Етиленглікольдинітрат (дінітроетиленгліколь, нітрогліколь, скор. ЕГДН) — органічна сполука з формулою C2H4O6N2((CH2ONO2)2), складний ефір азотної кислоти та двохатомного спирту етиленгліколю.
Масляниста рідина. Є потужною бризантною вибуховою речовиною та отрутою. Має нульовий кисневий баланс.
Також може використовуватись як сильний окисник в реакціях органічної хімії.
Інші назви: динітрогліколь, глікольдинітрат нітрогліколь, динітроетиленгліколь, динітрогліколь.
Пари ЕГДН дуже токсичні. При вдиханні, пари можуть проникати через неушкоджену шкіру. При потраплянні в організм викликає отруєння, часто смертельне.
Чистий етиленглікольдинітрат був отриманий бельгійським хіміком Луї Генрі (1834–1913) в 1870 році, шляхом додавання невеликої кількості етиленгліколю в суміш азотної та сірчаної кислот, охолодженої до 0 °C.
ЕГДН розкладається бактеріями штаму Bacilus subtilis з виділенням нітриту та етиленглікольмононітрату.
Як і інші органічні нітрати, динітрат етиленгліколю є судинорозширювальним засобом.
Переваги і недоліки Переваги Проста технологія виготовлення Не вимагає дорогих матеріалів для синтезу Велика силу вибуху Низька (порівняно з нітрогліцерином) чутливість до зовнішніх чинників
Недоліки Летюча речовина Дуже токсична речовина Найбільш ефективна в рідкому стані
Фізико-хімічні властивості
Фізичні властивості Прозора маслоподібна летюча рідина. Щільність речовини при 20 °C 1,489 г/см³, Температура затвердівання -21,7 °C. Малогігроскопічна речовина Розчинна в етанолі, метанолі, діетиловому етері, нітробензолі, ацетоні, нітрогліцерині та інших розчинниках. Розчинність у воді 0,5 % за 25 °C. В'язкість при 20 °C — 0,421 сПа/с. Летючість значно вища, ніж у нітрогліцерину (2,2 мг/(см²·год) — у 20 разів більше (за іншими даними — у 8 разів та у 13 разів за Штетбахером). tпл. -22,5 °С tкип. 197,5 °С солодкувата на смак Леткість значно вища, ніж у нітрогліцерину. Легко желатинує колоксілін при звичайній температурі.
Динітрогліколь дуже шкідливий для морських організмів
Хімічні властивості Хімічні властивості диглікольдинітрату аналогічні хімічним властивостям нітрогліцерину. Легко і швидко желатинує колоксилін за нормальних умов, тоді як для желатинізації нітрогліцерину потрібне нагрівання.
У вакуумі ЕГДН кипить без розкладання при 95 °C, може бути легко перегнаний з водяною парою. Утворює з нітрогліцерином евтектичні суміші із дуже низькою температурою плавлення.
ЕГДН омилюється при нагріванні з лугами:C2H2(ONO2)2 + KNO3 -> C2H2(OH)2 + 2KNO3
Чутливість до зовнішніх впливів До нагрівання При обережному нагріванні малих обсягів ЕГДН можна довести до випаровування без вибуху або спалаху. На металевій пластинці ЕГДН, швидко нагрітий, спалахує з легким вибухом. При температурі до 150 °C ЕГДН виділяє жовті пари — оксиди азоту. При нагріванні до 170 °C, у невеликих кількостях нітрогліколь швидко розкладається з легким спалахом, у великих кількостях вибухає.
До удару ~20 см (від 7 до 10 см) для вантажу 2 кг (нітрогліцерин — 4 см, ТЕН — 17 см). +Крапля ВВ поміщена в капсюль БюржеВибухова речовина Вага краплі (мг)Вага вантажу що падає (кг)Висота падіння вантажу (см)Число ударів Відсоток вибухівНітрогліколь25120, 45, 50, 10020, 50, 20, 505, 52, 60, 96Нітрогліцерин340,550, 65, 10030, 100, 5024, 52, 86
Хімічна стійкість ЕГДН стійкіший за нітрогліцерин. При температурі 72 °C він витримує пробу Абеля протягом години (НГЦ протягом 10-15 хв). Нижча стійкість ЕГДН на перший погляд пояснюється невеликою дисоціацією його парів.
Детонаційні властивості ЕГДН легше детонує ніж нітрогліцерин. Його розширення в бомбі Трауцля, порівняно з іншими гомологічними ефірами представлено нижче: Капсулі з ГР ЕГДН Нітрогліцерин Метилнітрат №1 (0,3 г.) 465 мл (71 %) 190 мл (32 %) 520 мл (84 %) №3 (0,54 р.) - 225 мл (38 %) - №6 (1,0 г.) - 460 мл (78 %) - №8 (2,0 г.) 650 мл (100 %) 590 мл (100 %) 620 мл (100 %)
З таблиці помітно, що ЕГДН детонує легше і повніше навіть у найменшому капсулі. Імовірно, це пов'язано з більш низькою в'язкістю. Висока швидкість детонації можлива за діаметра заряду більше 2,7 мм.
Здатність до детонації Теплота вибуху: 6,8 МДж/кг. Температура спалаху : 195–200 °, 215 °. Теплота утворення: -358,2 ккал/кг. Ентальпія утворення: -381,6 ккал/кг. Теплоємність: 0,4 кал/г. Температура вибуху: 4503 К (приблизно 4230 °C). Швидкість детонації: 7200 м/с. За іншими даними 8300 м/c — у сталевій трубі діаметром 35 мм. Може детонувати у низькошвидкісному режимі (1500-2000 м/с). Бризантність: 129 % (61,9 г піску) від тротилу (пісочна проба), по Гессу 115 % (18,9 мм) від тротилу. Фугасність в Pb-блоці: ЕГДН має дуже високу працездатність: 620 мл при пісочній забивці (650 мл при водній). Працездатність у балістичній мортирі: 127-137 % від тротилу. Об'єм продуктів вибуху: 737 л/кг (НГЦ 713 л/кг, тол 730 л/кг). Критичний діаметр: 2 мм, причому детонація низькошвидкісна і поширюється не більше ніж на 100 діаметрів (20 см)
Отримання Синтез ЕГДН дуже небезпечний, але безпечніший за синтез нітрогліцерину.
Основні способи Основні способи отримання етиленглікольдинітрату це: етерифікація етиленгліколю нітрування етилену
Вторинні способи Вторинні способи отримання етиленглікольдинітрату: Пряме виробництво з газоподібного етилену. Цей метод був запроваджений після Першої світової війни компанією Chemische Fabrik Kalk, GmbH у Кельн-Кальку доктором Х.Оме і пізніше був запатентований у США. Отримання з синтезу етиленоксиду Отримання етилену методом Мессінга через хлоргідрин і етиленоксид Приготування методом Дюпона нітрування суміші гліцерину та етиленгліколя у присутності сірчаної кислоти
Етапи синтезу ЕГДН У синтезі динітрогліколю застосовують етиленгліколь марки «динамітний». Етиленгліколю беруть 20 частин, на 100 частин нітрувальної суміші. Нітрувальна суміш складається з 50 % нітратної кислоти концентрацією від 90 до 98 % і 50 % сульфатної кислоти міцністю 90-98 %.
Нітрування етиленгліколю з першою нітрувальною сумішшю відбувається на обладнанні та за технологією (температурні та інші умови) для отримання нітрогліцерину
(CH2OH)2 + 2HNO3---H2SO4 -> (CH2ONO2)2 + 2H2O
Альтернативна нітрувальна суміш складається з нітрату амонію та сульфатної кислоти міцністю 90-98 %
Сепарація ЕГДН проводиться так само, як сепарація нітрогліцерину з тією лише різницею, що відсепарований нітрогліколь приймають в ємність з 2-кратною кількістю холодної води. Через меншу в порівнянні з нітрогліцерином в'язкість нітрогліколю, сепарація проходить швидше ніж у нітрогліцерину
Промивання нітрогліколю проводиться аналогічно до промивання нітрогліцерину, з тією лише відмінністю, що використовують тільки холодні промивні рідини внаслідок великої леткості нітрогліколю. Промивну рідину на кожну промивку беруть у кількості, що дорівнює кількості нітрогліколю за обсягом. Промитий нітрогліколь фільтрують через фільтр.
Інший спосіб отримання нітрогліколю полягає в обробці етиленоксиду азотною кислотою і етерифікації отриманого продукту нітруючою сумішшю. Цей метод не отримав широкого поширення.
Безпека синтезу ЕГДН Всі операції з ЕГДН, в тому числі синтез та пластифікацію, за першим основним способом вимагають роботи в максимально провітрюваному приміщені з потужною витяжкою. Ідеальним варіантом є проведення синтезу на відкритому повітрі, стараючись не дихати випарами. Також, належить працювати в рукавичках та захисному одязі і бажано окулярах та захисном склі для обличчя.
Синтез та операції з ЕГДН не можна проводити біля відкритого вогню, джерела іскри. Треба запобігати утворення електростатичного заряду (наприклад шляхом заземлення), а також не піддавати реагенти чи продукт тертю або ударам. Також бажано не палити на території де відбуваються роботи з ЕГДН.
У випадку пожежі при синтезі треба використати розпилювачі води, порошок, піну, вуглекислий газ, уникати контакту з водою, якою іде пожежогасіння, а також триматись подалі від місця пожежі, бо ця пожежа має потенціал до вибуху.
Бажано не допускати потрапляння ЕГДН в природнє середовище. Якщо динітрогліколь потрапив десь поза операційною діяльністю, його треба в захисному костюмі зібрати в контейнери, які щільно закриваються. Залишки ж треба абсорбувати інертним абсорбентом, або зібрати піском.
Тестування продукту Спосіб 1. Взяти одну краплю ЕГДН і підпалити її сірником. Якщо крапля згорає слабким зеленкуватим полум'ям з шипінням — то це якісний ЕГДН.
Спосіб 2 Покласти одну краплю ЕГДН на металеву пластину і сильно вдарити молотком. Від гучного звуку вибуху має закласти вуха на деякий час. Це — показник якісного ЕГДН.
Для обидвох цих тестувань дуже важливо використовувати 1 краплю ЕГДН, а також, тримати основну речовину якомога далі від місця тестування.
Пластифікація Перший спосіб Пластифікація динітрогліколю потрібна для випадків, коли працювати з рідиною незручно. Пластифікація знижує потужність нітрогліколю, але додає стабільності вибуховій суміші. Залежність між потужністю і стабільністю є обернено пропорційною. Пластифікований у колоксиліні нітрогліколь називається "гримучий студень".
Другий спосіб Інший спосіб пластифікації — це утворення порошку з ЕГДН. Технологія цього процесу достатньо проста: в нітрогліколь насипається флегматизатор до повного насичення і добре вимішується. Флегматизаторами можуть виступати наступні речовини: Піроксилін Селітра Крейда Глина Кізельгур Тальк Житнє обсмажене борошно Оксид магнезії, магнезія в порошку
Токсичність ЕГДН При гострому отруєнні ЕГДН відчувається: пульсуючий головний біль гіпотонія, тахікардія, аритмія нудота, блювання. почервоніння обличчя, біль у животі слабкість запаморочення делірій, пригнічення ЦНС подразнення шкіри Симптоми можуть проявлятись не зразу, тобто бути відтермінованими.
Було описано десятки випадків раптової смерті молодих і здорових робітників, які тривалий час стикалися з ЕГДН та нітрогліцерином у виробництві вибухових речовин.
ЕГДН більш леткий, ніж нітрогліцерин, і швидше всмоктується через шкіру.
Загибель зазвичай настає через 30-60 годин після припинення роботи з глікольдинітратом, при явищах стенокардії та гострої серцевої недостатності.
У працівників, задіяних у виготовленні ЕГДН, виявляли інші неврологічні порушення: безсоння, брадикардія, депресія, непритомність, які не залежать від судинної недостатності .
Існує думка, що під впливом дії ЕГДН порушується синаптична передача та процеси обміну в проміжному відділі головному мозку..
ЕГДН легко всмоктується через шкіру. Всмоктування — одне з основних джерел отруєння ЕГДН. Саме легка всмоктуваність робить ЕГДН причиною отруєння і смерті тих, хто з ним працює. У робітників, які користувалися захисними гумовими рукавичками, знаходили на шкірі кистей рук 0,1-1 мг ЕГДН.
Мінімальна доза, що викликає біль у людини при нанесенні на шкіру, 18-35 мл 1 % спиртового розчину ЕГДН.
Повторний отруєння призводить до помітної толерантності, а коротка відсутність впливу може призвести до раптової смерті.
Застосування Як вибухова речовина Сам по собі ЕГДН застосовується як бризантна вибухова речовина в ролі основного заряда для бомб. Однак в силу своєї токсичності ЕГДН не застосовується у військовій вибухотехніці та гірських роботах. Своє призначення ЕГДН знайшов у терористичній діяльності, де токсичність не є недоліком. В складі бомби ЕГДН може виступати як детонатор для ігданіту.
Крім того, ЕГДН застосовується у сумішах з нітрогліцерином у виробництві незамерзаючих динамітів для застосування за низьких температур (зазвичай у співвідношенні 50:50). Ці суміші є менш потужними, ніж чистий ЕГДН,
Крім того, динітроглікольнітрат можна пластифікувати у гримучий студень, чи герметизувати до динаміту. Також, ЕГДН використвовується у виробництві детонітів, доповнення в АСВВ та інших ВР. У Другу Світову війну на виробництві вибухівки дефіцит нітрогліцерину в динаміті закривали додаванням ЕГДН.
Наразі в США розробляється біорозкладна вибухівка на основі бактерій та ЕГДН.