نیتروسلولز، نیتروگلیسیرین و نیتروگوانیدین هر سه ترکیبات نیتروژنی هستند که در صنایع مختلف به ویژه در تولید مواد منفجره و پروپلانت‌ها (مواد پیشران) کاربرد دارند.
هر یک از این ترکیبات نیتروژنی ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند که آنها را برای مصارف مختلف مناسب می‌سازد. انتخاب بین این ترکیبات بستگی به نیازهای خاص و ویژگی‌های مورد انتظار از ماده منفجره یا پروپلانت دارد.
فهرست عناوین مقاله
نیتروسلولز، نیتروگیلیسیرین و نیتروگوانیدین به دلیل خواص انفجاری و اکسید کنندگی قوی خود شناخته می‌شوند. با این حال، در ساختار شیمیایی، کاربردها و خطرات آنها تفاوتهای اساسی وجود دارد.
1.تاریخچه نیتروسلولز، نیتروگلیسیرین و نیتروگوانیدین
نیتروسلولز (Nitrocellulose)
- کشف: نیتروسلولز برای اولین بار در سال 1846 توسط شیمیدان سوئیسی، کریستین فریدریش شونبین، کشف شد.
- پیشینه: شونبین هنگام آزمایش با مخلوطی از اسید نیتریک و اسید سولفوریک و سلولز (پنبه) متوجه شد که محصول حاصل به شدت قابل اشتعال است. این ماده در ابتدا به عنوان جایگزین برای باروت مورد توجه قرار گرفت.
- توسعه: بعدها، نیتروسلولز به عنوان ماده اصلی در ساخت باروت بی‌دود (cordite) و فیلم‌های عکاسی استفاده شد. در اواخر قرن نوزدهم، کاربردهای صنعتی نیتروسلولز در تولید لاک‌ها، رنگ‌ها و پلاستیک‌ها گسترش یافت.
نیتروگلیسیرین (Nitroglycerin)
- کشف: نیتروگلیسیرین در سال 1847 توسط آسکانیو سوبررو، شیمیدان ایتالیایی، کشف شد.
- پیشینه: سوبررو با واکنش گلیسرول با اسید نیتریک و اسید سولفوریک موفق به تولید این ماده شد. با این حال، به دلیل ناپایداری و خطرات بالا، نیتروگلیسیرین در ابتدا چندان مورد استفاده قرار نگرفت.
- توسعه: آلفرد نوبل، دانشمند سوئدی، در سال 1867 راهی برای تثبیت نیتروگلیسیرین و استفاده از آن در دینامیت پیدا کرد که منجر به استفاده گسترده از این ماده در ساخت و ساز و معدن‌کاری شد. همچنین، نیتروگلیسیرین به عنوان داروی ضد درد قلبی (آنژین صدری) شناخته شد.
نیتروگوانیدین (Nitroguanidine)
- کشف: نیتروگوانیدین برای اولین بار در اواخر قرن نوزدهم میلادی سنتز شد، اما تاریخ دقیق کشف و نام اولین شیمیدانی که آن را سنتز کرد، به طور دقیق ثبت نشده است.
- پیشینه: در طول جنگ‌های جهانی اول و دوم، نیتروگوانیدین به عنوان یکی از اجزای مهم در پروپلانت‌های نظامی به کار گرفته شد.
- توسعه: نیتروگوانیدین به دلیل پایداری نسبی و خواص انفجاری کنترل‌شده، در صنایع نظامی به عنوان ماده‌ای مهم در تولید پروپلانت‌های سه‌پایه و مواد منفجره خاص شناخته شد. همچنین در صنایع کشاورزی برای تولید آفت‌کش‌ها و حشره‌کش‌ها و در تحقیقات شیمیایی به کار می‌رود.
2.شکل ظاهری نیتروسلولز، نیتروگلیسیرین و نیتروگوانیدین
- نیتروسلولز: جامد سفید یا زرد رنگ، موجود به صورت پودر، ورقه یا تکه‌های کوچک.
- نیتروگلیسیرین: مایع روغنی و شفاف تا زرد رنگ، ویسکوز و چسبناک.
- نیتروگوانیدین: جامد سفید یا بی‌رنگ، به صورت بلورهای ریز یا پودر.
این ویژگی‌های ظاهری به همراه خواص شیمیایی و فیزیکی هر ماده، تعیین‌کننده کاربردها و روش‌های ایمن نگهداری و استفاده از آنها در صنایع مختلف هستند.
3.تولید و سنتز نیتروسلولز، نیتروگلیسیرین و نیتروگوانیدین
نیتروسلولز:
- مواد اولیه: سلولز (از پنبه یا خمیر چوب)، اسید نیتریک، اسید سولفوریک.
- فرآیند: سلولز در مخلوط اسید نیتریک و اسید سولفوریک غوطه‌ور می‌شود و سپس شستشو، خنثی‌سازی و خشک می‌شود.
نیتروگلیسیرین:
- مواد اولیه: گلیسرول، اسید نیتریک غلیظ، اسید سولفوریک غلیظ.
- فرآیند: گلیسرول به مخلوط اسید نیتریک و اسید سولفوریک اضافه می‌شود، دما کنترل می‌شود، و سپس نیتروگلیسیرین شستشو، خنثی‌سازی و خشک می‌شود.
نیتروگوانیدین:
- مواد اولیه: گوانیدین، اسید نیتریک غلیظ.
- فرآیند: گوانیدین به اسید نیتریک اضافه می‌شود، دما کنترل می‌شود، و سپس نیتروگوانیدین بلوری شستشو، خنثی‌سازی و خشک می‌شود.
4.ساختار شیمیایی نیتروسلولز، نیتروگلیسیرین و نیتروگوانیدین
نیتروسلولز: یک پلیمر از سلولز است که تعدادی از گروه‌های هیدروکسیل (-OH) آن با گروه‌های نیترو (-NO2) جایگزین شده‌اند. درجه جایگزینی می‌تواند از 0.5 تا 3.0 باشد که بر خواص نیتروسلولز تأثیر می‌گذارد.
نیتروگیلیسیرین: ترکیبی با فرمول C3H5N3O9 است که از گلیسرول با جایگزینی گروه‌های هیدروکسیل با گروه‌های نیترو ساخته می‌شود.
نیتروگوانیدین: ترکیبی با فرمول CH6N4O2 است که از گوانیدین با جایگزینی یک اتم هیدروژن با گروه نیترو ساخته می‌شود.
5.خواص نیتروسلولز، نیتروگلیسیرین و نیتروگوانیدین
| خاصیت | نیتروسلولز | نیتروگلیسیرین | نیتروگوانیدین |
|---|---|---|---|
| فرمول شیمیایی | (C6H10O5)n(NO2)x | C3H5N3O9 | CH6N4O2 |
| جرم مولی | (171.13 + 46.01)n | 227.08 | 126.04 |
| حالت فیزیکی | جامد | مایع | پودر |
| رنگ | سفید یا زرد | بی‌رنگ | سفید یا زرد |
| نقطه ذوب | 150-170 درجه سانتیگراد | 12.5 درجه سانتیگراد | 275 درجه سانتیگراد |
| نقطه جوش | تجزیه می‌شود | 240 درجه سانتیگراد | تجزیه می‌شود |
| چگالی | 1.5-1.7 گرم بر سانتی‌متر مکعب | 1.60 گرم بر سانتی‌متر مکعب | 1.75 گرم بر سانتی‌متر مکعب |
| حلالیت | محلول در استون، اتانول، اتر | محلول در آب، اتانول، استون | نامحلول در آب، محلول در اسید سولفوریک غلیظ |
6.کاربردهای نیتروسلولز، نیتروگلیسیرین و نیتروگوانیدین
- نیتروسلولز: بیشتر در صنایع نظامی (باروت بی‌دود)، رنگ و پوشش، فیلم‌های عکاسی و چسب‌ها و جوهرها کاربرد دارد.
- نیتروگلیسیرین: به عنوان ماده منفجره در دینامیت و ژلاتین منفجره، و همچنین در پزشکی برای درمان بیماری‌های قلبی استفاده می‌شود.
- نیتروگوانیدین: در تولید پروپلانت‌های نظامی، مواد منفجره کنترل‌شده و آفت‌کش‌ها و حشره‌کش‌ها به کار می‌رود.
این ترکیبات به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی خاص خود، کاربردهای متفاوت و مهمی در صنایع مختلف دارند.
7.خطرات نیتروسلولز، نیتروگلیسیرین و نیتروگوانیدین
- نیتروسلولز: در صورت گرم شدن یا دستکاری نادرست می‌تواند بسیار انفجاری باشد. همچنین می‌تواند سمی باشد و باعث تحریک پوست، چشم و دستگاه تنفسی شود.
- نیتروگیلیسیرین: یکی از خطرناک‌ترین مواد منفجره شناخته شده است. بسیار ناپایدار است و به راحتی منفجر می‌شود. همچنین می‌تواند سمی باشد و باعث تحریک پوست، چشم و دستگاه تنفسی شود.
- نیتروگوانیدین: مانند نیتروسلولز و نیتروگلیسیرین، نیتروگوانیدین نیز می‌تواند بسیار انفجاری و سمی باشد.
هنگام کار با هر یک از این مواد، باید احتیاط کامل را رعایت کرد و از تجهیزات ایمنی مناسب مانند دستکش، عینک و لباس محافظ استفاده کرد. این مواد باید در مکان‌های امن و دور از منابع حرارت و جرقه ذخیره شوند. در صورت بروز حادثه، باید فوراً با خدمات اورژانس تماس بگیرید.
