Нитрати у рату. ИИ део. Горки мед и скоро детективска прича
Следећи покушај да се укроти ђаво експлозива био је повезан са употребом деривата два споља слична, али у ствари потпуно различита деривата бензена: фенола и толуена.
Прича правих нитро деривата угљоводоника, а не нитро естара алкохола, започео је проучавањем утицаја концентроване азотне киселине на угљоводонике. И иако интеракција концентроване азотне киселине са органским супстанцама (посебно са алканима) није била тајна, услови за њихов проток и својства нитро једињења остали су дуго времена "терра инцогнита" за хемичаре. Други фактор који је омео њихову широку употребу била је слабост сировинске базе за њихову синтезу великих размера.
Не отпад, већ вредна сировина
Ситуација је почела да се мења крајем XNUMX. века. То је било због развоја нафтних поља и проблема коришћења отпада из производње кокса. Тада се испоставило да се понекад опасан отпад преко ноћи може претворити у вредну сировину. Како се испоставило, почетни производи за добијање ароматичних нитро деривата налазе се скоро искључиво у катрану угља и налазе се као нуспроизвод производње расветног гаса.
Пре екстракције потребних материја, катран угља је подвргнут примарној преради на лицу места, што је резултирало четири главне фракције: лака нафта, средње или фенолно уље, тешка нафта и антраценско уље. Највредније је светло уље, које чини око 4% укупне количине смоле. Приликом секундарне дестилације из њега се добијају бензол (око 0,8%), толуен (око 1,7%) и фенол (0,4%). Поред тога, фенол се добија синтетички из бензена и испирањем катранске воде из производње кокса.
Дакле, први корак је направљен. Али тада је историја производње два главна експлозива тог времена почела да личи на прилично компликовану детективску причу, у којој су се ликови и учесници, у најбољим традицијама жанра, замаглили и смислили различита кодна имена.
Експлозивна боја (пикринска киселина)
Тешко је рећи ко је и када први примио пикринску киселину. Пре много векова примећено је да под дејством „духа шалитре“ (азотне киселине) на многа органска једињења настаје жута боја. Обично се част добијања пикринске киселине приписује Енглезу Вулфу, који је у часопису Краљевског друштва у Лондону 1771. објавио да се уз помоћ индига третираног азотном киселином, тканине могу фарбати у жуто (прво је названо „жуто“). супстанца”, и тек тада је добила име по грчком корену „пицрос” – „горак”). Међутим, соли пикринске киселине биле су познате Јохану Глауберу век раније. Понекад се тврди да се дуго времена пикринска киселина наводно сматрала безопасном бојом, а тек много година касније случајно су откривена њена експлозивна својства, али то није тако: француски научник Велтер је већ 1799. године указао на способност пикрина. киселина да експлодира потпуно недвосмислено.
Истина, није експлодирала тако да је било врло лако, па су стога пионири "пикринке" дуго времена упорно проучавали њено друго, релевантније својство за то време - способност да буде издржљива и приступачна боја за свилене и вунене тканине. И постигли су свој циљ: скоро стотину година, модне и модне личности Париза, Лондона и других градова шепуриле су се у прелепим жутим одећама.
А онда је загрмио.
Истина, није одмах пукао. Прво је био проналазак Н.Н. Зинина индустријске методе за синтезу анилина, што је отворило пут јефтиним синтетичким бојама. Тада су војни кругови једне од европских држава - Француске - скренули пажњу на праве јаме пикринске киселине и чак почели да је користе као експлозивно пуњење артиљеријске муниције. Затим, 1873. године, Херман Шпренгел (занимљиво, "спренген" на немачком значи "експлодирати", али у овом случају је то чисто случајна коинциденција) открио је способност пикринске киселине да експлодира из експлозивног детонатора који је претходно измислио Нобел, и за то је одмах пронађена нова примена: почели су да опремају шкољке њиме.
Реакција сагоревања пикринске киселине у затвореној запремини изгледа овако:
КСНУМКС Ц6H2(НО2)3ОХ=ЦО2 + Ц + 10 ЦО +2 Х2О + Х2 + 3 Н2
Можете почети да рачунате употребу пикринске киселине као експлозива од 1886. године. У Француској се користила под именом мелинит, у Енглеској - лиддит, у Италији пертит, у Јапану - схимозе.
У то време пикринска киселина је била најјачи и, упркос очигледним недостацима, најчешћи експлозив за минирање. Међутим, обим производње пикринске киселине почетком двадесетог века. почела да се смањује због својих негативних својстава, као што је интеракција са шкољком пројектила, што доводи до стварања гвожђег пикрата, који је веома осетљив на удар, и неприкладности за припрему амонита. Можда би ТНТ заменио пикринку, да није избијање светског рата. Добро успостављена технологија омогућила је организовање ослобађања шкољки у огромним количинама [15].
Пикринска киселина, колико год то чудно звучало, била је први експлозив у историји који је био сигуран за паљење. Дуго су америчке гранате биле опремљене искључиво "пиринком".
1. Осетљивост: када се тестира са оптерећењем од 10 кг и висином пада од 25 цм, број експлозија је 24-32%.
2. Енергија експлозивне трансформације - 4020 кЈ/кг.
3. Брзина детонације: 7350м/с
4. Брисанце: 17мм.
5. Експлозив: 310 цу. центиметар.
О осетљивости пикринске киселине мора се говорити посебно. Сам по себи, нема веома високу осетљивост, што је привукло пажњу (нарочито на позадини тринитроглицерина). Међутим, реч "киселина" у свом имену није само признање хемијској припадности ове супстанце. Чињеница је да, у поређењу са прогенитор-фенолом, "пикринка" има прилично високу константу дисоцијације. Не улазећи у детаље теорије електролитичке дисоцијације и равнотеже у растворима, напомињемо само чињеницу да је по својој јачини приближно 1000 пута јачи од сирћетне и 20 пута јачи од фосфора.
Интеракција киселине са металима се увек завршава на исти начин: добијају се соли, у овом случају пикрати. Али са њиховом осетљивошћу на спољашње утицаје, све је било потпуно другачије од оне "пикринке": оне су изузетно експлозивне, па чак и натријумове и амонијумове соли показују нестабилност. Шта можемо рећи о гвозденим пикратима: овде чак и мање нечистоће могу изазвати детонацију целе муниције.
Убрзо се пикринска киселина појавила пред француском комисијом за експлозиве. Од свевидећег ока Марселина Бертелоа, који је предузео да га проучава, ништа није побегло. Утврђено је да је пикринска киселина најснажнија супстанца за експлозију, одмах иза нитроглицерина, да у њеном саставу нема довољно кисеоника и да је пожељно да јој се дода нека врста оксидационог средства (али не шалитре); да је пикринска киселина сама по себи релативно безбедна, али да се при складиштењу у неодговарајућим условима формирање пикрата убрзава десетинама и стотинама пута; да се осетљивост пикринске киселине може смањити спајањем са динитронафталеном. Ове студије су означиле почетак потпуне револуције у ставовима о пикринској киселини. Коначно, неповерење према новом експлозиву развејао је рад париског хемичара Ежена Турпена, који је показао да ливена пикринска киселина непрепознатљиво мења својства у поређењу са пресованим прахом и вишеструко губи опасну осетљивост.
Растопљена пикринска киселина својом ћилибарском бојом веома подсећа на мед (грчки „насукана”), по чему је и добила једно од имена.
Непотребно је рећи да је Турпинов рад био строго поверљив. А када су осамдесетих Французи почели да производе нови експлозив под мистериозним именом "мелинит", то је изазвало огромно интересовање у свим земљама. На крају крајева, ударно дејство муниције опремљене мелинитом изазива дужно поштовање чак иу нашем времену. Упркос свим мерама опреза, тајна мелинитиса убрзо је постала јавна тајна. Већ 1890. Мендељејев је известио руског поморског министра Чихачова:
„Што се тиче мелинитиса, чији деструктивни ефекат превазилази све ове тестове, из приватних извора са различитих страна се уједначено схвата да мелинитис није ништа друго до пикринска киселина охлађена под високим притиском.
У Русији је 1894. године почела да се производи пикринска киселина. Овим питањем се бавио С.В. Панпусхко, човек изузетних способности и занимљиве судбине. Мислим да прича о њему заслужује посебну публикацију.
Процват њене светске производње пикринске киселине пао је на године Првог светског рата. Али до тада је већ имала страшног ривала, који ју је брзо притискао и позади и напред.
Гранате допремљене на континент из САД током Првог светског рата првим транспортима, услед дејства морског ваздуха, дале су велики број непотпуних експлозија. Као резултат тога, садржај шкољки, који је имао јарко жуту боју, распршен је у ваздух, а људи који су јој били изложени („канаринци“) проклињали су пикринску киселину не толико због њене експлозивне моћи, колико због њене оштрине. укуса у устима и укорењене боје.
Поред динитронафталена, за опремање муниције користе се динитрофенол и тринитрокрезол. Ово вам омогућава да их опремите муницијом великих калибара. Користе се легуре од 60% пикринске киселине и 40% динитрофенола и 40% пикринске киселине и 60% тринитрокрезола.
Добијте пикринску киселину из фенола. Фенол се може директно нитровати само са веома разблаженим киселинама, што је технички тешко и неисплативо. Нитрација фенола са смешом киселина, чак и средње јачине, је скоро немогућа, јер велика брзина реакције и, последично, интензивно ослобађање топлоте изазива његову оксидацију и смолификацију. Да би се спречили ови процеси, синтеза је подељена у две фазе. У првој фази се добија фенол дисулфонска киселина, у другој - директно тринитрофенол.
Процес сулфонације је праћен ослобађањем сумпорне киселине која разблажује воду и реверзибилан је:
Када се фенолсулфонска киселина третира са азотном киселином у присуству вишка концентроване сумпорне киселине, један од водоника у језгру се замењује нитро групом (процес А); у присуству разблажене сумпорне киселине, сулфо група је замењена нитро групом (процес Б):
Због тога је при увођењу три нитро групе у молекул фенола најцелисходније да се процес спроведе следећим редоследом. Прво се из фенола у две фазе добија фенол дисулфонска киселина, затим се у реакциону смешу додаје смеша концентроване сумпорне и азотне киселине:
И, коначно, добијено прилично сложено једињење у разблаженој сумпорној киселини се претвара у тринитрофенол:
Вода која се ослобађа у овом случају није несрећна препрека, већ (редак случај!) Веома значајан фактор: разређује реакциони медијум, аутоматски подешавајући концентрацију сумпорне киселине.
У овом случају, производња пикринске киселине из фенолсулфонске киселине не захтева употребу киселинског циклуса. Најконцентрованија кисела смеша је овде потребна на почетку процеса да би се увела прва нитро група, а затим се нитро смеша разблажи са ослобођеном водом, што чини медијум погодним за замену сулфо групе са нитро групом. Нитрација се одвија под најповољнијим условима - у хомогеном медију, пошто се сулфонске киселине и њихови нитро деривати добро растварају у сумпорној киселини. На крају процеса таложе се кристали много мање растворљивог тринитрофенола [5]. Добијени производ се истисне из киселине, опере водом и осуши.
Синтеза је прилично једноставна, попут синтезе нитроглицерина, али добијени производ је много мање изложен опасности од експлозије. Температурни режим се одржава захваљујући топлоти која се ослобађа током реакције (дефинитивни плус), а концентрација киселине се аутоматски одржава разређивањем настале воде (само ретка срећа - подударност смерова два процеса). Таква једноставност технологије омогућила је добијање пикринске киселине у огромним количинама. Али након 10 година употребе, почетком двадесетог века, пикринска киселина је потпуно замењена неутралним, практичнијим и сигурнијим толом. Међутим, и у Првом и у Другом светском рату, када није било потребе да се води рачуна о безбедности муниције при складиштењу, а гранате из фабрике ишле право на линију фронта, производња „пикринке” је настављена и достигла огромних размера. Почев од 1. године, када су исцрпљене предратне залихе граната и ресурси Немаца, и мине и гранате и гранате почеле су да се опремају „пикринком“ уместо толом.
У овом тренутку приче изгледа најприкладније да почнемо да говоримо о потпуно непланираном практичном надметању пикринске киселине у њеној јапанској инкарнацији са пироксилином као експлозивним експлозивом током злогласног руско-јапанског рата, али аутор то неће намерно учинити: тоне папира и терабајта компјутерских ресурса, посвећених овом питању, нису ставили коначну тачку на ово питање. Вероватно ћу се уздржати...
Тротил, он је
Палму у открићу тринитротолуена треба дати Немцима. Био је то представник Немачке, Јулиус Вилбрандт, који је 1863. године први примио тринитротолуен. Даља историја будућег експлозива развијала се брже од историје пикринске киселине. Већ 1887. за њега се заинтересовало пруско војно одељење као могућа замена за пикрину киселину у артиљеријским гранатама.
Међутим, имао је мало успеха. Тек почетком двадесетог века, захваљујући раду немачког инжењера Г.Каста, нашао је примену у војним пословима. А 1902. године, под званичним именом „ФулИпуИвер-2“ (и незваничним, шифрованим „ТНТ“), немачка војска је усвојила технички чист тринитротолуен као пуњење за артиљеријске гранате малог калибра. И у Немачкој, иу многим другим земљама, ТНТ се сматрао немачким изумом.
У Француској су мислили другачије. И у Русији.
Сачуван је један изузетан документ који вам омогућава да другачије погледате историју развоја и имплементације ТНТ-а. Ево извода из тог документа.
врло тајно
НЕКЕ ИНФОРМАЦИЈЕ
о употреби експлозива за пуњење пројектила у страним државама
о употреби експлозива за пуњење пројектила у страним државама
На извештај гђе. штабни капетан Рдултовски на службеном путу у иностранству 1906. године
Додатак бр.И
на извештај број 7/1906
на извештај број 7/1906
Током свог боравка у иностранству почетком ове године успео сам да прикупим, без обзира на задатак који ми је био поверен, неке податке о употреби експлозива у артиљеријским гранатама у разним државама.
...осам. Неке информације о тринитротолуену. Када сам био у Немачкој, случајно сам чуо да се у немачкој артиљерији тестира нека нова супстанца за пуњење граната, позната као „ТНТ”. Убрзо смо успели да сазнамо да је то условни назив тринитротолуена, који производи фабрика карбонитног друштва у близини Келна. Приликом посете овој фабрици успео сам да се уопштено упознам са припремом „ТНТ-а“, али су у фабрици одбили да ми дају детаљније информације, образлажући то кашњењем у издавању патента. Слично објашњење сам добио у другој фабрици – Анхалто-Вестфалском друштву.
... По доласку у Француску, у разговору са господином Виелом, питао сам његово мишљење о тринитротолуону и добио одговор да је овај експлозив сам по себи веома добар, али да француске фабрике тренутно не производе његов оригинални производ - толуол.
... у Енглеској, у фабрици Нобеловог друштва ... испоставило се да је господин Виел дуго инсистирао на проучавању својстава и метода производње виших нитро деривата ... "
Напомињемо једну значајну тачку: немирни Виел, који је више пута покушавао да добије патенте за добијање експлозива (прича о њему, као и многи други ликови у овој причи, заслужује посебну публикацију, коју ће аутор припремити ако читаоци изразе жељу да се упознају са њим), већ су знали за замену за ПЦ и покушали да је уведу у производњу. Главни проблем је видео у недостатку довољне количине сировина, али, мислим, овде је био мало лукав - било је довољно проблема са производњом ТНТ-а, и они су тек почели да се појављују.
И било је за шта да се бори. Карактеристике тринитротолуена (ТНТ) су биле прилично импресивне:
1. Осетљивост: није осетљив на удар, трење, продирање метка, ватру, варницу, хемијски напад (4-8% експлозија када терет од 10 кг падне са висине од 25 цм).
2. Енергија експлозивне трансформације - 4228 кЈ/кг.
3. Брзина детонације: 6900м/с
4. Брисанце: 19мм.
5. Експлозив: 285 цу. центиметар.
Нема ничег изненађујућег у релативној лакоћи са којом је млади руски официр успевао да уђе у разговоре о тринитротолуену и чак да из ових разговора извуче неке веома корисне информације. Као што читалац већ зна, многи људи су знали много о тринитротолуену као хемијском једињењу у круговима хемичара и артиљеријских научника.
Дакле, када је изложен отвореном пламену, ТНТ се запали и гори жутим, веома задимљеним пламеном. Сагоревање на атмосферском притиску изгледа овако:
C7H5N3O6 = 2НО + 3ЦО + Х2О+4Ц+1,5Х2 + 1,5Н2 + 400 кцал/кг
Сагоревање под високим притиском одвија се нешто другачије:
C7H5N3O6 = 6ЦО + Ц + 2,5 Х2 + 1,5Н2 + 632 кцал/кг
Сагоревање у скученом простору велике количине може се развити у детонацију (теоретски, то се у пракси не дешава). Детонација је следећи процес:
C7H5N3O6 = 1,5ЦО2 + ЦО + 2Х2О + 4,5 Ц + 0,5 Х2 + 1,5 Н2 + 1011 кцал/кг
Али друга ствар је „ТНТ“, технички производ хемијске индустрије у развоју, погодан за војне сврхе. Ни у немачким фабрикама, ни у истраживачком центру Спандау, где је посетио и В. И. Рдултовски, нису му дате технолошке информације.
Он је потпуно неочекивано и потпуно открио брижљиво чуване тајне пруских арсенала ... у Француској. Енергични и предузимљиви капетан гроф А.А. чинова ”организовао је путовање у Бурж, центар француске артиљеријске мисли, за колегу који је послат у иностранство.
Француски научници артиљерије срдачно су дочекали свог руског колегу. Владимир Јосифовић је касније признао породици и пријатељима да је вино којим су га Французи частили било одлично и једноставно је било штета да га тихо прскамо у саксије са цвећем. Али разговор се показао тако узбудљивим - о "ТНТ-у"!
Једном у хиљаду година постоје такве случајности. Јер буквално уочи овог састанка, 30. априла 1906. године, главни хемичар главне пиротехничке лабораторије у Буржу, доктор хемије, потпуковник француске артиљерије Келер, добио је депешу Министарства рата која га је огорчила на језгро. У депеши су, како је написао В. И. Рдултовски у свом извештају надређенима, пренете обавештајне информације о новом ТНТ експлозиву који се у великој мери тестира у Немачкој, као и узорак ове супстанце. Министарство је препоручило да се информације о новом немачком проналаску пажљиво процене. Али то је било изнад моралне снаге шефа главне пиротехничке лабораторије.
„Ово није немачки изум“, викнуо је Келер, потпуно припит, свом руском колеги, „разумете, штаб капетане, не Немац! Ово је достигнуће Француске!“
Као што разумете, у таквој ситуацији није било тешко навести побеснеле домаћине да дају одговарајућа објашњења. Прилично лепршав, Келер је, без оклевања, пажљиво и саосећајно изложио страном официру слушајући га све податке које је имао о његовом приоритету у области открића тринитротолуена и о безуспешним покушајима да заинтересује француско министарство рата за њега. У закључку, помало увенуо хемичар је изразио наду да ће сада руководство војске обратити пажњу на његов развој „барем сада, када је то можда већ прихваћено у Немачкој...“
Рдултовски је те вечери много научио. И да је француски хемичар још 1895. године започео опсежне експерименте са ТНТ-ом. И о успесима у лабораторијској синтези експлозива, а уједно и о неким карактеристикама процеса. И о инерцији војног врха, који није хтео ништа да мења. И о свеприсутној немачкој обавештајној служби, која му је редовно крала белешке. Али још једна ствар је посебно узбунила насмејаног и пажљивог штабног капетана: Келер је рекао да су Немци од 1905. започели опсежне експерименте о употреби ТНТ-а у тешким артиљеријским гранатама. Раније нико није могао да употреби моћан експлозив за опремање граната великог калибра за топове и хаубице (проблеми са којима су се технолози сусрели при употреби ПЦ-а и НЦ-а су описани раније). Добијене информације су нам омогућиле да закључимо да су Немци успели да набаве, ако не идеалан, онда прилично згодан и ефикасан експлозив.
Информације које је примио В.И. флота. Даље, пуна драме и проблема, неуспеха и успеха, историја руског ТНТ-а је такође предмет посебне студије. Навешћемо још једну напомену: већ 1907. године донета је одлука о општем увођењу ТНТ-а, а 1909. године почела је индустријска производња овог експлозива. друге земље су на њега прешле тек 1911-1918.
У чему је био трик? Као и увек, у преносу процеса из лабораторије у индустријске радионице. Као и већина других процеса, нитрирање толуена се одвија у три фазе. У првој фази се добија мононитротолуен:
Процес траје око сат времена у реакционој смеши следећег састава: сумпорна киселина - 55%, азотна киселина - 28% (количина азотне киселине треба да буде 105% од теоретски потребне).
Реакциони производ је мононитротолуен, светло жута течност са тачком топљења од 5°Ц. Излаз мононитротолуена је 95% од теоретски могућег.
Друга фаза је припрема динитротолуена у нитрирајућој смеши састава: сумпорна киселина - 67%, азотна киселина - 23%.
Овог пута, количина азотне киселине која се узима за нитрацију треба да буде 200% теоретски неопходне, а време за процес треба да буде око 2,5 сата.
И коначно, трећа фаза је производња самог тринитротолуена (ТНТ):
Користи се нитрирајућа смеша састава: сумпорна киселина - 83%, азотна киселина - 17% [2, 17].
Време за процес је око 1,5 сата. Вишак азотне киселине у овој фази је 100% од теоретског захтева. Принос готовог производа је до 90% [2,3, 17].
Која је разлика између ТНТ-а и пикринске киселине? Према главним карактеристикама, готово ништа: неки параметри су виши, неки нижи, али су све разлике, генерално гледано, у границама статистичке грешке (табела 1).
Табела КСНУМКС
-------------------------------------------------- -------------------------------------------------- --------------------------------------------------
ББ ...... Осетљивост ..... Енергија експлозије ... Брзина детонације .... Брисанце ... Високи експлозив
-------------------------------------------------- -------------------------------------------------- --------------------------------------------------
ПК.......10/25/24-32....................4020..................7350.........................17...................310
ТНТ......10/25/4-8.......................4228..................6900.........................19...................285
-------------------------------------------------- -------------------------------------------------- --------------------------------------------------
Али са осетљивошћу, ситуација је много занимљивија. И ако су проблеми са пикринском киселином већ постали уџбеник (опет, да вас подсетим - само подсетите, не више! - Расправа "пироксилин ВС шимосе" и тако даље), онда је ТНТ био потпуно лишен ових недостатака: 4-8 % није само статистика, то је практично гаранција безбедног руковања муницијом.
А шта је са производношћу процеса? На први поглед нема разлике у поређењу са нитрацијом фенола. Међутим, ближи поглед показује да ако се у првом случају концентрација нитрирајуће смеше контролише скоро аутоматски, онда у овом случају нема таквог луксуза. А то значи једноставну и тужну чињеницу: сваки од интермедијера мора бити изолован и прерађен у нове реакционе смеше.
Одвајање супстанци из смеша је један од процеса који хемичари највише не воле. У погледу енергије и уложеног рада, по правилу, захтева десетине и стотине пута више напора него мешање (класичан пример је задатак за Пепељугу, који је издала подмукла маћеха). Време производње и цена производа се вишеструко повећавају, као и обим производње. Растворљивост нитро деривата толуена у води је веома ниска, али од сва три производа, само монодериват (први степен) је течност лакша од воде, што олакшава његову изолацију. Ди- и тринитро деривати су чврсте материје и њихово одвајање из водене фазе захтева одржавање смеше до 90 - 100 Ц. Вратимо се поново упоредној табели.
Табела КСНУМКС
-------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -----------
ББ.....Потрошња реагенса по 1кг......Број фаза........Бр.
........Азотна киселина..Сумпорна киселина .............................. производи
-------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -----------
ПЦ.........1,4............2,8............ ......3... ...................1
ТНТ........3,9.............6,3............. .....3... ...................3
-------------------------------------------------- -------------------------------------------------- -----------
Као што видите, са релативно једнаким борбеним карактеристикама оба експлозива, производни параметри очигледно нису били у корист ТНТ-а. Само државе које су имале на располагању два фактора могле су да реше овај проблем: развијену хемијску индустрију и релативно мале резерве ПЦ-а акумулиране до тада.
Како је био везан азот
Дакле, ситуација је постала крајње јасна: само земље са великом количином јефтине азотне киселине и високоиндустријском хемијско-технолошком производњом могу произвести моћне експлозиве. Неоспорне вође у овом погледу у другој половини XNUMX. века биле су Енглеска, Француска и Немачка. И овде је Први светски рат почео много раније него што су у Сарајеву испаљени кобни хици.
Проблем фиксације азота (како у хемијској технологији називају комплекс процеса претварања атмосферског азота у азотну киселину и њене соли) хемичари су дуго били збуњени. Решите то на два начина.
Прва је била директна оксидација азота кисеоником:
N2 + О2 — 2НО
Даље, све је изгледало једноставно: у почетку се оксид лако претварао у диоксид
2НО+О2 = 2 НЕ2
који се такође лако преузима водом обогаћеном кисеоником за производњу азотне киселине:
КСНУМКС НО2 + 2 Х2О+О2 = 4 ХНО3
Киселина из ваздуха и воде – сам Аристотел би позелелео од зависти. Деловало је лакше: нађемо одговарајућу реку турбулентног тока, направимо један комплекс од хидроелектране и постројења за производњу азотне киселине и - воила, проблем је решен. Али оно што само изгледа на папиру није увек тако лако у стварном животу.
Као што знате, ђаво је у детаљима. У овом случају, икона је постала такав детаљ - - један од симбола који хемичари највише не воле. Означава тужну чињеницу да је реакција у стању динамичке равнотеже и да је у сваком моменту број насталих и распаднутих молекула исти. Штавише, стање равнотеже се постиже веома брзо: када је садржај азотног оксида око 2-3%. Ова невоља се може спречити само хлађењем реакционе смеше. У лабораторијским условима било је могуће применити овај приступ, али у индустријским условима, коначни принос производа је остао депресивно низак. Други проблем на путу имплементације директне оксидације азота била је превелика потрошња енергије: 1 хиљада кВх је потрошено на 70 тону производа, а само 3% ове енергије је потрошено на добијање производа. Генерално, атмосферски азот је деловао непробојно, као краљичина спаваћа соба.
Али, као што знате, не постоје неосвојива упоришта: ако директни напад не успе, увек можете пронаћи решење. Такав маневар у питању фиксације азота била је оксидација амонијака:
4 НХ3 + 7 О2 = 4 НЕ2 + 6 Х2O
Међутим, штетност природе је у томе што ни у природи нема извора амонијака, иако су компоненте за његову производњу исте (вода и ваздух) и доступне су у неограниченим количинама било где на планети.
Парадокс је, али производња водоника електролизом воде, синтеза амонијака и његова оксидација у луку са електричним пражњењем – испоставило се да је такав заобилазни пут економски и технолошки исплативији и јефтинији од директне оксидације азота.
Синтеза амонијака је такође реверзибилна реакција, али се равнотежа јавља при садржају амонијака од око 30%. И иако такође захтева употребу топлоте и повећање температуре, његови услови се могу значајно променити у правцу олакшавања процеса.
И ту смо суочени са једном од најромантичнијих страница у борби хемичара, која је претходила сукобу генерала. На сцени се појавио још један лик - катализатор. Управо ове дивне супстанце, које Вант Хоф назива „магични штапић хемије“, омогућавају радикалан утицај на хемијске процесе.
Проналажење и прилагођавање катализатора није лак задатак. Често овај посао може трајати неколико година, а успех нико не може унапред гарантовати.
У Немачкој је овај проблем подигнут на највиши ниво: сам Кајзер је лично надгледао пројекат проналажења катализатора. Питање је решено немачком темељитошћу и тачношћу. Хемичари су добили задатак – ни више ни мање, него да развију теорију деловања катализатора и да на основу ње пронађу најефикаснију за реакцију добијања амонијака. За ове радове издвојена је за та времена незамислива сума - 100000 марака, а одређен је рок од двије године. Али две године напорног рада завршиле су неуспехом. Тада Кајзер поново издваја 50000 марака из благајне и даје задатак за годину дана да се емпиријски пронађе одговарајући катализатор. Са педантношћу карактеристичном за Немце, научници су прошли кроз око 250 хиљада различитих материјала: једноставне и сложене супстанце, смеше и легуре, течности, чврсте материје и гасове. Катализатор који су пронашли 1908. године - легура платине са иридијумом или родијумом - упркос чињеници да су сада пронађени јефтинији аналози, још увек исправно ради у многим хемијским предузећима (гледајући унапред, рећи ћу да су немачки хемичари Фриц Хабер 1918. и Карл Бош, који је у великој мери унапредио овај процес, добио је Нобелову награду 1931. за своја истраживања.)
Али то је било све касније, после Версаја и новог круга милитаризације у Немачкој. А онда је Немачка чувала своју тајну ништа горе од крсташа Светог грала. Рад на синтези амонијака се из лабораторија у Карлсруеу преноси у Баденску компанију анилин-сода (тамо се у рад укључио и К. Бош). Године 1910. БАСФ је у потпуности развио и увео технологију за производњу амонијака и азотне киселине; 1913. изграђена је фабрика у Оппауу, већ током рата - у Леинеу. Почетком друге деценије двадесетог века немачке фабрике су у потпуности покривале потребе арсенала за експлозивом и пољопривредника за азотним ђубривом. У случају мобилизације, фабрике би могле произвести колосалне количине експлозива и барута потребних за рат великих размера. И све то без спољног снабдевања, искључиво на домаћим сировинама (као што знате свуда је ваздух домаћи). Чилеанци су бројали своје губитке, британски адмирали нервозно пушили по страни – њихове оклопне ескадриле више нису биле гарант светског мира (тачније енглеског светског поретка). У међувремену, у Потсдаму, генерали су планирали да освоје свет (још једна вртоглавица од успеха). Сада је, захваљујући Хаберу, експлозив потребан за рат био доступан у неограниченим количинама.
Све у нашем свету је међусобно повезано. И скоро ништа се не подразумева. Осим, можда, једне ствари: трајне важности науке. Аутор не жели да личи на оног запаженог шетача који на сав глас хвали родну мочвару, али га проучавање историје света и историје науке убеђује да земље чије је руководство посветило пажњу развоју фундаменталних наука, без захтевајући од њих да имају непосредан практичан ефекат, што је увек користило као брзо решење за хитне проблеме. А хемија, као једна од најстаријих и најневероватнијих наука, припада једно од водећих места.
А азот и његова једињења нису пензионисани након преласка на ТНТ. Штавише, данас, како постепено напуштају некада тако популарни тол, редовно кроте ђавола експлозива у још снажнијим експлозивима: хексогеном и октогеном. А недавно су се у штампи појавили извештаји о синтези новог експлозива, који тврди да је уврштен у елитну листу најпопуларнијих експлозива на свету. Реч је о хексанитрохексаазаизовурцитану, познатом под комерцијалним именом ЦЛ-20. Његов молекул је ремек-дело синтетичке хемије, који представља отворену структуру од два пентагона, у којој има више атома азота него атома угљеника.
Дакле, војна историја азота и нитрата се наставља...
Литература
1. http://wap.alternativa.borda.ru/?1-5-120-00000316-000-0-0-1140073895.
2. хттп://ввв.пиротек.инфо/ВВ/Синтез_ТНТ.хтмл.
3. хттп://ввв.екплодерс.инфо/справка/40.хтмл.
4. Кхимик.ру. хттп://ввв.кумук.ру/енциклопедиа/2/4574.хтмл.
5. хттп://рудоцс.екдат.цом/доцс/индек-34762.хтмл?паге=17.
6. хттп://арми.армор.киев.уа/енгенеар/динамит.схтмл.
7. хттп://ввв.пиротек.инфо/Вв2/нитроглицол.хтм.
8. хттп://ввв.екплодерс.инфо/справка/91.хтмл.
9. А. Стетбацхер. Барут и експлозив. Москва: ОНТИ - Главна редакција хемијске литературе, 1936.
10. Л.В. Дубнов, Н.С. Бахаревицх, А.И. Романов. Индустријски експлозиви. Москва, „Недра“, 1988.
11. Ф. Наум. Нитроглицерин и нитроглицерински експлозиви. Москва – Лењинград: Државно хемијско-техничко издаваштво ОНТИ, 1934.
12. http://war.newru.org/news/dinamitnye_pushki_zalinskogo/2012-11-24-88.
13. хттп://питерхунт.ру/пагес/нк-ос/3/3.хтм.
14. Станитсин В. Барут // Хемија и живот. 1975. број 10. стр. 48-54.
15. http://igor-grek.ucoz.ru/publ/tekhnologii/vzryvchatka_pikrinovaja_kislota/7-1-0-156.
16. хттп://диц.ацадемиц.ру/диц.нсф/рувики/104953.
17. Демидов В.И. Горки мед - "мелинитис" // Хемија и живот. 1974. број 8. Од 61-65.
18. Орлова Е.Иу. Хемија и технологија високих експлозива. 3рд ед. ревидирано Л.: Хемија, 1981. 312 стр.
информације