Experiments with Nitrocellulose - Chemistry and Chemists № 2 2025

Having noticed a mistake in the text, allocate it and press Ctrl-Enter

Dissolving Nitrocellulose in Low-Quality Acetone - Part 1
Эксперименты с нитроцеллюлозой
Растворение нитроцеллюлозы в некачественном ацетоне - часть 1

My childhood memories prompted me to experiment with nitrocellulose. I used to drip glue onto the surface of water, creating a man-made "amoeba" that moved as if it were alive. I also have vivid memories associated with nitrocellulose from my time in the army, in a combat zone. Back then, I deliberately lit smokeless powder on my palm, imitating the famous experiment with nitrated cotton wool. My commander warned me against this, predicting that I would burn myself. I had also anticipated a similar outcome but chose not to stop. And indeed, I burned myself. The burn was painful and took a long time to heal. Unlike small amounts of black powder or nitrated cotton wool, smokeless powder causes painful burns when ignited on the skin.

I will use the term ''nitrocellulose'' throughout the article, without always specifying that smokeless powder of the Sokol (''Falcon'') brand, rather than pure nitrocellulose, was used in the experiments. According to the literature, this powder consists mainly of nitrocellulose, though it includes other components as well. By "poor-quality" acetone, I mean acetone bought from a supermarket, which is heavily diluted with other solvents, likely hydrocarbons based on their behavior.

To make nitrocellulose varnish, I needed nitrocellulose, which is produced by treating cotton wool with a mixture of concentrated sulfuric and nitric acids in a process called nitration. While it was possible to nitrate cotton wool in our laboratory, I chose not to, as concentrated sulfuric acid is difficult to purchase legally in our country. Instead, I decided to dissolve smokeless powder in acetone. At that time, I was unaware that the acetone I had was of poor quality.

I weighed 1 g of smokeless powder, placed it in a glass weighing bottle, added 10 ml of acetone, and stirred with a glass rod. The nitrocellulose grains stuck together and swelled rather than dissolved, turning the liquid yellow. I sealed the bottle with a hermetic lid and left it for a while, occasionally opening the lid to stir the contents. Over time, the nitrocellulose swelled into a viscous, gel-like mass, with a mobile liquid layer remaining above it. Eventually, the nitrocellulose absorbed all the liquid, forming a green gel. When I tilted the weighing bottle horizontally, the contents showed no fluidity.

I added another 10 ml of acetone and stirred again. The acetone turned yellow, and the liquid and gel separated. After about 24 hours, with periodic stirring, a homogeneous, viscous green liquid formed. Notably, pure nitrocellulose and its solution in acetone are colorless.

The experiment was conducted during the summer, with laboratory temperatures of 20-25°C, so I did not consider heating the mixture. However, when I repeated the experiment in winter, with the laboratory at 4°C, I placed the weighing bottle in a thermostat set to 40°C. Under these conditions, the nitrocellulose dissolved much faster, taking about an hour.

Unfortunately, the video documentation of the dissolution process was not of the best quality, as it was challenging to perform the experiment and record it simultaneously.

Photos/Video

Эксперименты с нитроцеллюлозой
Растворение нитроцеллюлозы в некачественном ацетоне - часть 1

Провести эксперименты с нитроцеллюлозой меня побудили детские воспоминания. Тогда я капал клей на поверхность воды, в результате чего получалась рукотворная "амеба", которая двигалась словно живая. С нитроцеллюлозой у меня связаны и другие яркие воспоминания. Например, армия, зона боевых действий. Тогда я сознательно зажег бездымный порох на ладони, имитируя известный эксперимент с нитрованной хлопковой ватой. Командир меня предупредил, что этого делать нельзя - обожжешься, да я сам прогнозировал такой исход. Ожог действительно получился болезненным и заживал долго. В отличие от небольших количеств черного пороха и нитрованной ваты, бездымный порох оставляет болезненные ожоги, если его сжечь на коже.

Далее в статье я буду употреблять термин "нитроцеллюлоза", не всегда уточняя, что для экспериментов был использован бездымный порох марки "Сокол", а не чистая нитроцеллюлоза. В литературе утверждается, что данный порох состоит преимущественно из нитроцеллюлозы. Однако, нитроцеллюлоза - не единственный компонент данного пороха. Под "некачественным" ацетоном подразумевается ацетон, купленный в супермаркете, который сильно разбавлен другими растворителями. Судя по их поведению, это углеводороды. Приступим.

Для приготовления нитроцеллюлозного лака была необходима нитроцеллюлоза, которую получают обработкой хлопковой ваты смесью концентрированных серной и азотной кислот. Процесс называется нитрование. Нитровать хлопковую вату в нашей лаборатории было возможно, но я не хотел расходовать концентрированную серную кислоту, поскольку легально ее купить в нашей стране сложно. Поэтому решил растворить бездымный порох в ацетоне. На тот момент я еще не знал, что ацетон был некачественным.

Взвесил 1 г бездымного пороха, поместил в стеклянный бюкс, добавил 10 мл ацетона и начал перемешивать стеклянной палочкой. Оказалось, что зерна нитроцеллюлозы слиплись между собой и начали скорее набухать, чем растворяться. Жидкость окрасилась в желтый цвет. Накрыл бюкс герметичной крышкой, оставил на некоторое время. Время от времени, открыл крышку и перемешал содержимое бюкса. Нитроцеллюлоза набухала, превращаясь в вязкую, гелеобразную массу, над которой оставалась подвижная жидкость. Постепенно нитроцеллюлоза впитала всю жидкость, образовав гель зеленого цвета. Когда я повернул бюкс на угол 90 градусов (из вертикального положения в горизонтальное), его содержимое не продемонстрировало текучести.

Добавил еще 10 мл ацетона, перемешал. Ацетон окрасился в желтый цвет. Жидкость и гель расслоились. Чтобы образовалась однородная масса, понадобились примерно 24 часа выдержки смеси при периодическом перемешивании. Полученный раствор представлял собой вязкую жидкость зеленого цвета (чистая нитроцеллюлоза и ее раствор в ацетоне бесцветны).

Описанные эксперименты я проводил летом, когда температура в лаборатории была 20-25°С, поэтому у меня даже не возникло мысли подогреть смесь. Когда я повторил данный эксперимент зимой, температура в лаборатории была 4°С, поэтому я поставил бюкс в термостат с температурой 40°С, в результате растворение нитроцеллюлозы произошло гораздо быстрее - потребовалось около 1 часа.

К сожалению, видео процесса растворения получилось не лучшего качества, поскольку одновременно выполнять эксперимент и снимать видео оказалось трудно.

Having noticed a mistake in the text, allocate it and press Ctrl-Enter

Nitrocellulose Amoeba (Trial Experiment) - Part 2
Амеба из нитроцеллюлозы (пробный эксперимент) - часть 2

The nitrocellulose solution was obtained, allowing me to repeat the "Artificial Amoeba" experiment that I performed as a child. At that time, I did not know that counterfeit acetone had been used to dissolve nitrocellulose, so I enthusiastically proceeded with the experiment.

First, I poured water into a Petri dish and dropped the nitrocellulose solution into it. I expected the drop to move chaotically along the surface due to the acetone "jets" being expelled from the drop into the water. This was exactly how the drop of nitrocellulose glue behaved when I used it as a child to imitate an amoeba.

When the drop hit the surface of the water, it began to move like an amoeba. However, its movement did not last long: soon, the "amoeba" stopped. The reason was obvious - part of the nitrocellulose solution had spread over the surface of the water, forming a thin film. The "amoeba" became entangled in this film, like a fly in a web. Interestingly, in this case, the "web" was not woven by a spider - the "fly" had woven the "web" for itself.

I removed the film with a glass rod. This helped briefly: the drop began to move again, but soon another film formed, and the drop got stuck once more. I repeated the process several times, trying other Petri dishes and even using a large tray of water instead. The result was similar: in a plastic tray, the "amoeba" moved for longer than in a Petri dish because of the larger surface area, but eventually, a film formed, and the "amoeba" stopped. Removing the nitrocellulose film from the surface helped only temporarily or not at all. Only once was I able to achieve an "amoeba" that moved quickly and for a long time.

What caused the failure of the experiment?

At first, I assumed that the smokeless powder contained additives that interfered with the experiment, causing the result to differ from what I had observed years ago.

Later, I discovered that the solvent used was not pure acetone - it contained a large fraction of hydrocarbons. Since hydrocarbons are insoluble in water, they spread over its surface, forming a film. After the hydrocarbons evaporated, a thin film of nitrocellulose remained.

A few months later, I learned that an "artificial amoeba" could be produced even using our low-quality acetone, but I will save that story for another time.

Photos/Video

Амеба из нитроцеллюлозы (пробный эксперимент) - часть 2

Раствор нитроцеллюлозы получен, что позволило повторить эксперимент "Искусственная амеба", который я делал в детстве. На тот момент я еще не знал, что для растворения нитроцеллюлозы был использован фальсифицированный ацетон, поэтому взялся за эксперимент с энтузиазмом.

Для начала налил воду в чашку Петри и капнул в нее раствор нитроцеллюлозы. Ожидал, что капля будет хаотично двигаться по поверхности за счет "джетов" ацетона, которые будут выбрасываться из капли в воду. Именно так вела себя капля нитроцеллюлозного клея, который я использовал в детстве, чтобы имитировать амебу.

Попав на поверхность воды, капля начала двигаться, словно амеба. Однако ее движение длилось недолго: вскоре "амеба" остановилась. Причина была очевидна: часть раствора нитроцеллюлозы растеклась по поверхности воды, образовав тонкую пленку. "Амеба" запуталась в этой пленке, словно муха в паутине. Особенность состоит в том, что в нашем случае "паутину" сплел не паук: "муха" сама себе сплела "паутину".

Удалил пленку стеклянной палочкой. Это помогло ненадолго: капля начала двигаться, но потом образовалась новая пленка и капля в ней завязла. Я повторял эксперимент в других чашках Петри, использовал вместо чашки Петри большой лоток с водой. Результат был схожим. В пластиковом лотке "амеба" двигалась дольше, чем в чашке Петри, поскольку площадь лотка больше, но в любом случае образовывалась пленка, и "амеба" останавливалась. Удаление пленки нитроцеллюлозы с поверхности воды помогало ненадолго или не помогало вовсе. Лишь один раз мне удалось получить "амебу", которая двигалась по поверхности воды быстро и долго.

В чем причина неудачи эксперимента?

Сначала я предположил, что бездымный порох содержит добавку одного или нескольких веществ, которые мешают эксперименту. Поэтому результат получился не таким, как в моих экспериментах много лет назад.

Позже я установил, что используемый растворитель не является чистым ацетоном, но содержит большое количество углеводородов. Углеводороды нерастворимы в воде и растекаются по ее поверхности, образуя пленку. После испарения углеводородов остается тонкая пленка нитроцеллюлозы.

Еще через несколько месяцев оказалось, что "искусственную амебу" можно получить даже с использованием нашего некачественного ацетона, но не буду забегать наперед.