Kyselina pikrová

Kyselina pikrová
Kyselina pikrová
Všeobecné vlastnosti
Sumárny vzorec	C6H3N3O7
Systematický názov	2,4,6,-trinitrofenol
Synonymá	fenoltrinitrát
Fyzikálne vlastnosti
Molárna hmotnosť	229,10 g/mol
Teplota topenia	122,5 °C
Hustota	1,763 g/cm
Rozpustnosť	12,7 g/l (voda)
pKA	0,38
Bezpečnosť Globálny harmonizovaný systém klasifikácie a označovania chemikálií Hrozby Európska klasifikácia látok Hrozby Výbušnina (E) Jed (T) Nebezpečná pre životné prostredie (N) NFPA 704 4 3 4
Ďalšie informácie
Číslo CAS	88-89-1
ChemSpider	6688
SMILES	O=[N+]([O-])c1cc(cc([N+]([O-])=O)c1O)[N+]([O-])=O
3D model (JSmol)	Interaktívny 3D model
Pokiaľ je to možné a bežné, používame jednotky sústavy SI. Ak nie je hore uvedené inak, údaje sú za normálnych podmienok.
Chemický portál

Kyselina pikrová alebo 2,4,6-trinitrofenol je staršia výkonná trhavina na vojenské použitie. V súčasnosti sa už takmer nepoužíva. Je určite zaujímavé, že soli kyseliny pikrovej poznali už alchymisti – v alchymistickom spise z roku 1742 je opísaná príprava pikrátu olovnatého a pikrátu draselného.

I keď v jej názve je slovo "kyselina", neobsahuje karboxylovú skupinu. Má však veľmi nízke pK_a a je schopná odštiepiť protón, historicky bola preto označená ako kyselina.

Vlastnosti

Kyselina pikrová tvorí biele až nažltlé kryštáliky. Vo vode je málo rozpustná, pri 20 °C sa v 100 g vody rozpustí 1,1 g TNF, pri 100 °C 7,25 g. Je málo hydroskopická. Dobre sa rozpúšťa v organických rozpúšťadlách, predovšetkým v acetóne (43 g v 100 g pri 25 °C), metylalkohole (21 g v 100 g pri 25 °C), málo sa rozpúšťa v kyseline sírovej a kyseline dusičnej pri izbovej teplote, rozpustnosť s teplotou rastie.

Pri zahriatí nad teplotu topenia (122,5 °C) začína sublimovať.

Kyselina pikrová má kyslú povahu. Voči kyselinám je pomerne stála. So zásadami vytvára pikráty (soli kyseliny pikrovej), ktoré sú značne citlivé a patria medzi traskaviny. So stúpajúcou atómovou hmotnosťou kovu citlivosť pikrátov rastie. S kovmi za prítomnosti vody alebo v roztavenom stave tiež vytvára pikráty. Kyselina pikrová s obsahom pikrátov je manipulačne nebezpečná. Kyselina pikrová vytvára aj étery, napríklad trinitroanizol a trinitrofenetol.

Kyselina pikrová je jedovatá viac ako aromatické nitrolátky. Jednorazová smrteľná dávka pre králika je asi 0,5 g na 1 kg živej váhy, zhromažďuje sa v tele. Preniká aj pokožkou; kožu, vlasy, nechty, zuby a sliny farbí na žlto. Slabý roztok kyseliny pikrovej (0,05 %) zabíja do pol hodiny mnohé baktérie (napríklad aj baktérie týfusu).

Výroba

Existujú dva spôsoby prípravy kyseliny pikrovej:

1. nitrácia fenolu
2. nitrácia dinitrofenolu

Výroba kyseliny pikrovej nitráciou fenolu

Kyselina sírová sa používa koncentrovaná 92 – 98 %, fenol čistý, s teplotou tuhnutia nad 39 °C, bez prchavých prímesí. Kyselina sírová, kyselina dusičná, dusičnan sodný a fenol nesmú obsahovať olovo v zistiteľnom množstve (aby sa vylúčil vznik pikrátu olovnatého, ktorý je traskavinou).

Postup je dvojkrokový. V prvom kroku ("sulfonácia") sa pôsobením koncentrovanej kyseliny sírovej (v prebytku) na roztavený fenol pripraví zmes kyseliny fenolsulfónovej a kyseliny fenoldisulfónovej (vznikajú súčasne). Reakčná teplota dosahuje až 100 °C, podľa niektorých postupov až 130 °C a reakcia prebieha niekoľko hodín.
Sulfonácia fenolu umožňuje pracovať bez veľkých prebytkov kyselín a znižuje množstvo vedľajších produktov, ktoré by vznikali pri priamej nitrácii fenolu. Výhodná je aj ekonomicky, pretože znižuje množstvo a koncentráciu odpadných kyselín po nitrácii, ktoré nie je možné pre obsah kyseliny pikrovej regenerovať.

V druhom kroku sa sulfónfenol nitruje. Nitráciu je možné robiť:

• zriedenou kyselinou dusičnou (44 – 65 %)
• zmesou kyseliny dusičnej a dusičnanu sodného
• koncentrovanou kyselinou dusičnou

Počiatočná teplota pri nitrácii musí byť viac ako 50 °C, počas reakcie stúpa a udržuje sa nad 100 °C (podľa konkrétneho postupu až 120 °C) a po niekoľkých hodinách klesá. Dostatočne vysoká teplota je potrebná pre efektívnosť reakcie, pri nízkej teplote vzniká mnoho mononitrofenolu a dinitrofenolu, ktoré znečisťujú výsledný produkt. Po ukončení nitrácie sa produkt pomali ochladí na 60 °C a prileje sa do neho voda, čím sa zabráni prípadnému vylúčeniu síranu sodného a kyselina sírová sa zriedi na 45 % (pri tejto koncentrácii je rozpustnosť kyseliny pikrovej v kyseline sírovej najnižšia) a nechá ďalej chladnúť. Po úplnom ochladení a usadení sa prebytočná tekutina po nitrácii odsaje a kyselina pikrová sa premýva vodou, aby sa zbavila kyseliny sírovej (obsah kyseliny dusičnej je v produkte po skončení nitrácie len okolo 1 %).

Nitrácia koncentrovanou kyselinou dusičnou vyžaduje zložitejšiu aparatúru, s nitrátorom s vyhrievaním a chladením a miešadlom.

(Nemecký postup používaný v Griesheime – podľa T. Urbaňski – Chémia a technológia výbušnín – Praha 1959) Do 400 dielov 30 % ólea (H₂SO₄ s rozpusteným SO₃) sa pridá 94 dielov (1 mol) fenolu a ohrieva na 90 – 100 °C po dobu 5 hodín. Roztok sa potom zriedi prídavkom 200 dielov kyseliny sírovej (s hustotou 1,84gcm⁻³) a ochladí na 50 °C. Pridá sa 80 dielov 80 % kyseliny dusičnej. Teplota začne stúpať. Pri teplote 60 – 80 °C sa pridá druhá dávka 80 dielov kyseliny dusičnej a pri prekročení 80 °C 100 dielov kyseliny dusičnej. Reakcia sa nechá dobehnúť.

Z popisu je zrejmé, že nitrácia postupne prebieha v troch stupňoch. Na riedenie roztoku po sulfonácii používajú niektoré podobné postupy odpadnú kyselinu sírovú, získanú po predošlej nitrácii (má koncentráciu asi 75 – 80 % a obsahuje rôzne prímesi).

Výroba kyseliny pikrovej nitráciou dinitrofenolu

Dinitrofenol sa vyrába z chlórbenzénu nitráciou na chlórdinitrobenzén a hydrolýzou na dinitrofenol.

Dinitrofenol pre nitráciu sa privádza do nitrátoru, v ktorom je odpadná kyselina z predošlej nitrácie, zohriata na 50 °C a nechá polhodinu reagovať. Nitračná zmes zložená z 1 dielu 86% kysleniny dusičnej a 2 dielov 20 % ólea sa privádza pomaly, po dobu 2,5 hodiny, teplota sa udržuje na 80 °C. Po pridaní nitračnej zmesi sa sa nechá prebiehať reakcia ešte pol hodinu pri 80 °C, potom sa teplota počas jednej hodiny zvýši na 110 – 112 °C a pri tejto teplote nechá prebiehať ešte jeden a pol hodiny. Potom sa nitrátor rýchlo ochladí na 25 – 30 °C, kyselina pikrová sa vylúči vo forme jemných kryštálov. Tekutina sa odsaje.

Produkty po všetkých spôsoboch nitrácie sa premývajú v niekoľkých stupňoch vodou v práčkach a odstredivkách. Potom sa kyselina pikrová suší v sušiarňach.

Stavby pre výrobu kyseliny pikrovej majú sadrové omietky a podlahy kryté linoleom, drevom alebo asfaltom, pretože voda pri umývaní prevádzky preniká do betónu a v nej rozpustená kyselina pikrová vytvára postupne v betóne pikráty – výsledkom bolo niekoľko katastrof.

Použitie

Kyselina pikrová sa používala ako trhavá náplň delostreleckých striel a granátov aj ako náplň leteckých bômb. V súčasnosti sa už takmer nepoužíva, pretože má silné korozívne účinky a s väčšinou kovov (železom, meďou, zinkom, niklom...) vytvára vo vlhku mimoriadne citlivé zlúčeniny, pikráty, ktoré sú prakticky všetky nebezpečné traskaviny. Určité uplatnenie nachádza kyselina pikrová a jej zlúčeniny pri výrobe tuhých raketových pohonných hmôt a iných strelivín.

Kyselina pikrová slúži dnes hlavne ako medziprodukt pre výrobu ďalších výbušnín.

• Pikrát olovnatý našiel praktické použitie ako traskavina.
• Pikrát amónny (Explosive-D) je trhavinou s vyššou odolnosťou voči nárazu. Používa sa v zmesi so 48% TNT (pikratol).
• Pikrát guanidinu je trhavinou s vysokou odolnoťou voči nárazu a treniu.

Kyselina pikrová sa užíva v podobe nasýteného vodného roztoku v kombinácii s formolom a kyselinou octovou (tzv. Bouinova tekutina) ako chemické fixačné činidlo na fixovanie biologického materiálu pre účely histologického pozorovania.