Оглавление Видео опыты по химии Видео опыты по физике На главную страницу

Химия и Химики № 1 2014

Журнал Химиков-Энтузиастов





Получение и горение нитроцеллюлозы


Феерверкер


Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter


Получил нитроцеллюлозу по рецептуре [1] (количества веществ увеличил вдвое, и плюс увеличил количество азотной кислоты).

Мной было использовано 100 грамм конц. азотной кислоты (дымящей - самостоятельно получил из аммиачной селитры), 200 грамм конц. серной кислоты (выпаренный электролит) и 10 грамм хлопковой ваты (все взвешивал с точностью до 0.01 грамма - чтобы можно было точно узнать, сколько вата прибавит в весе).

Смешал кислоты, дал сосуду постоять в бочке с водой (кстати, температура поднялась не сильно: градусов на 5, максимум, на 10). Но из нитрующей смеси продолжали активно лететь пары азотной кислоты, пришлось "изобретать" влажную ткань, для защиты дыхания. В прохладную нитрующую смесь стал по кусочкам добавлять вату и тщательно ее "вымачивать" (очень важно, чтоб вата пропиталась полностью). Когда погрузил всю вату, закрыл банку крышкой (лучше использовать колбу с пробкой на шлифе, но все мои колбы были заняты, поэтому решил, что, несмотря на пары кислоты, металлическая крышка продержится).

Поставил в темное место на неделю, перемешал содержимое два раза. Когда прошла неделя - вынул вату из банки, поместил на пластиковое сито (для заваривания чая), тщательно отжал нитрующую смесь (кислоты сливал в банку, кстати, смесь продолжала активно дымить). Промыл вату 200 мл воды (чтобы из этой воды потом можно было регенерировал серную кислоту), затем переложил вату в миску с водой.

Тщательно вату отжал, слил воду, налил новую порцию воды, и так четыре раза. Потом (не высушивая) распушил вату, положил на большое сито (для муки), минуты три промывал теплой проточной водой, затем промыл нитроцеллюлозу 300 мл дистиллированной воды и оставил сушиться на печке.

После сушки взял малюсенький кусочек ваты, внес (держа пинцетом) в пламя газовой горелки - произошла моментальная вспышка: значит, нитроцеллюлоза высохла (и что более важно, это была действительно нитроцеллюлоза - у меня получалось!). Подержал вату еще пару часов на печке (для верности). Скомкал вату в комок, положил на весы, получилось 17.5 грамм, значит, вата прибавила в весе 7.5 грамм.

При поджигании на ладони нитрованная вата горит быстро и практически не греет кожу (слабое тепло чувствуется, однако, до ГМТД ей далеко).

Получение и горение нитроцеллюлозы
Получение нитроцеллюлозы

Получение и горение нитроцеллюлозы

Получение и горение нитроцеллюлозы

Получение и горение нитроцеллюлозы

Получение и горение нитроцеллюлозы

Получение и горение нитроцеллюлозы

Получение и горение нитроцеллюлозы

Получение и горение нитроцеллюлозы

Получение и горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы

Горение нитроцеллюлозы




__________________________________________________
1 А.А. Солонина Лабораторное приготовление взрывчатых веществ. Пособие для практических занятий в лаборатории (1925) [ссылка]

Методика:
Пироксилин получается действием азотной кислоты HNO3 на клетчатку (C6H10O5)x. Для лабораторных опытов можно брать вату; для усиления действия азотной кислоты добавляют серную кислоту H2SO4 действие серной кислоты, прежде всего, объясняется тем, что последняя удаляет воду из круга взаимодействия азотной кислоты на клетчатку; в зависимости от крепости кислот, их отношения к количеству клетчатки и т.п., получаются пироксилины, содержащие различное количество азота.

Приняв по Вьелю х=4 т.е., C24H40O20 [K1] действие азотной кислоты можно выразить следующими уравнениями:

C24H40O20 + 12 HNO3 = C24H28O8(ONO2)12 + 12 H2O
C24H40O20 + 11 HNO3 = C24H29O9(ONO2)11 + 11 H2O и т.д.



Лабораторное приготовление рыхлого пироксилина мы будем, по возможности, вести в тех условиях, как это производится на русских заводах; опишем производство 2-х сортов пироксилина: нерастворимого и растворимого, смесь которых в настоящее время употребляется для фабрикации бездымного пороха на наших заводах. За образец мы взяли фабричное приготовление пироксилина на Охтенских пороховых заводах и изменили детали, сообразно лабораторным условиям. Все лабораторное производство пироксилина можно разбить на следующие пять операций:

1) подготовка хлопка (в данном случае ваты);

2) приготовление кислотной смеси (азотной и серной);

З) нитрование хлопка;

4) промывка пироксилина;

5) сушка пироксилина;

1) Подготовка хлопка.
Вата, которая употребляется для приготовления рыхлого пироксилина, тщательно перебирается руками для отделения случайных примесей. Хорошо брать для этой цели белую гигроскопическую вату.

Вата сушится непрерывно в продолжении 2-3-х часов в сушильном шкафу при температура около 100°C; при сушке вата кладется тонким слоем в фарфоровую чашку или другой открытый сосуд. Охлаждают высушенную вату в эксикаторе над серной кислотой в течение часа.

2) Приготовление кислотной смеси.
Во время сушки можно приготовлять кислотную смесь. Расчет будем вести на 5 г. ваты. Чтобы получить нерастворимый пироксилин, на Охтенском пироксилиновом заводе берут смесь, содержащую моногидрата HNO3 - 21.5% по весу, моногидрата H2SO4 - 70.5% по весу и воды 8% по весу; для растворимого пироксилина 18% моногидрата - HNO3, 68% моногидрата H2SO4 и 14% воды. Смеси же берется на заводе 1 килограмм (при работе с небольшим количеством хлопка можно брать меньше). Плотность кислот обычно быстро определяется при помощи 1) весов Mohr-Westphal'я или менее точно 2) при помощи ареометра.

Так для нерастворимого пироксилина: A=70.5%; B=21.5% то если взяли 100 г серной кислоты, содержащей 95.6% моногидрата H2SO4 или плотностью 1.84 г/мл, то по уравнениям (1) и (2) вычисляется, что надо прибавить 35.6 г азотной кислоты, с содержанием моногидрата 81.8%, что соответствует плотности 1.463 г/мл; для приготовления же 1 кг смеси 737 г серной кислоты, плотностью 1.84 г/мл, и 263 г азотной кислоты, плотностью 1.46 г/мл.

3) Нитрование хлопка.
Разрезанная на возможно мелкие кусочки навеска ваты (5 г) опускается постепенно в стакан, куда налита охлажденная до комнатной температуры кислотная смесь, и затем перемешивается стеклянной палочкой. Вата, напитанная вышеуказанным количеством кислот, покрывается затем стеклянной пластинкой остается стоять в стаканчике: 12 часов - при приготовлении нерастворимого и 4 часа при приготовлении растворимого пироксилина.

4)Промывка пироксилина.
После нитрации пироксилин, насколько возможно, отжимается от кислот и уже после этого подвергается промывке. Сначала промывают холодной водой в течении 1/4 часа.

Для этого пироксилин перемещают в большую стеклянную чашку или стакан и пускают в сосуд с пироксилином из-под крана, при помощи каучуковой трубки, небольшую струю холодной воды; вода все время меняется, поэтому к посуде приспосабливается сифон. Во время промывки рекомендуется помешивать пироксилин стеклянной палочкой.

После холодной промывки пироксилин отжимается и промывается горячей водой. Для этого в колбе, или лучше в жестяном цилиндре, нагревают воду до кипения и пар, при помощи трубки, проводится в стакан или коническую колбу с пироксилином, в которую заранее приливают такое количество воды, чтобы весь пироксилин был покрыт водой.

Горячая промывка повторяется 8 раз; 1-я, 7-я и 8-я без всяких примесей, а при 2-ой, 3-й, 4-й, 5-й и 6-й промывках прибавляется в коническую колбу, где производится промывка, по 0,2 г (расчет на 5 г пироксилина) соды. Пропускание пара продолжается за раз не менее полутора часов; затем вода выливается из колбы, насыпается, если нужно 0,2 г соды и опять пропускается пар и т.д.

5) Сушка пироксилина.
Вода отжимается, насколько возможно, ручным прессом пироксилин кладется между листами фильтровальной бумаги и сушится в сушильном шкафу при температуре не выше 50°C. Пироксилин надо сушить не менее 6-8 часов до постоянного веса. Охлаждается в эксикаторе над серной кислотой и взвешивается. Выход пироксилина при этом обычно получается такой, что из 5 г ваты получается около 8 г пироксилина.



Комментарии
К1 Со времен профессора Солонина наши представления о полимерах изменились радикально. На самом деле х - количество звеньев глюкозы в молекуле целлюлозы - составляет не 4, а сотни и тысячи.


<Полимеры, Мономеры, Природные полимеры, Пластмассы> <Огонь на ладони (Холодный огонь)>

<Химические вулканы и Фараоновы змеи ч.2> <Химические вулканы ч.1> < Опыты со щелочными металлами > < Опыты со щелочными металлами 1 > [Эксперименты с ацетиленом, метаном, пропаном и бутаном] <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 1> <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 2> <Эксперименты с фосфором ч.1> <Эксперименты с фосфором ч.2> <Эксперименты с водородом 1> <Эксперименты с водородом 2> <Эксперименты с водородом 3> <Хлористый азот (трихлорид азота). Иодистый азот (нитрид иода)> <Перекись ацетона, ГМТД, органические перекиси> <Черный порох> <Кумулятивный эффект (№5 2011)> <Нитроглицерин, Этиленгликольдинитрат, Нитроэфиры, Нитропроизводные> <Огонь от капли воды (№1 2012)> <Ртуть, Амальгамы, Соединения Ртути>
<Пироксилин (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]