Химия и Химики № 6 2014. Нитроцеллюлоза и гремучий студень

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

Гремучий студень изобрел Альфред Нобель в 1875 г [1]. Нобель загустил нитроглицерин с помощью нитроцеллюлозы до консистенции геля. В результате получился коллоидный раствор нитроцеллюлозы в нитроглицерине. Процесс происходил при слабом нагреве на водяной бане.

Гремучий студень - одна из разновидностей динамита, причем от более ранних разновидностей - кизельгура и других носителей, пропитанных нитроглицерином, гремучий студень отличается большей устойчивостью при хранении. Кроме того, нитроцеллюлоза имеет отрицательный кислородный баланс, нитроглицерин - положительный, поэтому их комбинация позволяет достичь более полного выделения энергии при взрыве. Другими словами, нитроцеллюлоза не является инертной добавкой. В ранних вариантах составов динамита наполнитель был фактически балластом [2].

Несмотря на то, что гремучий студень более устойчив при хранении, чем, скажем, динамит на кизельгуре, со временем он теряет свойства: после хранения (например, в течение полгода) скорость детонации значительно падает - гремучий студень теряет бризантность.

Первоначально гремучий студень содержал 90-93% нитроглицерина и 7-10% "коллоидного хлопка" (нитроцеллюлозы) [1].

Позже стало известно, что для получения гремучего студня подходит не только нитроглицерин, но также - этиленгликольдинитрат (ЭГДН). Преимущество ЭГДН перед нитроглицерином состоит в том, что процесс получения гремучего студня на его основе быстро происходит при комнатной температуре (практически на глазах). - Т.е. отпадает потребность нагревать нитроэфиры на водяной бане [3]. Количество нитроцеллюлозы составляет 7-13%.

__________________________________________________
¹ Подробнее - см. Ф. Наум Нитроглицерин и нитроглицериновые взрывчатые вещества (динамиты). Москва-Ленинград, 1934. [ссылка]

² Если наполнитель - горючее вещество (например, древесные опилки), то он частично окисляется при взрыве за счет того, что нитроглицерин имеет положительный кислородный баланс, но этого недостаточно, чтобы компенсировать уменьшение энергии взрыва динамита по сравнению с равной массой чистого нитроглицерина.

³ Опасность взрыва при этом невелика (если все делать аккуратно), но у многих людей возникают трудности психологического характера: нагревать нитроглицерин - это не то же самое, что нагревать воду.
________________________________________________

Получение нитроцеллюлозы

Нитроклетчатка (форма, растворимая в ацетоне, нитроэфирах) была получена следующим образом:

1)
25 мл 70% азотной кислоты
55 мл 98% серной кислоты
смешиваются в плоскодонной колбе и охлаждаются до 10°С.

2) 5 грамм гигроскопической ваты сушится сухим жаром плитки на сетчатом поддоне на протяжении 30 минут

3) вата равномерно распределяется стеклянной палочкой по объему нитрующей смеси и оставляется на 4 часа при комнатной температуре

4) по истечении времени вата отжимается от смеси и тщательно промывается
- холодной водой
- горячей водой
- горячим 2% раствором карбоната натрия
- дважды водой с отжимом
- сушка при 70°С

Выход - около 8-9 грамм.

Как уже отмечалось, ЭГДН очень быстро желатинизирует нитроклетчатку, процесс протекает при комнатной температуре - в отличие от нитроглицерина.

Краткое описание на английском:

Blasting gelatin is an explosive material consisting of gun cotton (7-13%) dissolved in nitroglycerine or nitroglycol (87-93%) . The detonation velocity was about 7800 m/s.

Смотреть Видео (63 Мб, .avi )

На фотографиях показана нитроцеллюлоза. Та самая, которую я получил месяцев 8 назад [4]. Изредка доставал из банки по кусочку, месяцев шесть назад от пироксилина начал замечать запах азотной кислоты (или диоксида азота). А вот с месяц назад обнаружил, что атмосфера внутри банки (негерметичной) стала коричневой. За это время три раза банку проветривал. И каждый раз диоксид азота выделяется всё быстрее. До состояния, показанного на фото, банка простояла всего три дня после проветривания. А я до этого думал, что пироксилин стабилен как камень...

Оказалось, что пироксилин как раз очень нестабилен при хранении. Гораздо нестабильне, чем ТЭН, ЭГДН и др. Вернее его можно стабилизировать, но для этого его нужно перемалывать, долго кипятить в содовом растворе и т.д.

__________________________________________________
⁴ Получение и горение нитроцеллюлозы [ссылка].

Комментарии

^К1 Пироксилин можно использовать в гальванопластике, если размеры могут иметь допуск.

Поступают следующим образом. Пироксилин растворяют в ацетоне, до слабовязкого состояния, добавляют медный порошок (порошок получают гальванически - осаждают при большей плотности тока из слабого по меди раствора: садится губка, которая и представляет собой мелкодисперсный порошок). Покрывают деталь таким лаком, при сушке лак дает усадку и обнажает порошок, потом затяжка, наращивание нужной толщины, после прогревания деталь сама отваливается. Я использую бездымный порох. Хорошо работает как по электропроводной, так и по неэлектропроводной основе, и не уступает графиту.

Кстати, в нитроцеллюлозный порох добавляют камфору - для стабилизации горения (чтобы не детонировал). А для улучшения хранения добавляют дифенилмочевину, дифениламин и т.д.