Kwas pikrynowy

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Kwas pikrynowy
Niepodpisana grafika związku chemicznego; prawdopodobnie struktura chemiczna bądź trójwymiarowy model cząsteczki Niepodpisana grafika związku chemicznego; prawdopodobnie struktura chemiczna bądź trójwymiarowy model cząsteczki
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny C6H3N3O7
Masa molowa 229,10 g/mol
Wygląd żółte kryształy[1]
Identyfikacja
Numer CAS 88-89-1
PubChem 6954[2]
Podobne związki
Podobne związki 1,3,5-trinitrobenzen
Pochodne (sole) pikrynian sodu; pikrynian amonu; pikrynian ołowiu
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Kwas pikrynowy (gr. pikros – gorzki, ze względu na gorzkawy smak; 2,4,6-trinitrofenol) – organiczny związek chemiczny z grupy związków nitrowych i fenoli, hydroksylowa pochodna 1,3,5-trinitrobenzenu.

Otrzymywanie[edytuj]

Reakcja fenolu z mieszaniną nitrującą prowadzi do powstania ciemnego wielkocząsteczkowego produktu utleniania, a nie kwasu pikrynowego. Typową metodą otrzymywania kwasu pikrynowego jest nitrowanie kwasu p-hydroksybenzenosulfonowego, otrzymywanego przez sulfonowanie fenolu. Inne sposoby to np. reakcja benzenu z 1,6% roztworem azotanu rtęci(II) w ~65% kwasie azotowym lub alkaliczna hydroliza 2-chloro-1,3,5-trinitrobenzenu:

(NO2)3C6H2Cl + KOH → (NO2)3C6H2OH + KCl

Właściwości[edytuj]

W temperaturze pokojowej kwas pikrynowy jest żółtym, krystalicznym ciałem stałym (może krystalizować w postaci białych lub żółtych igieł) o gęstości 1,77 g/cm³. Ciepło wybuchu wynosi 4522 kJ/kg, objętość właściwa gazów podczas detonacji wynosi 800 dm³/kg. Prędkość detonacji wynosi 7504 m/s (przy gęstości 1,56 g/cm³), temperatura pobudzenia 300 °C. Dość słabo rozpuszcza się w wodzie. Jest stosunkowo silnym kwasem, dorównuje niektórym kwasom mineralnym (stała dysocjacji Ka = 4,2×10−1, w porównaniu do 1,3×10−10 dla niepodstawionego fenolu), co jest spowodowane efektem mezomerycznym występującym między wiązaniami π w pierścieniu benzenowym fenolu a wiązaniami π pomiędzy atomami azotu i tlenu z grup nitrowych. Topi się w temperaturze 122,5 °C. Suchy kwas pikrynowy wybucha po podgrzaniu powyżej 300 °C, stopiony jest wrażliwy na bodźce mechaniczne. Reaguje z metalami tworząc jeszcze bardziej niestabilne solepikryniany (np. pikrynian sodu i pikrynian ołowiu).

Jest stosunkowo bezpieczny w użyciu, choć jest nieco wrażliwszy od trotylu na uderzenie - wybucha po trafieniu pociskiem karabinowym. Zapalony na otwartym powietrzu nie wybucha, lecz spala się spokojnie[5]. Opisany jest przypadek, gdy ponad 100 ton trójnitrofenolu spaliło się w wielkim pożarze w USA[6]. Obecność metali i możliwość stworzenia pikrynianów jest jednym z najważniejszych czynników ryzyka. Przykładowo w Huddersfield w 1900 roku wybuchł pożar w suszarni kwasu pikrynowego. Na żelaznych rurach grzewczych powstał pikrynian żelaza, którego zapłon zainicjował robotnik, który uderzył w rurę młotkiem. W fabryce we Francji nastąpił zapłon pikrynianu wapnia, który powstał wzdłuż torów wewnątrzzakładowej kolejki: drobinki kwasu, które przedostały się z ładunku do gleby zareagowały ze związkami wapnia zawartymi w glebie. Wybuch rozprzestrzenił się wzdłuż torów i spowodował pożar w wielu częściach fabryki[6].

Reaguje z wieloma związkami aromatycznymi tworząc trwałe kompleksy z przeniesieniem ładunku (charge-transfer).

W większych ilościach kwas pikrynowy jest toksyczny (LD50 (szczur, doustnie) wynosi 200 mg/kg). Działa drażniąco na skórę i oczy.

Historia[edytuj]

Kwas pikrynowy został po raz pierwszy otrzymany w 1771 r. przez angielskiego chemika Petera Woulfe'a w wyniku działania kwasem azotowym na indygo. Pierwszą syntezę kwasu pikrynowego bezpośrednio z fenolu przeprowadził w 1842 francuski chemik Auguste Laurent. W latach 80. XIX wieku zaczęto go stosować w pociskach artyleryjskich.

Z początkiem XX w. został w wojskowych zastosowaniach wyparty przez nieco słabszy, ale bezpieczniejszy trotyl, ale był wciąż powszechnie stosowany podczas pierwszej wojny światowej i drugiej wojny światowej[7].

Zastosowanie[edytuj]

Materiał wybuchowy[edytuj]

Schemat pocisku wypełnionego lidytem (stopionym i zestalonym kwasem pikrynowym). Zaznaczona jest warstwa lakieru (interior varnished), oddzielająca kwas pikrynowy od stalowej skorupy granatu i zabezpieczającej przed tworzeniem się niebezpiecznego pikrynianu żelaza

Trinitrofenol jest silnym kruszącym materiałem wybuchowym. W próbie Trauzla daje wydęcie w bloku ołowianym 250-350 ml; jeśli przyjąć wartość dla trotylu jako 100, dałoby to wartość 102-120[8].

Ze względu na tworzenie niestabilnych pikrynianów w kontakcie z metalami, pociski elaborowane kwasem pikrynowym musiały być od wewnątrz lakierowane lub cynowane. Czasami stosowano też osłony tekturowe lub drewniane[5]. Szczególnie niebezpieczne są ołowiu, żelaza i miedzi[8].

Francja[edytuj]

W 1886 kwas pikrynowy zmieszany z rozpuszczoną w eterze bawełną kolodionową został wprowadzony do Francji jako materiał do napełniania pocisków. W tym samym czasie Eugene Turpin wykazał zdolność do samodzielnej detonacji i większą siłę wybuchową czystego kwasu pikrynowego i opracowano metodę elaboracji pocisków stopionym kwasem pikrynowym; materiał ten zachował jednak nazwę "melinit"[9].

Kwas pikrynowy używano też w mieszaninach:

  • MDN - z dodatkiem 20% nitronaftalenu[10]
  • MP lub melinite/P - z dodatkiem 12% parafiny[11]
  • MMN - z dodatkiem 30% nitronaftalenu; używana była do napełniania pocisków przez nalewanie (jej temp. topnienia wynosiła ok 80°&nbspC)[12]

Japonia[edytuj]

Japończycy używali kwasu pikrynowego pod nazwą szimoza (ang. shimose)[13][14], od nazwiska Masachika Shimose[15], chemika, który opracował oparte na nim materiały wybuchowe. Szimozy używała Japońska Cesarska Marynarka Wojenna w czasie wojny japońsko-rosyjskiej[15] i II wojny światowej[16]. Prędkość detonacji japońskiego kwasu pikrynowego z czasów II wojny światowej wynosiła 7800 m/s[16].

Inne[edytuj]

Materiały tekstylne zabarwione kwasem pikrynowym

Kwas pikrynowy wykorzystywano do barwienia na żółto jedwabiu i wełny[7]. Był wykorzystywany jako środek bakteriobójczy[7].

Znajduje zastosowanie jako główny składnik roztworów trawiących w metalografii żelaza i stali.

Znajduje również zastosowanie w analizie chemicznej. Jego sole z różnymi aminami są najczęściej dobrze wykształconymi kryształami o konkretnej temperaturze topnienia.

Zobacz też[edytuj]

Przypisy

  1. a b Podręczny słownik chemiczny, Romuald Hassa (red.), Janusz Mrzigod (red.), Janusz Nowakowski (red.), Katowice: Videograf II, 2004, s. 214, ISBN 8371832400.
  2. Kwas pikrynowy (CID: 6954) (ang.) w bazie PubChem, United States National Library of Medicine.
  3. a b Polskie Towarzystwo Farmaceutyczne: Farmakopea Polska X. Warszawa: Urząd Rejestracji Produktów Leczniczych, Wyrobów Medycznych i Produktów Biobójczych, 2014, s. 4276. ISBN 978-83-63724-47-4.
  4. a b Kwas pikrynowy (ang.) w wykazie klasyfikacji i oznakowania Europejskiej Agencji Chemikaliów. [dostęp 2015-04-10].
  5. a b Jerzy Smurzyński: Chemia niszcząca. Materiały wybuchowe.. Warszawa: Wydawnictwo MON, 1963, s. 90-92, seria: Sowy.
  6. a b Urbański 1964 ↓, s. 530.
  7. a b c Korzun 1986 ↓, s. 139.
  8. a b Urbański 1964 ↓, s. 494.
  9. Oscar Guttmann: The manufacture of explosives, a theoretical and practical treatise on the history, the physical and chemical properties and the manufacture of explosives. T. II. New York: Macmillan, 1895, s. 159.
  10. Korzun 1986 ↓, s. 104.
  11. Korzun 1986 ↓, s. 109 i 113-114.
  12. Korzun 1986 ↓, s. 113-114.
  13. Korzun 1986 ↓, s. 182.
  14. Rudolf Meyer: Explosives. Wiley-VCH Verlag Gmbh, 2002, s. 256. ISBN 3527600515.
  15. a b Shimose, Masachika (1860 – 1911) (ang.). ndl.go.jp. [dostęp 2013-09-20].
  16. a b US Naval Technical Mission To Japan: Japanese Explosives, Fascicle O-1, Target O-25. US Navy, 1946, s. 8.

Bibliografia[edytuj]

  • Mikołaj Korzun: 1000 słów o materiałach wybuchowych i wybuchu. Warszawa: Wydawnictwo MON, 1986.
  • Tadeusz Urbański: Chemistry and Technology of Explosives. T. I. Oxford: Pergamon Press, 1964.