицерин је много мање енергичан од течног, па се пре употребе мора одмрзнути. Одмрзавање може бити изузетно осетљиво, посебно ако су присутне нечистоће или је загревање пребрзо. Етилен гликол динитратили други полинитрат се може додати да би се снизила тачка топљења и на тај начин избегла неопходност одмрзавања смрзнутог експлозива.
Хемијски "десензибилизирајући" нитроглицерин је могућ до тачке у којој се може сматрати једнако "сигурним" као и модерни високи експлозиви, као што је додавање етанола, ацетона или динитротолуена. Нитроглицерин ће можда морати да се екстрахује из хемикалије за десензибилизацију да би се обновила његова ефикасност пре употребе, на пример додавањем воде да би се извукао етанол који се користи као десензибилизатор.
Детонација
Брзина детонације нитроглицерина је 7820 метара у секунди, што је око 113% брзине ТНТ-а. Сходно томе, нитроглицерин се сматра високо експлозивом смешом, што ће рећи да има одличну способност разбијања. Топлота која се ослобађа током детонације подиже температуру гасовитих нуспроизвода на око . Са стандардном енталпијом експлозивног разлагања од -1414 кЈ/ мол и молекулском тежином од 227,0865 г/мол,NIST, "Chemistry WebBook, SRD 69", Nitroglycerin нитроглицерин има специфичну густину експлозивне енергије од 1,488 килокалорија по граму, или 6,23 кЈ/г, чинећи нитроглицерин 49% енергичнијим на основу масе од стандардне дефиниционе вредности која је додељена ТНТ-у (тачно 1 кцал/г).
Производња
Нитроглицерин се може произвести киселином катализованом нитрацијом глицерола (глицерина).
thumb|upright=1.5|Синтеза нитроглицерина: