ТЭН (тетранитропентаэритрит, пентаэритриттетранитрат, PETN)

 Химия:  

Пентаэритриттетранитрат является азотнокислым эфиром многоатомного спирта пентаэритрита.

Немного о самом пентаэритрите:   Пентаэритрит С(СH2OH)4 - растворимое в воде кристаллическое вещество с температурой плавления 253С, сладковатое на вкус. Образуется при конденсации уксусного альдегида с муравьиным альдегидом в присутствии KOH. Однако делать его в домашних условиях нереально - дороже обойдется, если конечно у вас нету лишнего ацетальальдегида, а из него не менее интересные вещи можно сделать. Технический пентаэритрит содержит различные примеси снижающие его температуру плавления. Пентаэритрит идущий на приготовление ТЭНа должен иметь температуру плавления не ниже 240С.

Взрывчатые характеристики: 

Обладает чувствительностью к удару: при падении груза в 2 кг с высоты 17 см детонирует безотказно, но в отдельных случаях детонация может происходить уже при 15 и даже при 10 см. Однако при аккуратном обращении эти значения не опасны, например у всем известного ГМТД это значение составляет всего 0,3 см.    Теплота взрыва 1385 ккал/кг.   Объем газообразных продуктов взрыва 709 литров.Скорость детонации 8300м/сек при плотности 1,6  г/см3. При других плотностях скорость детонации представлена таблицей  

Температура взрыва 4000С. Температура вспышки 220С.Кислородный баланс   - 10,1

Физические свойства: Белое кристаллическое вещество. Температура плавления 140-142С. Плотность 1,77 г/см3. Однако ТЭН плохо прессуется и прессованием можно достичь плотности 1,7 г/см3. Негигроскопичен. Растворимость в воде при 19С - 0,01%, при 100С 0.035%. Лучшим растворителем для ТЭНа является ацетон.

Химические свойства: На металлы не действует. При продолжительном воздействии разлагается кислотами и щелочами. ТЭН превосходит по стойкости многие нитраты спиртов. Разложение с выделением окислов азота достигает значительной скорости при 140-145С. При 215С происходит вспышка.

Получение:

Первый способ:

Через сернокислый эфир с последующей переэтирификацией при 55-60 град с добавлением конц. 95%азотной кислоты.
Уравнение реакции сульфирования:
С(СН2ОН)4 + nH2SО4 = С(СН2ОН)4 - x ( СН2ОSО3Н)x +xН2О + ( n - x ) Н2SО4
Где x =2,3.4
Уравнение реакции переэтирификации конц. 95% азотной кислотой:
С(СН2ОН) 4-x (СН2ОSО3Н)x + 4НNО3 = С(СН2ОNО2)4 + (4-x)Н2О + xН2SО4
Все реакции обратимы.

Переэтерификация начинается при 35-40 град, а с достаточной скорость протекает только при 55-60 град.
Для получения стойкого ТЭНа процесс переэтерификации проводят при температуре 55-60 град, а для получения стойкого в течении длительного времени ТЭНа, его необходимо подвергнуть стабилизации: промытый водой ТЭН обрабатывают в течении 1 часа кипящим 1% раствором соды, затем после фильтрования растворяют в ацетоне. В полученный раствор добавляют карбонат аммония для нейтрализации кислот, полученный раствор выливают в 2-3 кратное количество воды. Или поступают следующим образом: на 0,36 литра ацетона, нагретого до 50 град, берут 0,112 кг влажного ТЭНа или 0,1 кг сухого и 1,5 гр бикарбоната натрия или карбоната аммония. Нейтрализацию ведут в течении 30 минут, а затем добавляют медленно 0. 6 литра холодной воды со скоростью 30 мл в минуту для получения ТЭНа с хорошей сыпучестью. После выкристаллизации ТЭНа его отжимают на воронке Бюхнера, промывают дважды теплой и холодной водой и отправляют на сушку.

Технология производства двухстадийным способом:

1.Приготавливают 10-15% раствор пентаэритрита в концентрированной 93-95% серной кислоте.
2. К полученному раствору прибавляется концентрированная 93-95% азотная кислота (плотностью 1,5 г/см3). Смесь постепенно нагревается до 55-60 град и выдерживается до конца реакции. После этого проводят разбавление.( Осторожно!) с такой скоростью, чтобы температура была не очень высокой. Выпавший ТЭН отфильтровывают,промывают и подвергают стабилизации.
Преимущества 2-х стадийного метода:
Как первую, так и вторую стадии можно вести при повышенной температуре (55-60 град не опасаясь окисления даже при получении нитрата, так как гидроксогруппы защищены, а окислы азота связаны серной кислотой. Это особенно важно, так как имеющаяся в наличии азотная кислота загрязнена окислами азота, а это сильно снижает выход продукта. Кроме того, количество азотной кислоты, необходимой для введения нитрогруппы может быть взято почти в стехиометрическом соотношении.

Второй способ:
Пентаэритрит предварительно измельчают, сушат при температуре не выше 100 град. Для этерификации используют кислоту 93-99% концентрации. Азотную кислоту и пентаэритрит берут в соотношении 5: 1 по массе. Так как реакция очень экзотермическая (сильнейший саморазогрев) и протекает с большой скоростью, то введение пентаэритрита осуществляют постепенно и обеспечивают охлаждение так, чтобы температура в зоне реакции не была больше 20 град. После введения всего пентаэритрита дается выдержка 30 минут. В процессе этерификации происходит выпадение кристаллов ТЭНа из отработанной кислоты. Производят разбавление большим количеством холодной воды, ТЭН отделяют на воронке Бюхнера, промывают водой и подвергают стабилизации. Стабилизация состоит в промывке кислого ТЭНа 1% раствором соды ( в 9-10 кратном количестве по отношению к ТЭНу ) при температуре 90 град в течении 1 часа и последующей стабилизации в ацетоновом растворе.

Интересные моменты:
Чтобы ТЭН не электризовался можно побрызгать его антистатиком (говорят, что такой метод встречается и в промышленности)-сам не проверял.


Пример получение ТЭНа двухстадийным способом.
Материальный баланс:

1. Пентаэритрит 136- 140 гр (1 моль)
2. Серная кислота 93-95% (пл. 1,84) 370 мл или 6 частей
3. Азотная кислота конц (пл. 1.52) - 95%, 360 - 370 мл (а еще лучше 400 мл)

Этерификация (реакция взаимодействия серной кислоты с пентаэритритом)

Проводится 30 минут при 60 градусах.
Должно произойти полное растворение пентаэритрита в серной кислоте. Никаких комочков! После этерификации охлаждение до 30-40 градусов.

Переэтерификация - введение азотной кислоты при постоянном перемешивании и контроле температуры по термометру при 40 градусах.
Далее постепенный, медленный подъем температуры (на водяной бане) до 64 - 65 град (не выше!). Смесь на глазах, по мере повышения температуры, будет густеть за счет выпавших кристалликов ТЭНа, и в итоге станет очень густой, поэтому мешать ее будет затруднительно. Далее настоятельно рекомендуется выдержка при 64-65 градусах в течение 30 минут (иначе выход ТЭНа будет меньше). При такой температуре выделяется много вонючих окислов азота, так что обеспечить хорошую вентиляцию будет не лишним.
Внимание!!! На этом этапе нужно особенно тщательно контролировать температуру, все время перемешивать смесь и никуда не отлучаться. Возможен неконтролируемый саморазогрев смеси!!! Признаки начавшегося саморазложения : самопроизвольный подъем температуры, в реакционной массе начинают образовываться пузырьки газа, она начинает вспучиваться. В этом случае надо немедленно разбавить холодной водой, причем не воду вливать в смесь, а наоборот! Поэтому наготове держать пластмассовое ведерко или стеклянную банку с водой, куда реакционная смесь в этом случае немедленно выливается для разбавления. Если никаких эксцессов не произошло, то по истечении получаса при постоянном перемешивании влить реакционную смесь в большое количество холодной воды. Отжать, промыть 3-4% раствором пищевой соды при 40-45 град. В принципе, получился грязный ТЭН. Он загрязнен сульфоэфирами , которые в виде пены всегда вверху плавают, и пентаэритритдинитрат - дисульфатом. Сульфоэфиры и смешанные эфиры нестойки и являются причиной низкой стойкости нестабилизированного ТЭНа. Если вас это устраивает (т.е. вы длительное время хранить его не будете), то можно приступать к перекристаллизации из ацетонового раствора в слабощелочной среде, а если нет, то проводят дополнительную предстабилизацию. Промытый ТЭН кипятят в течении часа в воде с добавкой окиси магния (в аптеке можно купить). Окиси магния можно и избыток сыпануть, ничего страшного, он потом в ацетоновом маточном растворе останется в осадке, так как в нем (в ацетоне), в отличие от ТЭНа, не растворяется. Если не удасться достать окись магния, то можно взять кальцинированную соду в соотношении: на 10 частей отжатого влажного ТЭНа 1 часть соды. Вот только температуру при этом нужно поменьше давать, чтобы разложение ТЭНа предотвратить. ( 90 град в течение часа). Потом, естественно промыть чистой водой и обязательно высушить.
 

Окончательная стабилизация:

На 0,36 литров ацетона засыпают 1,5 гр карбоната аммония или бикарбоната натрия, нагревают на водяной бане(только упаси боже, не на открытом пламени!) до того момента, когда он начнет закипать. Засыпают 100 гр сухого ТЭНа или 112 гр влажного. ТЭН должен полностью раствориться, если не растворился, то еще ацетону следует добавить. Примечание: если при предстабилизации использовался оксид магния, то полного растворения добиться не удаться (естественно, так как остатки оксида магния в ацетоне не растворимы). Баночку закрывают крышкой, чтобы поменьше испарялся ацетон, и дают выдержку 20 минут. Затем полученный раствор нужно аккуратно слить с осадка оксида магния в другую баночку, еще раз сполоснуть ацетоном и снова слить в ту же баночку. Вы получили раствор чистого ТЭНа в ацетоне. Если вы просто разбавите холодной водой, то ТЭН естественно в осадок выпадет, но получаться кристаллики в виде иголочек. Такой ТЭН практически не сыпуч и прессуется очень плохо. Поэтому вода должна быть введена постепенно, по каплям . Если правильно подберете скорость введения воды (а рекомендации тут трудно дать, все от партии зависит. Меньше партия - медленнее скорость введения, больше - воду можно и быстрее вводить.) Я приспособил в качестве такой капельницы клизму с краником, взятую из домашней аптечки. Вешаешь ее на гвоздик, заливаешь туда холодную воду и регулировкой краником добиваешься нужной скорости прикапывания воды. Дешево и сердито. Есть конечно специальные капельные воронки, но в сущности не принципиально. Воду особенно важно вводить медленно в начале, смесь непрерывно следует перемешивать. Когда кристаллики уже достаточно оформились, скорость введения воды можно увеличить, на качество это уже никак не повлияет. Общее количество влитой воды 0,6 литра ( на приведенные выше количества, разумеется.) Если все правильно сделано, то должен получиться ТЭН в виде мелких сыпучих крупинок, почти как сахар, только более мелкий.

И ещё... ТЭН содержится в таблетках "эринит", но уж очень его там мало (а наполнителей много)  и выделять его оттуда - один геморрой. Не советую.
 

Применение: Получил довольно широкое применение. Однако в чистом виде не применяется из-за относительно высокой чувствительности. Находит применение в чистом виде для снаряжение детонаторов и детонирующего шнура. Вот некоторые боевые составы на основе ТЭНа:

Составы на основе ТЭНа применяются в основном для снаряжения боеприпасов небольшого калибра.

Это отличная взрывчатка! Она стабильна, чувствительна к детонации (0.01g азида свинца!). Используется в "Semtex", детонаторах, ракетном топливе, детонационных шнурах и во многих других интересных устройствах выпускаемых мирной и военной промышленностью. Скорость детонации 8350 m/s при плотности 1.74 g/cm3. С 20% глицерина , с.д. 7825 m/s при 1.40 g/cm3. Приблизительная бризантность чистого = 1.48, с глицерином = 1.05.


Надо:


5g пентаэритрит,
60mL 98% серной кислоты,
50g нитрата калия,
75mL ацетона,
1g of бикарбоната натрия,
600mL дистиллированной воды,
300mL льда,

Термометр,
Горячая водяная баня
Холодная ледяная баня
Фильтровальная воронка
Два фильтра из фильтровальной бумаги.
Три 150mL стакана,
500mL стакан,

1) Налейте 30mL серной кислоты в 150mL стакан.

2) Добавьте 5g пентаэритрита, подогрейте до 40*C, помешивайте пока он весь не раствориться.

3) В другом 150mL стакане медленно смешайте 30mL серной кислоты и 50g нитрата калия, охлаждая смесь ледяной баней и помешивая.

4) Когда температура упадёт ниже 20*С, выньте смесь нитрат\кислота.

5) В 4 порции с промежутком 10 минут добавьте смесь пентаэритрит\кислота в смесь нитрат\кислота. При этом сильно мешайте и удерживайте температуру в районе 35*C.

6) Когда добавление окончено, перемешивайте смесь ещё 90 минут при температуре от30*С до 40*С

7) Вылейте реакционную смесь в 500mL стакан с 300 mL колотого льда.

8) Подождите пока лёд растает и отфильтруйте кристаллы. Добавьте их к 75mL ацетона в другом 150mL стакане. Поставьте смесь на водяную баню и помешивая подогрейте до 50*С

9) Добавьте 1g бикарбоната натрия и перемешивайте 5 минут.

10) Отфильтруйте смесь пока она тёплая, и добавьте кристаллы к 300mL холодной воды.

11) Отфильтруйте кристаллы и дайте им высохнуть в тёплом месте.

Перевод K0nstant@mail.ru

http://www.pirotek.info - всё о пиротехнике и изготовление взрывчатых веществ, напалм и салюты

Чудный список nod32 ключей для всех нуждающихся