Тетранитрометан — химическое органическое соединение с формулой C(NO2)4, относящееся к алифатическим нитросоединениям. Молекула тетранитрометана симметрична и имеет форму тетраэдра, в центре которого расположен атом углерода, а по вершинам — четыре нитрогруппы NO2. При нормальных условиях чистый тетранитрометан представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с резким запахом. Может применяться как сильный окислитель или нитрующий агент, поэтому основное применение находит в химической промышленности и как компонент ракетных топлив. В смесях с другими органическими веществами образует высокочувствительные и мощные взрывчатые вещества. Вещество токсично при вдыхании и попадании на кожу.
| Тетранитрометан | |
|---|---|
| Общие | |
| Систематическое наименование |
Тетранитрометан |
| Сокращения | NSC 16146, TNM |
| Традиционные названия | Тетранитрометан; нитроформен |
| Хим. формула | C(NO2)4 |
| Рац. формула | CN4O8 |
| Физические свойства | |
| Состояние | бесцветная жидкость |
| Молярная масса | 196,04 г/моль |
| Плотность | 1,63944 г/см³ |
| Термические свойства | Температура |
| • плавления | 14,2 °C |
| • кипения | 125,7 °C |
| • вспышки | 113 °C | Энтальпия |
| • образования | –37,29 кДж/моль |
| Давление пара | 8,4 мм рт. ст. |
| Оптические свойства | |
| Показатель преломления | 1,4467 |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 509-14-8 |
| PubChem | 24900040 |
| Рег. номер EINECS | 208-094-7 |
| SMILES |
C([N+](=O)[O-])([N+](=O)[O-])([N+](=O)[O-])[N+](=O)[O-]
|
| InChI |
1S/CN4O8/c6-2(7)1(3(8)9,4(10)11)5(12)13
NYTOUQBROMCLBJ-UHFFFAOYSA-N
|
| RTECS | PB4025000 |
| ChEBI | 82372 |
| Номер ООН | 1510 |
| ChemSpider | 13842838 |
| Безопасность | |
| Предельная концентрация | 0,3 мг/м3 (в воздухе) |
| ЛД50 | 130 мг/кг, крысы, перорально |
| Токсичность | ирритант, высокотоксичен |
| Фразы риска (R) | R8, R25, R26, R36/37/38, R40 |
| Фразы безопасности (S) | S17, S28, S36/37, S45 |
| Краткие характер. опасности (H) |
H271, H301, H319, H330, H335, H351
|
| Меры предостор. (P) |
P220, P260, P281, P284, P301+P310, P305+P351+P338
|
| Сигнальное слово | Опасно |
| Пиктограммы СГС |    |
| NFPA 704 |
|
Физические свойства
Тетранитрометан представляет собой бесцветную маслянистую высоколетучую жидкость с резким запахом. В различных справочниках физико-химические параметры тетранитрометана отличаются; в данном разделе приведены данные, принятые Международным бюро физико-химических эталонов и приведённые в обзоре по химии тетранитрометана 1976 года. Плотность при 20 °С: 1,63944 г/см3. Температура плавления: 13,9 °С, температура кипения при нормальном давлении: 127,5 °С.
В воде не растворяется, также не растворяется в серной кислоте и многоатомных спиртах. Растворим в большом числе органических растворителей и в концентрированной азотной кислоте. При перегонке частично разлагается, его перегоняют с водяным паром.
Химические свойства
Ввиду наличия в одной молекуле четырёх нитрогрупп, тетранитрометан является сильным окислителем. Чистый тетранитрометан является слабым взрывчатым веществом, однако с органическими веществами образует взрывоопасные смеси, мощность которых больше, чем у нитроглицерина.
Тетранитрометан в воде или спиртовых растворах щелочей подвергается гидролизу с образованием тринитрометана или его солей:
Реагенты смешиваются в стехиометрическом соотношении и выдерживаются в течение 5-7 дней при температуре 25-28 оС. Выход продукта составляет 70-75 %. Образовавшийся в виде тяжёлой маслянистой жидкости тетранитрометан отделяют декантацией, перегоняют с водяным паром и сушат над хлоридом кальция. Этот метод удобен в лабораторных условиях. Его недостатком является длительность процесса нитрования. Метод также применялся в промышленных масштабах в США компанией Nitroform Products, однако в 1953 году завод по производству тетранитрометана был полностью разрушен взрывом, вероятная причина которого — повышение температуры в реагирующей смеси вследствие неисправности мешалки или сенситизация смеси примесями катализатора.
Деструктивное нитрование ацетилена
Реакция деструктивного нитрования ацетилена концентрированной азотной кислотой протекает в соответствии со следующим глобальным уравнением:
При этом выход тетранитрометана составляет приблизительно 60 %. Этот метод применялся во время Второй мировой войны, при этом сам процесс нитрования проходил в две стадии. Сначала ацетилен нитровался до тринитрометана, который не выделялся из реакционной смеси. Затем на второй стадии, проводившейся с добавлением концентрированной серной кислоты, тринитрометан превращался в тетранитрометан, который отделялся от кислоты сепарацией. Реакция проводится при температуре 45-50 оС (но не выше 60 оС) в присутствии катализатора (нитрата ртути(II)).
Применение
В 1948 г. в НИИ-4 Академии Артиллерийских наук Министерства Вооружённых Сил СССР был испытан жидкостный ракетный двигатель, использующий тетранитрометан как окислитель. Руководителем работ был Н. Г. Чернышёв. Удельный импульс оказался на 20 % выше, чем у керосино-кислородных двигателей.
1 сентября 1949 г. в г. Чапаевск начал работу опытный завод Министерства сельскохозяйственного машиностроения (именно оно в те годы занималось выпуском ракет) по производству тетранитрометана.
Использованию тетранитрометана в качестве ракетного топлива мешает его высокая температура плавления.
Тетранитрометан применяется в основном для получения тринитрометана и в реакциях нитрования в лабораторной практике.
Безопасность
Чистый тетранитрометан — слабое взрывчатое вещество, малочувствительное к удару и другим способам инициирования. Однако при работе с ним необходимо строго соблюдать меры предосторожности, исключающие попадание в него органических примесей. Смеси тетранитрометана с органическими веществами являются мощными и высокочувствительными взрывчатыми веществами, чрезвычайно опасными в обращении.
Токсичность
Тетранитрометан является высокотоксичным веществом. В соответствии с ГОСТ 12.1.005-76 тетранитрометан по степени воздействия на организм человека относится к веществам второго класса опасности. Пороговая концентрация в воздухе — 0,003 мг/л, предельно допустимая концентрация — 0,001 мг/л (в атмосферном воздухе); в воздухе рабочей зоны — составляет 0,3 мг/м3. При вдыхании вызывает раздражение дыхательных путей. При продолжительном воздействии вызывает метгемоглобинемию, отёк лёгких, поражает печень, почки и центральную нервную систему. Опасен при контакте со слизистыми и кожей, при подкожной инъекции может вызывать некроз тканей.
Опыты показали, что пары тетранитрометана могут вызывать образование злокачественных опухолей в лёгких (альвеолярные и бронхиальные аденомы и карциномы) у крыс и мышей. Также было отмечено возникновение редкой формы рака — плоскоклеточной карциномы. Вследствие этого, несмотря на отсутствие прямых экспериментальных подтверждений, тетранитрометан со значительной степенью вероятности считается канцерогенным веществом и для людей.
