Organic Peroxides and Concentrated Sulfuric Acid - Chemistry and Chemists № 2 2025

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

HMTD (Hexamethylene Triperoxide Diamine) and Concentrated Sulfuric Acid: Does an Explosive Reaction Occur? - Part 1
Органические перекиси и концентрированная серная кислота
ГМТД (гексаметилентрипероксиддиамин) и концентрированная серная кислота: наблюдаться ли реакция с взрывом? - часть 1

Hexamethylene triperoxide diamine (HMTD) is an unstable organic peroxide that can explode due to impact, friction, fire, or static discharges. Acetone peroxide, another common organic peroxide, exhibits similar behavior to HMTD.

In addition, HMTD and acetone peroxide can explode upon contact with certain compounds, with concentrated sulfuric acid often cited in the literature as one of them. This information is not only found on Wikipedia but also in reputable scientific monographs, lending it a degree of credibility.

When a colleague suggested that I conduct this experiment, I was initially hesitant. Why drip sulfuric acid onto HMTD when simply striking it with a hammer or exposing it to a flame would be enough to trigger an explosion? On the other hand, consider this from the perspective of an audience. When viewers see a substance struck with a hammer or ignited, they anticipate a dramatic reaction. However, dripping liquid from a pipette onto a white powder will surprise the audience, as no one expects an explosion or flash in such a scenario.

My colleague was right: an explosion triggered by a drop of liquid could serve as an effective chemical demonstration. This is particularly impactful if you tell the audience that the liquid in the pipette is water and the powder is something innocuous like flour.

Unfortunately, I no longer had any acetone peroxide, as I had given my stock to a chemist working with polymers. Since storing organic peroxides is dangerous, I hadn't kept even a small amount. Lacking the inclination to re-synthesize acetone peroxide, I prepared a small quantity of HMTD instead. The synthesis is simple, and the starting materials are readily available.

How was the experiment conducted?

First, I weighed 0.1 g of HMTD in a plastic cap and poured some concentrated sulfuric acid into a separate glass. Then came the question: how to proceed safely?

Adding sulfuric acid to HMTD could result in a violent reaction, scattering acid onto my clothing, face, and smartphone (which I use to record videos). Sulfuric acid readily damages clothing, footwear, and electronic devices. By the way, this effect is caused not only by sulfuric acid. My previous camera, for instance, suffered multiple breakdowns after being exposed to concentrated nitric acid during experiments.

To protect my smartphone, I placed a sheet of plexiglass between the HMTD and the camera, although this compromised the video quality. I wore safety goggles and rubber gloves to shield myself from potential splashes. Additionally, I put on old clothes and shoes, as it would not have mattered if they were damaged by the acid.

With everything ready, I was eager to see whether an explosion would occur.

I added a drop of sulfuric acid to the HMTD, but nothing happened. I waited a few seconds and added a few more drops - still no explosion, flash, or any other visible sign of a reaction. After two minutes, I added about half a milliliter of the acid. Four minutes later, I gently shook the cap's contents with tweezers, but no reaction occurred.

The low temperature in the laboratory (4°C) might have been the culprit, as cooling slows most chemical reactions. I remembered that adding water to concentrated sulfuric acid generates significant heat, often leading to violent boiling. To induce heating, I added four drops of water to the cap. After half a minute, I added a few more drops. Soon, the mixture began to hiss, releasing a white aerosol. A small flash occurred, leaving behind a brown liquid. However, the mixture did not ignite fully or explode because I had added too much liquid (sulfuric acid and water) to the HMTD.

I repeated the experiment with 0.1 g of HMTD on a polyethylene cap. This time, I added five drops of sulfuric acid, followed by two drops of water half a minute later. For nearly a minute, nothing significant occurred. Just as I reached to add another drop of water, a strong yellow flash erupted, accompanied by the characteristic sound of HMTD combustion. A thick brown residue remained in the cap. Interestingly, the polyethylene cap was undamaged, despite its lack of thermal stability.

Had I used more HMTD, the flash would have been stronger, potentially escalating to an explosion. Thus, the claim that concentrated sulfuric acid can cause HMTD to explode has been experimentally confirmed.

Photos/Video

Органические перекиси и концентрированная серная кислота
ГМТД (гексаметилентрипероксиддиамин) и концентрированная серная кислота: наблюдаться ли реакция с взрывом? - часть 1

Гексаметилентрипероксиддиамин (ГМТД) - нестабильная органическая перекись, способная взрываться от удара, трения, огня, разрядов статического электричества. Аналогично ГМТД ведет себя перекись ацетона, - еще одна доступная органическая перекись.

Кроме того, ГМТД и перекись ацетона могут взрываться в результате контакта с рядом веществ, среди которых в литературе часто указывают концентрированную серную кислоту. Данная информация содержится не только в Википедии, но и в авторитетных научных монографиях, следовательно, ей можно более-менее доверять.

Когда коллега предложил мне провести данный эксперимент, сначала я отнесся к этому без энтузиазма. Зачем капать серную кислоту на ГМТД, если можно просто ударить вещество молотком или поднести к нему пламя? С другой стороны, представим себя на месте зрителя, наблюдающего эксперимент. Когда он смотрит, как экспериментатор ударяет вещество молотком или поджигает его, то зритель ожидает увидеть бурную реакцию. Результат такого эксперимента легко предвидеть. Однако, когда мы видим как жидкость из пипетки капают на белый порошок, то мы в последнюю очередь рассчитываем увидеть вспышку или взрыв.

Коллега прав: взрыв, вызванный каплей жидкости, может быть использован для эффектной химической демонстрации. Особенно, если зрителям для начала сказать, что в пипетке находится вода, а белый порошок - это что-то безобидное, например, мука.

Перекись ацетона у меня раньше была, но я ее отдал химику, который работает с полимерами. Даже небольшого количества данного вещества я не оставил, поскольку хранить органические перекиси опасно. Повторно синтезировать перекись ацетона совсем не было желания. Поэтому я получил небольшое количество другой органической перекиси, ГМТД: благо процесс несложный, а исходные вещества легкодоступные.

Как был проведен эксперимент?

Сначала я взвесил 0.1 г ГМТД в пластмассовом колпачке, набрал немного концентрированной серной кислоты в стакан. Затем возник вопрос: как безопасно провести эксперимент?

Если я добавлю серную кислоту к ГМТД и произойдет взрыв или бурная реакция, то капли серной кислоты попадут на одежду, в лицо и на смарфон, которым я снимаю видео. Серная кислота легко разрушает одежду, обувь и электронное оборудование. Причем такой эффект вызывает не только серная кислота. Фотоаппарат, который я использовал для съемки химических экспериментов до того, как приобрел смартфон, несколько раз пострадал от попадания концентрированной азотной кислоты. Пару раз он временно выходил из строя.

Чтобы защитить телефон, пришлось использовать лист оргстекла, хотя он существенно ухудшает качество видео. Глаза защитил очками, а руки - резиновыми перчатками. Кроме того, надел старую одежду и обувь, которую будет не жалко в случае попадания серной кислоты.

К эксперименту было все готово. Меня переполнили ожидания: произойдет ли взрыв?

Капнул серную кислоту на поверхность ГМТД, в результате ничего не произошло. Через несколько секунд добавил еще несколько капель серной кислоты - ни взрыва, ни вспышки или других признаков реакции не наблюдалось. Потом через две минуты добавил примерно полмиллилитра кислоты. А через четыре минуты аккуратно взял колпачок с веществами пинцетом и встряхнул содержимое. Признаков химической реакции по-прежнему не наблюдалось.

Возможно, причина в том, что в лаборатории холодно: температура была всего 4°С, а охлаждение замедляет протекание большинство химических реакций. Вспомнил, что добавление воды к концентрированной серной кислоте вызывает значительный разогрев, нередко бурное вскипание. Добавил в колпачок четыре капли воды. Через полминуты прибавил еще несколько капель. Вскоре смесь зашипела, образовался белый аэрозоль, произошла небольшая вспышка. В колпачке осталась коричневая жидкость. Я добавил к ГМТД слишком много жидкости (серной кислоты и воды), что не позволило смеси сгореть полностью или взорваться.

Повторил эксперимент, поместив 0.1 г ГМТД на полиэтиленовую крышку. Добавил пять капель серной кислоты. Через полминуты прибавил две капли воды. Почти минуту существенных изменений не происходило. Я уже протянул руку, чтобы добавить еще одну каплю воды - в этот момент произошла сильная желтая вспышка с характерным звуком горения ГМТД. В крышечке осталась коричневая густая масса. Любопытно, что крышечка в ходе эксперимента не пострадала, хотя полиэтилен не обладает термической устойчивостью.

Если бы я использовал больше ГМТД, вспышка была бы гораздо сильнее, и горение могло перейти во взрыв. Следовательно, утверждение, что концентрированная серная кислота вызывает взрыв ГМТД, подтвердилось.

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

Acetone Peroxide and Concentrated Sulfuric Acid - Part 2
Перекись ацетона и концентрированная серная кислота

In the previous experiment, HMTD (hexamethylene triperoxide diamine) ignited upon contact with concentrated sulfuric acid. However, some issues arose: water had to be added to initiate the flash. It seemed logical to conduct a similar experiment with acetone peroxide. Perhaps, with this substance, an explosion or flash would occur more easily than with HMTD.

However, there were also reasons against conducting this experiment. Acetone is the starting material for synthesizing acetone peroxide, and I had little left. I also did not want to repeat this rather routine synthesis. Finally, I was unsure whether acetone peroxide would perform better than HMTD in this case. Given these factors, I hesitated to proceed.

Suddenly, my doubts disappeared. My colleagues had used only part of the benzoyl peroxide and acetone peroxide I had given them earlier, leaving me with some remaining material to use.

I weighed 0.23 g of acetone peroxide and placed it on a piece of paper, forming a small pile. I then made a slight depression in the center for the sulfuric acid. The paper was set on a porcelain plate. Incidentally, after my predecessors, little chemical glassware remained in the lab, but there were plenty of porcelain kitchen items - plates, cups, spoons, and so on. Therefore, if the plate were to break during the experiment, it would not be a significant loss.

To protect the camera from acid splashes, I used a sheet of plexiglass.

Since the weather had warmed up, the temperature in the lab was now 8°C. For comparison, during the HMTD experiments, the room had been slightly colder (4°C). As a reminder, lowering the temperature slows down most chemical reactions, which means that the colder the room, the less likely acetone peroxide is to explode or ignite upon contact with sulfuric acid.

Let's begin the experiment.

I dropped concentrated sulfuric acid onto the acetone peroxide. The drop rolled down onto the paper, which immediately charred. A hissing sound followed as gas bubbles and white aerosol were released. Would I really have to wait long for the reaction to start? However, within seconds, a yellow flash occurred, accompanied by a loud pop. The paper was not visibly changed by the flame but turned black where the acid had made contact.

I repeated the experiment with 0.24 g of acetone peroxide. This time, I placed the cellphone further away, allowing me to remove the protective screen. As soon as I added the sulfuric acid, the flash happened so quickly that I did not have time to move my hand away. Splashes of concentrated sulfuric acid hit my face. The pop was louder this time. Once again, the paper charred where the acid had touched it, but the rest remained unchanged.

Thus, this experiment with acetone peroxide proved to be much more efficient than the one with HMTD.

Photos/Video

Перекись ацетона и концентрированная серная кислота - часть 2

В прошлом эксперименте ГМТД (гексаметилентрипероксиддиамин, пероксид уротропина) вспыхнул под действием концентрированной серной кислоты. К сожалению, возникли некоторые проблемы: для инициации вспышки пришлось добавлять воду. Логичным было провести аналогичный эксперимент с перекисью ацетона. Возможно, с данным веществом взрыв или вспышка произойдет легче, чем с ГМТД.

Однако существовали и аргументы против проведения данного эксперимента. Исходным веществом для синтеза перекиси ацетона является ацетон, которого у меня осталось мало. Кроме того, проводить в очередной раз этот банальный синтез мне не хотелось. И, наконец, не было уверенности, что перекись ацетона имеет в данном случае преимущества перед ГМТД. Не удивительно, что я сомневался в целесообразности использования перекиси ацетона.

Неожиданно мои сомнения исчезли. Выяснилось, что коллеги израсходовали только часть перекиси бензоила и перекиси ацетона, которые я дал им ранее. Остатки этих веществ я мог использовать.

Взвесил 0.23 г перекиси ацетона, пересыпал ее на бумагу в виде кучки. Сделал углубление для серной кислоты. Бумагу поместил в фарфоровую тарелку. Кстати, после моих предшественников в лаборатории осталось мало химической посуды, зато были целые залежи кухонной посуды из фарфора (тарелки, чашки, ложки и т.д.). Следовательно, если тарелка в ходе эксперимента разрушится, это не имеет значения.

Чтобы на камеру не попали брызги кислоты, защитил ее листом оргстекла.

Поскольку на улице потеплело, температура в лаборатории была 8°С. Для сравнения, во время экспериментов с ГМТД в комнате было немного холоднее (4°С). Напомню, что охлаждение замедляет большинство химических реакций. Следовательно, чем ниже температура в помещении, тем меньше шансы на взрыв или воспламенение перекиси ацетона при добавлении серной кислоты.

Приступим к эксперименту.

Капнул на перекись ацетона концентрированную серную кислоту. Капля стекла на бумагу. Бумага моментально обуглилась. Раздалось шипение, было заметно выделение пузырьков газа и белого аэрозоля. Неужели мне опять придется долго ждать, пока начнется реакция? Однако через несколько секунд произошла желтая вспышка, которая сопровождалась громким хлопком. Бумага от пламени не изменилась: она почернела только в местах, куда попала серная кислота.

Второй раз поступил аналогично. Навеска перекиси ацетона была 0.24 г. Камеру расположил дальше, что позволило обойтись без защитного экрана. Когда добавил каплю серной кислоты, вспышка произошла так быстро, что я не успел убрать руку. Брызги концентрированной серной кислоты попали в лицо. Хлопок в этот раз был громче. Бумага обуглилась в местах контакта с серной кислотой, зато остальная поверхность бумаги осталась белой.

Таким образом, с перекисью ацетона данный эксперимент получился гораздо эффективнее, чем с ГМТД.