Experiments with Nitrocellulose - Chemistry and Chemists № 2 2025

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

Dissolving Nitrocellulose in Ethyl Acetate: Nitrocellulose Amoeba (Second Experiment) - Part 5
Растворение нитроцеллюлозы в этилацетате. Нитроцеллюлозная амеба (второй эксперимент) - часть 5

I have not yet been able to obtain high-quality acetone, and the "Man-Made Amoeba" experiment did not work well with low-quality acetone. Therefore, I decided to try ethyl acetate as an alternative solvent for nitrocellulose. Unlike acetone, ethyl acetate has limited solubility in water (8.3 g/100 mL at 20°C), so this substitution is not equivalent. For the "amoeba" effect, it is important that the solvent transfers from the drop into the water, forming "jets." Consequently, I estimated the chances of success to be low but decided to proceed with the experiment.

I weighed 2 g of the smokeless powder in a glass weighing bottle and added 30 mL of ethyl acetate in 10 mL portions, stirring the mixture occasionally with a wooden stick. The ethyl acetate turned yellow, and the nitrocellulose grains stuck together and began to swell. After a few hours, a viscous liquid had formed in the weighing bottle. The process resembled dissolving nitrocellulose in low-quality acetone but occurred much faster.

Using the stick, I placed a drop of the solution on the surface of water in a crystallizer. The drop elongated into a "worm" or "slug"-like shape and moved along the water's surface for a few seconds before stopping, as a thin film formed around it. Other drops behaved similarly. Removing the film with a stick had no noticeable effect.

The result was worse than with low-quality acetone.

Photos/Video

Растворение нитроцеллюлозы в этилацетате. Нитроцеллюлозная амеба (второй эксперимент) - часть 5

Качественный ацетон мне приобрести пока не удалось, а с некачественным ацетоном эксперимент "Рукотворная Амеба" получился плохо. Как альтернативный растворитель для нитроцеллюлозы я решил использовать этилацетат. В отличие от ацетона, этилацетат ограниченно растворим в воде (8.3 g/100 mL при 20°C), поэтому такая замена ацетона не является равноценной (для эффекта "амебы" важно, чтобы растворитель переходил из капли в воду, образуя "джеты"). Следовательно, я оценивал шансы на успех как низкие, тем не менее, решил провести эксперимент.

В стеклянном бюксе взвесил 2 г бездымного пороха, добавил 30 мл этилацетата (порциями по 10 мл). Время от времени перемешивал смесь деревянной палочкой. Этилацетат окрасился в желтый цвет. Зерна нитроцеллюлозы слиплись и начали набухать. Через несколько часов в бюксе образовалась вязкая жидкость. Процесс напоминал растворение нитроцеллюлозы в некачественном ацетоне, но происходил значительно быстрее.

С помощью палочки поместил каплю раствора на поверхность воды в кристаллизаторе. Капля приняла вытянутую форму (словно "червяк" или "слизень") и несколько секунд двигалась по поверхности воды, но вскоре остановилась, поскольку вокруг ее образовалась тонкая пленка. Другие капли вели себя аналогично. Удаление пленки палочкой не дало эффекта.

Результат получился хуже, чем с некачественным ацетоном.

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

Dissolving Nitrocellulose in Acetone - Part 6
Растворение нитроцеллюлозы в ацетоне - часть 6

Finally, I managed to buy high-quality acetone that dissolved in water without leaving any residue. Although I had only a small amount of acetone, fortunately, the experiment required very little solvent. One of my colleagues remarked:

"Smokeless powder dissolves in acetone like sugar in tea" (i.e., very quickly).

I weighed out 1.18 g of smokeless powder and added 10 ml of acetone. The solvent turned yellow, and the nitrocellulose began to swell. However, instant dissolution did not occur. I stirred the mixture occasionally and later added another 5 ml of acetone. The result was a green, viscous liquid. The dissolution process took about 1 hour at a temperature of 5°C.

Thus, nitrocellulose dissolved in high-quality acetone more quickly than in ethyl acetate or diluted (low-quality) acetone; however, the process was not instantaneous.

The solution is ready. Let's ~~make~~ create some amoebas!

Photos/Video

Растворение нитроцеллюлозы в ацетоне - часть 6

Наконец мне удалось приобрести качественный ацетон, который растворялся в воде без остатка. Ацетона было мало, но, к счастью, для нашего эксперимента много растворителя не требуется. Один из коллег сказал, что:

"- Бездымный порох растворяется в ацетоне, словно сахар в чае" (т.е., очень быстро)

Взвесил 1.18 г бездымного пороха, добавил 10 мл ацетона. Растворитель окрасился в желтый цвет, а нитроцеллюлоза начала набухать. Но моментального растворения не произошло. Время от времени перемешивал, потом добавил еще 5 мл ацетона. В результате получилась зеленая вязкая жидкость. Процесс растворения занял примерно 1 час (при температуре 5°С).

Таким образом, нитроцеллюлоза растворилась в качественном ацетоне быстрее, чем в этилацетате или в разбавленном (низкокачественном) ацетоне, однако, процесс растворения произошел далеко не мгновенно.

Раствор готов. Давайте ~~сделаем~~ создадим несколько амеб!

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

Nitrocellulose Amoeba (Successful Experiment) - Part 7
Нитроцеллюлозная амеба (успешный эксперимент) - часть 7

I poured water into the crystallizer and attempted to drop the obtained nitrocellulose solution in acetone onto its surface. However, a problem arose: the solution was too viscous to be drawn with a pipette. I used a wooden stick to take some of the solution and then held it over the water, allowing drops of the nitrocellulose solution to fall onto the surface. Instead of forming drops, a stream of liquid flowed from the stick. Consequently, instead of an "amoeba," I obtained thin, elongated formations resembling worms. These "worms" moved quickly and actively changed direction. However, after about a minute, they stopped because the acetone passed into the water too quickly.

To create proper drops, I had to manipulate two wooden sticks simultaneously. (I refer to them as 'drops,' although they resembled something between a liquid drop and a solid fragment.) These drops moved rapidly on the surface of the water, rotating and frequently changing direction. Their movement lasted for about five minutes, gradually slowing down.

To improve the procedure and enable the use of a pipette, I diluted the remaining nitrocellulose solution, which was half of the original volume, by adding an equal volume of acetone and mixed it until a homogeneous liquid formed. This resulted in a less viscous solution.

I drew the diluted solution with a pipette and dropped it onto the water's surface in the crystallizer. The result was negative. The "amoebas" moved quickly but not for long, as a thin nitrocellulose film formed around them, which slowed their movement. A similar effect was observed when using a solution made from diluted (surrogate) acetone. Therefore, to create artificial "amoebas," both the purity of the acetone and the viscosity of the solution (which depends on the nitrocellulose concentration) are crucial. Increasing concentration causes an increase in viscosity. If the viscosity is too low, the solution spreads over the water's surface, forming a film.

I added another 1 g of smokeless powder to the solution and stirred periodically until the nitrocellulose dissolved completely. The viscosity increased significantly. This time, I used a large plastic tray filled with water instead of a crystallizer to increase the surface area. When I dropped the nitrocellulose solution into the water, the drops began moving on the surface like giant amoebas, continuing for about five minutes.

A colleague suggested adding dye to the nitrocellulose solution to visualize the jets of acetone "shooting" from the drops into the water. This suggestion frustrated me, as we lacked the necessary dye in the lab. Although acetone-soluble dyes are common and easily accessible, I didn't have any on hand, and my colleague didn't consider this beforehand. Instead of arguing, I politely suggested he search for a suitable substance in the room. After a few minutes, he returned with... a varnish intended for protecting electronics from corrosion. Why he thought it would work as a dye, I don't know - he couldn't explain it either.

I recalled reading an article in my childhood in the journal Chemistry and Life about similar "amoebas." At that time, it was doubly exciting because I first created the "amoebas" myself and later read about them in the magazine. The article's author suggested using dye from a ballpoint pen cartridge to visualize the acetone "jets." The author hadn't tested this himself but proposed it as a possible solution. I found an old blue pen cartridge, cut it into pieces, and poured a small amount of acetone over it. The acetone turned dark blue. I added this blue solution to the nitrocellulose solution and stirred until it became uniformly dark blue.

The resulting "amoebas" from the blue solution moved perfectly; however, their "jets" were colorless, as the blue dye didn't pass into the water. Interestingly, the original nitrocellulose solution was dark green (the smokeless powder contained a colored substance), but neither the green nor the blue dye transferred to the water alongside the acetone.

Thus, the experiment yielded a positive result: the artificial "amoebas" moved for about five minutes. Several new ideas emerged during the experiment, which will be discussed in future parts of the article.

Photos/Video

Нитроцеллюлозная амеба (успешный эксперимент) - часть 7

Налил в кристаллизатор воду и попытался капнуть на ее поверхность полученный раствор нитроцеллюлозы в ацетоне. Однако, возникла проблема: раствор оказался слишком вязким, чтобы набрать его пипеткой. Набрал раствор с помощью деревянной палочки, затем поместил ее над водой, чтобы капли раствора нитроцеллюлозы падали на поверхность, однако вместо капель с палочки стекала струйка жидкости. В результате вместо "амебы" получились тонкие вытянутые образования, напоминающие червяков. Они двигались очень быстро и активно меняли направление движения. Однако, примерно через минуту такие "червяки" останавливались, т.к. ацетон из них слишком быстро переходил в воду.

Чтобы получить капли раствора, пришлось манипулировать двумя деревянными палочками одновременно. (Я написал "капли", хотя эти образования напоминали нечто среднее между каплей жидкости и кусочком твердого материала). Такие капли быстро перемешались по поверхности раствора, вращались, часто меняли направление. Их движение продолжалось около пяти минут, постепенно замедляясь.

Решил усовершенствовать процедуру, чтобы раствор можно было добавлять пипеткой. Для этого к оставшемуся раствору нитроцеллюлозы (половина от исходного объема) добавил равный объем ацетона и его перемешал до образования однородной жидкости. Получился менее вязкий раствор.

Набрал полученный раствор пипеткой и капнул его на поверхность воды в кристаллизаторе. Результат оказался отрицательным. "Амебы" двигались быстро, но недолго, поскольку вокруг них образовывалась тонкая пленка нитроцеллюлозы, которая тормозила движение капли. Наблюдался тот же эффект, что и с раствором, полученным из разбавленного (суррогатного) ацетона. Следовательно, для получения искусственной "амебы" важна не только чистота ацетона, но и вязкость раствора, которая зависит от концентрации нитроцеллюлозы. Выше концентрация - выше вязкость. Если вязкость раствора слишком низкая, раствор растекается по поверхности воды, образуя пленку.

Добавил к раствору еще 1 г бездымного пороха, периодически перемешивал до полного растворения нитроцеллюлозы. Вязкость жидкости значительно увеличилась. В этот раз использовал вместо кристаллизатора большой пластиковый лоток с водой, чтобы увеличить площадь поверхности. Капнул раствор нитроцеллюлозы в воду. Капли стали двигаться на поверхности воды, словно гигантские амебы. Их движение продолжалось около пяти минут.

Пришел коллега и предложил добавить в раствор нитроцеллюлозы краситель, чтобы визуализировать струи ацетона, которые "выстреливают" из капель в воду. Это предложение меня сильно расстроило. В лаборатории не было нужного красителя (от слова "совсем"). Растворимые в ацетоне красители не являются экзотикой, многие из них легко доступны, однако у меня под рукой таких веществ не оказалось, а коллега об этом не подумал. Вместо того чтобы спорить и ругаться я, не проявляя какой-либо недоброжелательности, вежливо предложил коллеге найти в этой комнате нужное вещество. Через несколько минут поисков коллега принес... лак, предназначенный для защиты электроники от коррозии. Почему он решил, что данный лак подойдет вместо красителя, не знаю. Коллега тоже не смог этого объяснить.

Однако я вспомнил, что еще в детстве читал статью про такие "амебы" в журнале Химия и Жизнь. Тогда это было вдвойне интересно, поскольку я сначала получил "амебы" сам, а потом уже прочитал о них в журнале. Автор статьи советовал подкрасить "амеб" с помощью красителя из стержня шариковой ручки, чтобы визуализировать ацетоновые "джеты". Автор сам этого не делал, но предложил данный вариант читателям как вероятное решение. Я нашел старый синий стержень от авторучки, порезал его на кусочки и залил небольшим количеством ацетона. Ацетон окрасился в темно-синий цвет. Добавил синий раствор к раствору нитроцеллюлозы в ацетоне, перемешал. Раствор нитроцеллюлозы стал темно-синим.

"Амебы", полученные из синего раствора, отлично двигались, однако, их "джеты" были бесцветными: синий краситель не переходил в воду. Кстати, исходный раствор нитроцеллюлозы был темно-зеленым (бездымный порох содержал окрашенное вещество), однако, ни зеленый, ни синий красители не перешли в воду одновременно с ацетоном.

Таким образом, эксперимент дал положительный результат. Искусственные "амебы" двигались около пяти минут. В ходе эксперимента возникло несколько новых идей, речь о которых пойдет в следующих частях статьи.