Content | Chemistry experiments - video | Physics experiments - video | Home Page - Chemistry and Chemists |
Chemistry and Chemists № 1 2025 Journal of Chemists-Enthusiasts |
Acetone, Acetone Peroxide, and Chloroacetone - pt. 1, 2, 3 Bad Chemist |
Having noticed a mistake in the text, allocate it and press Ctrl-Enter
This text is a work of fiction. All events described take place "in a distant galaxy far, far away," where the laws of physics differ from those in our galaxy. Any resemblance to real events, people, places, or properties of substances is purely coincidental.
First Synthesis of Acetone Peroxide - part 1
When I was a child, acetone was one of the most important solvents, both in everyday life and in industry. It was inexpensive and widely available. Acetone was commonly used for removing nail polish, diluting paint, degreasing surfaces before processing, and as a solvent in the production of varnishes, paints, and in organic synthesis.
Ацетон, перекись ацетона и хлорацетон Первый синтез перекиси ацетона - часть 1 Acetone can dissolve both hydrophobic substances (fats, oil paints, petroleum products) and hydrophilic ones. Interestingly, acetone mixes with water in all proportions forming a homogeneous solution. Moreover, acetone is relatively low in toxicity - unlike many other solvents used in everyday life and industry. However, strict regulations were later imposed on acetone under the guise of combating drug trafficking. In reality, these restrictions were a means of instilling corruption and unfair competition, as obtaining permits to work with acetone involves significant additional costs and bribes to government officials. A similar situation occurred with concentrated hydrochloric and sulfuric acids. In my childhood, these acids were freely available in stores and their purchase raised no suspicions. Nowadays, they have been virtually classified alongside illicit substances as if these are drugs. With the disappearance of readily available acetone, the opportunity to carry out fascinating chemical demonstrations also faded. I'll mention just three examples... 1. Acetone instantly dissolves polystyrene foam, which is a solid foam made from polystyrene. There are many variations of this experiment. For example, if you drop a large piece of polystyrene foam into a crystallizer containing acetone, it seems to "disappear"! 2. When I was a child, there was a nitrocellulose-based glue called "AGO," made in Latvia. This glue was apparently a solution of nitrocellulose in acetone. I believe it was partially nitrated cellulose (pyroxylin), not fully nitrated cellulose, which is used in the production of smokeless powder. If you drop this glue into water, the droplet on the surface behaves like a "giant amoeba," moving chaotically. The movement is caused by jets of acetone shooting from the droplet into the water, through a membrane of nitrocellulose, until all the acetone is transferred from the glue into the water. If you're looking to recreate this glue, nitrocellulose is still relatively easy to find. It was once used in making plastics, such as school rulers or table tennis balls, many of which can still be found today. Nitrocellulose was also used in old film stock (it was used for capturing movies). However, acetone is now way less readily available. 3. Flameless combustion of acetone on a hot copper wire. This experiment is simpler to repeat because acetone can be replaced with ethyl alcohol, but it works better with acetone. Imagine my joy when a friend told me that acetone was once again available at the supermarket after years of absence! I bought some immediately to conduct experiments with nitrocellulose. My first goal was to recreate the "man-made amoeba" that I hadn't seen in over 40 years! The results, however, were different from what I remembered. I concluded that the difference was due to my using smokeless powder (specifically the "Sokol" ("Falcon") brand, commonly used by hunters) dissolved in acetone, rather than partially nitrated cellulose. I wanted to continue experimenting with the "amoeba," but other work arose. Among these tasks was synthesizing acetone peroxide. When people hear about this compound, they often think of "amateur pyrotechnicians," terrorists, or the military's attempts - mostly unsuccessful - at finding a practical use for this compound. Indeed, acetone peroxide is a highly effective initiating explosive that is relatively easy to synthesize - if you have acetone, of course - but it comes with significant risks. However, the uses of acetone peroxide are not confined to explosives. For instance, it has been proposed for bleaching flour due to its oxidizing properties. Acetone peroxide is also an efficient initiator of polymerization reactions in various syntheses, along with other organic peroxides, because of its ability to generate free radicals. My colleagues asked me to synthesize it for this specific purpose, having learned that I had obtained acetone peroxide many years ago. By the way, I had never detonated it (what a shame!). Rather than overthinking the process, I decided to follow an old methodology from the book on lecture chemical demonstrations [1]. It recommends mixing equal volumes of acetone, 30% hydrogen peroxide, and hydrochloric acid while keeping the mixture cooled with ice. A white precipitate of acetone peroxide forms almost immediately. I recalled that if the mixture is not properly cooled, chloroacetone - a lachrymatory substance (tear gas) - may form. The book suggests using 10 ml of each reagent, but I opted for 30 ml. The concentration of hydrochloric acid is not specified in the method. Years ago, I used concentrated hydrochloric acid. My second attempt was successful, but during the first synthesis, I neglected to cool the reaction mixture, resulting in the formation of chloroacetone. I was able to experience firsthand its irritative effect. This time, I chose to use hydrochloric acid at a concentration of 13.5%. Why? Hydrochloric acid at concentrations of 15% or higher (as well as sulfuric acid of 45% or higher concentrations) is strictly regulated. According to our government, possessing 15% hydrochloric acid makes you a criminal and a drug lord, and therefore you must spend the rest of your days in prison. But if you have 14.9% hydrochloric acid, you're a law-abiding citizen. Therefore, I was forced to use diluted 13.5% hydrochloric acid, which is freely available. This time, I didn't neglect cooling: I froze water in a plastic bottle, crushed the ice, and used it for an ice bath. I measured out 30 ml each of acetone, hydrochloric acid, and 30% hydrogen peroxide using a graduated cylinder. The first surprise: the hydrochloric acid turned yellow-orange when poured into the cylinder. I assumed there was some contamination on the glass surface, something soluble in hydrochloric acid but not in water. I had encountered this issue before when I degreased coins with acetone and then treated their surface with hydrochloric acid. After this event, I thoroughly washed the graduated cylinder, as you see washing didn't help. I poured the orange acid into the sink and measured a fresh portion of hydrochloric acid. I poured each of the three liquids into separate glasses and cooled them in the ice bath. Then, while keeping the mixture in the ice bath, I simultaneously added the hydrochloric acid and hydrogen peroxide to the acetone, stirring thoroughly. Another surprise: the solution turned yellow-orange again when the hydrochloric acid was added. Why? Fortunately, the color soon disappeared, and the solution became cloudy. I was hopeful, thinking that acetone peroxide was precipitating. However, the turbidity faded within seconds, and the liquid cleared up - no solid precipitate had formed. The synthesis failed. I began to figure out the reason for the failure. __________________________________________________ 1 See the article Preparation of acetone peroxide [link]. |
Ацетон, перекись ацетона и хлорацетон
Данный текст является художественным вымыслом, все описанные события происходили "в одной весьма далекой галактике", которая подчиняется другим законам физики по сравнению с нашей галактикой. Любое совпадение с реальными событиями, персоналиями, местами, свойствами веществ и т.д. является случайным.
Первый синтез перекиси ацетона - часть 1
Во времена моего детства ацетон был один из важнейших растворителей, как в быту, так и в промышленности. Ацетон был дешевым и общедоступным. Ацетоном снимали лак с ногтей, разбавляли краску, обезжиривали поверхности деталей перед их обработкой, ацетон использовали в качестве растворителя в производстве лаков, красок, в органическом синтезе и т.д.
Ацетон способен растворять как гидрофобные вещества (жиры, масляные краски, нефтепродукты), так и гидрофильные (к слову, ацетон неограниченно смешивается с водой). Кроме того, ацетон малотоксичен - в отличие от многих других растворителей, применяемых в быту и в промышленности. Потом ацетон попал под строгие ограничения - под поводом борьбы с незаконным оборотом наркотиков. Реально эти ограничения были средством насаждения коррупции и недобросовестной конкуренции, поскольку выдача разрешений на работу с ацетоном требует немалых дополнительных расходов, а также дачи взяток представителям государственных органов. Аналогичная ситуация имела место с концентрированными соляной и серной кислотами. Если во времена моего детства они свободно продавались в магазинах (и их покупка не вызывала никаких подозрений), то сейчас упомянутые кислоты фактически прировняли к наркотикам. С исчезновением доступного ацетона исчезла возможность проводить захватывающие химические демонстрации. Назову только три. 1. Ацетон моментально растворяет пенопласт, который представляет собой твердую пену, состоящую из полистирола. Есть много вариаций этого эксперимента. Например, в кристаллизатор с ацетоном вы опускаете большой кусок пенопласта, а он... "исчезает"! 2. Во времена моего детства продавался нитроцеллюлозный клей под названием "AGO", который изготовляли в Латвии. Судя по всему, клей представлял собой раствор нитроцеллюлозы в ацетоне (думаю, что это была частично нитрованная целлюлоза - пироксилин, а не полностью нитрованная целлюлоза, последняя используется для изготовления бездымного пороха). Так вот, если этот клей капнуть в воду, то капелька на поверхности ведет себя, словно "огромная амеба" - непрерывно и хаотически двигается. Причиной движения капли являются струи ацетона, которые "выстреливают" из капли в воду через мембрану из нитроцеллюлозы. Это происходит до тех пор, пока весь ацетон не перейдет из клея в воду. Если вы хотите получить аналог упомянутого клея, нитроцеллюлозу найти легко - раньше из нее получали пластмассу, из которой изготавливали такие изделия как школьные линейки или мячики для настольного тенниса. С тех пор немало таких изделий осталось. А еще раньше из нитроцеллюлозы делали кинопленку. Зато ацетон теперь недоступен. 3. Беспламенное горение ацетона на раскаленной медной проволоке. В данном случае проще - ацетон можно заменить этиловым спиртом, но с ацетоном эксперимент получается лучше. Представьте мою радость, когда друг сказал, что после многих лет отсутствия, ацетон снова свободно продается в супермаркете! Я сразу же его купил, чтобы провести эксперименты с нитроцеллюлозой. Прежде всего, воспроизвести "рукотворную амебу", которую в последний раз видел лет 40 назад! Эксперимент получился не так, как в детстве. Я решил, причина различий состоит в том, что я растворил в ацетоне не частично нитрованную целлюлозу, а бездымный порох марки "Сокол" (его используют охотники). Хотел продолжить эксперименты с "амебой", но появилось много другой работы. В частности, меня попросили синтезировать перекись ацетона. Многие при упоминании этого вещества представляют "домашних пиротехников", террористов или длительные и не очень успешные попытки военных разных армий мира найти применение данному веществу. Действительно, перекись ацетона является хорошим инициирующим взрывчатым веществом, которое легко синтезировать (если у вас есть ацетон, разумеется), зато с ним возможны многочисленные проблемы. С другой стороны, применение перекиси ацетона не исчерпывается взрывами. В частности, перекись ацетона была предложена для отбеливания муки (за счет окислительных свойств). Еще перекись ацетона служит хорошим инициатором реакции полимеризации в различных синтезах (наряду с другими органическими перекисями - за счет образования свободных радикалов). Именно для этой цели ее и попросили синтезировать, узнав, что я много лет назад уже получал данное вещество, хотя до сих пор ни разу его не взрывал. Чтобы долго не думать, решил использовать старую методику, приведенную в книге, посвященной лекционным химическим демонстрациям [1]. Там рекомендуют смешать равные объемы ацетона, 30% перекиси водорода и соляной кислоты при охлаждении льдом. Сразу же выпадает белый осадок перекиси ацетона. Вспомнил, что, если смесь не охлаждать, возможно образование хлорацетона, вещества, которое является лакриматором. В книге рекомендуют брать по 10 мл веществ, я решил использовать по 30 мл. Концентрация соляной кислоты в упомянутой методике не указана. Много лет назад я использовал концентрированную соляную кислоту. Второй синтез был успешным, зато в первый раз я пренебрег охлаждением реакционной смеси, потому вместо перекиси ацетона получил хлорацетон и смог оценить его слезоточивое действие. В этот раз я решил применить соляную кислоту концентрации 13.5%. Почему? Соляная кислота концентрации 15% и выше (а также серная кислота концентрации 45% и выше) подпадает под строгие ограничения. С точки зрения нашего государства, если у вас есть соляная кислота концентрации 15%, это значит, что вы - преступник и наркобарон, а потому должны провести остаток дней в тюрьме. Зато, если у вас кислота концентрации 14.9%, - все нормально, вы - добропорядочный гражданин. Именно поэтому мне пришлось использовать разбавленную соляную кислоту концентрации 13.5%, которая свободно продается. В этот раз я не стал пренебрегать охлаждением: заморозил в пластиковой бутылке воду, затем измельчил лед и использовал его для ледяной бани. Отмерил цилиндром по 30 мл ацетона, соляной кислоты и 30% пероксида водорода. Первая неожиданность: соляная кислота стала желто-оранжевой, будучи налитой в цилиндр. Я предположил, что на поверхности стекла присутствовало какое-то загрязнение, растворимое в соляной кислоте, но нерастворимое в воде. Такое у меня уже было, когда я сначала обезжиривал монеты ацетоном, а потом обрабатывал их поверхность соляной кислотой. Тогда я тщательно вымыл мерный цилиндр, но, как видите, это не помогло. Вылил в раковину оранжевую кислоту, налил в цилиндр новую порцию соляной кислоты. Каждую из трех жидкостей налил в отдельный стакан, охладил льдом. Затем на ледяной бане к ацетону одновременно добавил соляную кислоту и перекись водорода, тщательно перемешал. Добавление соляной кислоты вызвало появление желто-оранжевой окраски. Опять! Ну почему? К счастью, окраска раствора вскоре исчезла, образовалась мутная жидкость. Я обрадовался, думая, что выпал осадок перекиси ацетона. Однако, мутность раствора через несколько секунд исчезла и стало видно, что твердая фаза отсутствует! Осадок перекиси ацетона не образовался - синтез провалился. Я стал разбираться, в чем причина неудачи. |
Synthesis of Acetone Peroxide |
Hydrogen peroxide and potassium permanganate |
Failed Synthesis of Acetone Peroxide |
Комментарии
К1
Говорят, что сероацетон является самым вонючим веществом, но, что он легко образует тример, который не столь опасен.
|