Život je džungle. Člověk se pořád za něčím honí.

Tetryl

24. března 2007 v 13:58 |  Pyrotechnika
Co je tetryl ?
Tetryl je aromatická polynitrosloučenina, tvořící bledě žluté hranolovité krystalky, teploty tání 129,45°C.
Chemicky jde o 2,4,6-trinitro-N-methylnitramin. Triviální názvy jsou tetralit, pyronit a tetranitromethylanilin. Tetryl je velmi účinnou výbušninou, převyšující silou TNT, relativní explosivní síla tetrylu je rovna 130% TNT. Jeho citlivost k mechanickým podnětům je vyšší než u TNT a nižší než citlivost hexogenu a pentritu. Tetryl vyniká vysokou detonační schopností, snadno detonuje již od 0,025 g Pb(N3)2 a proto se téměř výhradně používá k výrobě sekundárních rozbuškových složí, lisovaných počinových tělísek a v leteckých bombách společně s tritolem.
Nejznámější směsí je Tetrytol, obsahující 70% tetrylu a 30% tritolu:

Tetrytol 70/30
Detonační rychlost(D):Účinnost(%TNT)Náplňová hustotaT.tání
7350 m/s120%1,61-1,6568°C
Tetrytol se připravoval ve formě taveniny a v polotekutém stavu se odléval do munice, především ženijních náloží, pozemních min a leteckých bomb. Směs má vyšší brizanci než samotný trinitrotoluen a pochopitelně také snadněji detonuje.

Fyzikální a chemické vlastnosti :
Krystalická hustota tetrylu je 1,73 g.cm-3, násypná hustota 1,0 g.cm-3. Teplota tání čistého produktu je 128,8°C (za rozkladu), chemicky čistý taje při teplotě 129,45°C.

Lisováním tlakem dosáhneme těchto hustot:
tlak(kg/cm2)20035070014002100
hustota(g/cm3)1,401,471,571,671,71

Tetryl je nehygroskopický(pro nechemiky- není navlhavý), nerozpustný ve vodě(0,184g/100°C), špatně rozpustný v organických rozpouštědlech a výborně v acetonu. Rozpustnost tetrylu ve 100g rozpouštědla při teplotě:
Teplota :
Rozpouštědlo :20°C60°C100°C
H2O (voda)0,008 g0,035 g0,184 g
CCl4 (tetrachlormethan)0,015 g0,154 g
(C2H5)2O (diethylether)0,418 g
C2H5OH (ethanol)0,563 g0,642 g
CHCl3 (chloroform)0,391 g2,653 g
CS2 (sirouhlík)0,021 g
C6H6 (benzen)7,8 g19,2 g
(CH3)2CO (aceton)75g (95g/30°C, 116g/40°C)
Varem v alkalickém roztoku poměrně snadno hydrolyzuje za vzniku kyseliny pikrové, hydrolýza v čisté vodě probíhá velmi pomalu. Termální stabilita tetrylu je vysoká, vydrží dlouhodobější expozici při 100°C bez zřetelnějších náznaků rozkladu. Teplota vzbuchu při zvyšování teploty rychlostí 5°C/minutu je 240°C.

Výbušinářské vlastnosti:

Energie explose (E):1120 kcal.kg-1
Objem výbušných plynů (Vo):760 dm3 .kg-1
Teplota výbuchu (t):3530°C
Teoretická síla (Force):10927
Trauzlův válec:370 cm3
Poměrná síla k TNT:126-130 %
Detonační rychlost (D max.):7750 m.s-1 (při 1,71 g.cm-3)
Maximální detonační tlak:253 GPa
Teplota vzbuchu:240°C
Kyslíková bilance(atom-g/kg):-29,61
Citlivost na padacím kladivu(2kg):40 cm (RDX = 32 a TNT = 85cm)
Citlivost k roznětu Hg(ONC)2 :0,20g třaskavé rtuti
50 % detonací vyvolá práce :0,8 kgm/cm2 (RDX = 0,22)



Výroba:
Tetryl se vyrábí obdobně jako většina výbušných nitrolátek jednoduchou nitrací účinkem nitrační směsi kyselina sírová/kyselina dusičná. Základním prekurzorem je dimethylanilin, ale může se použít i monomethylanilin.
Výsledek nitrace závisí na koncentraci HNO3:

50%ní HNO3 vzniká směs 2,4-dinitro- a 2-mononitro-N,N-dimethylanilin
70%ní HNO3 vzniká 2,4,6-trinitro-N,N-dimethylanilin
90%ní HNO3 vzniká N-nitro-2,4,6-trinitro-N-methylanilin .
Průmyslově se používá obdobný postup jako při přípravě kyseliny pikrové.
N,N-dimethylanilin není možné přímo přidávat do nitrační směsi, došlo by k prudké oxidaci a směs by ,,vyhořela" nebo dokonce mohla vybuchnout.
V první fázi reaguje N,N-dimethylanilin s konc. H2SO4 na jeho sůl N,N-dimethylanilinsulfát a při vyšší teplotě se N,N-dimethylanilinsulfát za odštěpení molekuly vody přeměňuje na N,N-dimethyl-p-anilinsulfonovou kyselinu. Získaná sulfokyselina se nalévá do 90%ní HNO3, nitruje cca 1,5 hodiny při 70°C. Výsledkem jsou světle žluté krystalky tetrylu.
Místo dimethylanilinu se může použít i monomethylanilin, je však zapotřebí koncentrovanější kyseliny dusičné a reakce dává menší výtěžek.
Nevýhodou tohoto způsobu je nutnost velmi energického míchání při dávkování sulfokyseliny do nitrační směsi nebo samotné HNO3, jinak snadno dochází k oxidaci aminoskupiny a výsledkem bývají vedle tetrylu i pryskyřičnaté látky vzniklé prudkou oxidací N,N-dimethylanilinu. Protože tento postup dělal potíže některým ,,syntézníkům", upravili jsme jej na snažší a laboratorně lépe proveditelný.

Metoda, v níž se vyhneme ve zvýšené míře oxidaci aminoskupiny v N,N-dimethylanilinu je založena na obdobném způsobu reakce dimethylanilinu s H2SO4, ale místo sulfokyseliny se vytváří jen sulfát, který chrání methylovanou aminoskupinu na benzenovém jádře.
Kyselina sírová se s N,N-dimethylanilinem zahřívá jen na teplotu 50-60°C za vzniku roztoku N,N-dimethylanilinsulfátu v kyselině sírové. Vznik sulfátu výrazně záleží na teplotě, reakce vedená při 50-60°C dává sulfát, kdežto při teplotě 90-100°C se sulfát převrací na sulfokyselinu.
Vzniklý N,N-dimethylanilinsulfát se po malých dávkách nalévá do slabé nitrační směsi nebo samotné kyseliny dusičné a nitruje při teplotě 50-60°C. Vyšší teplota způsobuje oxidaci a nižší výtěžky tetrylu.
Na průběhu nitrace, konečném výtěžku a čistotě tetrylu tedy nejvíce záleží na způsobu sulfonace.

Laboratorní syntéza (upravený postup s 65%ní HNO3)
Chemikálie:
- kyselina sírová konc. ............ minimálně 92%ní
- kyselina dusičná konc. .......... min. 65%ní
- N,N-dimethylanilin (C6H5N(CH3)2)......... čistý


A, sulfatace dimethylanilinu:
Do Erlenmayerovy baňky o objemu 150 ml nebo jiné podobné baňky nalijeme 55 ml koncentrované kyseliny sírové (92-96%) a přidáme 10ml N,N-dimethylanilinu. Baňku postavíme do vodní lázně s vodou o teplotě 30°C a promícháváme při této teplotě 10 minut. Poté teplotu zvýšíme na 50°C a necháme sulfatovat ještě 30 minut.
Po skončení reakce vyjmeme baňku z lázně a ochladíme ve studené vodě na 20°C. Vznikl roztok dimethylanilinsulfátu v kyselině sírové.

B, nitrace N,N-dimethylanilinsulfátu:
1.
Odměříme 55ml 65%ní HNO3 a na vodní lázni zahřejeme na 30°C. Zahřátí není nezbytné, ale usnadňuje iniciaci reakce. Pokud není k dispozici vhodné chlazení při následující nitraci, je možné používat přímo studenou kyselinu dusičnou.
2. Do baňky vložíme teploměr, a v malých dávkách po 5-10ml přidáváme kyselinu dusičnou do roztoku N,N-dimethylanilinsulfátu v kyselině sírové za intenzivního míchání takovou rychlostí, aby teplota reakční směsi nepřekročila 40-45°C (pokud ano, chladíme ponořením baňky do ledové vody popř. chladící směsi).
Nitrační směs musíme přidávat pomalu a opatrně, rychlým přilitím se dimethylanilin intenzivně oxiduje a může se vznítit.
3. Po přidání celého objemu kyseliny dusičné k sulfátu krátce počkáme, až se reakce uklidní (cca 5 minut pro uvedené množství surovin) a baňku ve vodní lázni opatrně zahříváme na 55-60°C. Tuto teplotu držíme cca 1,5 hodiny, baňkou občas (každé 2 minuty) promícháme. Nejlepší je použít k míchání elektromagnetické míchadlo.
4. Po skončení nitrace ochladíme celou směs ponořením baňky do nádoby se studenou vodou nebo lépe proudem tekoucí vody.
Ochlazenou směs nalijeme do 500ml kádinky s 300 ml vody. Vyloučí se nažloutlé krystalky tetrylu, které odfiltrujeme, na filtru několikrát promyjeme vodou.
Odfiltrovaný tetryl znovu rozmícháme v kádince s 300 ml vody, tentokrát teplé 80°C a po chvíli zfiltrujeme, promyjeme vodou, 20 ml ethanolu a vysušíme volně na vzduchu při teplotě do 50°C. Pokud nám během nitrace ,,utekla" teplota, nemusí mít výsledný produkt nažloutlou barvu, ale bude zbarven dohněda. V tom případě jej musíme rekrystalovat.
Produkt ve vyšší čistotě s obsahem kyselosti pod 0,015% se připravuje krystalizací z acetonu. Rekrystalizaci a přečištění provedeme tak, že surový tetryl rozpustíme při 50°C v acetonu, přidáme aktivní uhlí a krátce povaříme pod zpětným chladičem. Za horka odfiltrujeme aktivní uhlí a filtrát zahustíme ke krystalizaci (nebo roztok vlijeme do přebytku vody). Rekrystalovaný produkt má teplotu tání 128,2°C.
Výtěžek:
Z uvedeného množství chemikálií získáme až 23,7 až 23,9g tetrylu (tj. 83-84% teorie). Snížený výtěžek je způsoben oxidačními procesy probíhajícími na amino-skupině při nitraci kyselinou dusičnou.
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama