Industria dos Explosivos, Trabalhos de Cultura

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SOCIEDADE EDUCACIONAL DE SANTA CATARINA

CENTRO DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA TUPY CURITIBA

CURSO TÉCNICO EM química

INDUSTRIA DOS EXPLOSIVOS

CURITIBA

SETEMBRO/

Franciela cabral Domingues

INDUSTRIA DOS EXPLOSIVOS

Trabalho apresentado a disciplina de Processos Químico ao Curso Técnico em Química da Sociedade Educacional de Santa Catarina Centro de Educação Tecnológica Tupy Curitiba.

Orientador: Prof. Allini Klos.

CURITIBA

SETEMBRO/

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO....................................................................................................................... 2 NITROGLICERINA................................................................................................................ 6 3 TRINITRO TOLUENO (TNT)............................................................................................... 10 4 NITROCELULOSE............................................................................................................... REFERÊNCIAS...................................................................................................................... 15

1 INTRODUÇÃO Embora tenham contribuído bastante para a destruição de vidas humanas, os explosivos possibilitaram também a execução de grandes obras de engenharia, que seriam física, ou economicamente, impossíveis sem a utilização destes agentes. Os explosivos incluem-se entre os mais poderosos serventes da humanidade. Projetos de engenharia como a ponte Rio-Niterói, ou a hidrelétrica de Itaipú levariam centenas de anos para serem concluídos. Considera-se como explosivo toda substância capaz de se decompor rapidamente, com expansão súbita de gases e grande liberação de energia. Do ponto de vista químico, é interessante notar que a grande maioria dos explosivos modernos são substâncias orgânicas que contêm o elemento nitrogênio. Para ser considerado um explosivo o composto tem que ter uma instabilidade natural que pode ser acionada por chama, choque, atrito ou calor. No século IX, os chineses inventaram a pólvora, que é uma mistura de aproximadamente 65% de salitre (NaNO3), 20% de carvão e 15%de enxofre, em massa. Inicialmente, eles a usavam apenas para produzir fogos de artifício. Apesar de várias melhorias, como a substituição da pólvora pulverulenta pela pólvora granulada, em 1425, podemos dizer que a pólvora foi o único explosivo eficiente de que a humanidade dispôs durante vários séculos. Os explosivos são classificados em baixo e alto poder de explosão. Baixo-explosivos agem por deflagração, através de combustão, da queima do material, com a explosão se propagando a alta velocidade subsônica, da ordem de centímetros ou metros por segundo, exemplo: pólvora negra e todos os propelentes. Alto-explosivos agem por detonação, através da quebra da estrutura molecular do material, com a explosão se propagando a velocidade supersônica, da ordem de 1.000 a 10.000 metros por segundo, exemplo: nitroglicerina e todos os explosivos modernos.

No Brasil, a maior quantidade de explosivos é produzida pelo Exército. A fabricação ou importação de explosivos por particulares somente é permitida com autorização do Ministério do Exército. Existem três tipos fundamentais de explosivos, os mecânicos, os atômicos e os químicos. 2 NITROGLICERINA

No ano de 1833 nasceu Alfred Bernhard Nobel na Suécia, era um químico muito influente na sua época. Dedicou-se a estudar a nitroglicerina, líquido descoberto em 1847 pelo italiano Ascanio Sobrero. Era o explosivo mais potente conhecido na época, mas possuía o inconveniente de explodir de modo imprevisível. Nesse contexto, Nobel percebeu que, se a nitroglicerina estivesse embebida em terra infusória (terra diatomácea ou kieselguhr, um pó proveniente de algas com alto conteúdo de sílica, Si02, e que é altamente poroso), só explodiria caso fosse detonada com um pavio em chamas. Estava inventada a dinamite, com a qual Nobel viria a enriquecer. Em 1895, ele deixou sua fortuna para a Fundação Nobel, que distribuiria anualmente um prêmio para as personalidades que se destacassem na Ciência, na Literatura e no progresso pela paz mundial. Estava criado o Prêmio Nobel, concedido pela primeira vez em 1901. No ano de 1969, por doação de um banco sueco, foi criado o Prêmio Nobel de Economia, dedicado à memória de Nobel, que morreu em 1896. A nitroglicerina sendo muito instável e de difícil manuseio e transporte foi transformada em dinamite. A dinamite começou a ser muito utilizada como explosivo tanto em guerras como para industrias de demolição, assim como o explosivo TNT, que tem o grupo NO em comun com a nitroglicerina. Apesar das suspeitas do trinitrotolueno ser dado como canceríigeno nem um estudo ainda provou essa teoria. A nitroglicerina é um líquido oleoso de coloração amarela levemente esverdeada, semelhante ao mel, foi utilizada como explosivo devido a sua instabilidade, e capacidade de liberação de moléculas de gases, possui massa molecular de 227 g mol-1, e sua temperatura não deve ultrapassar os 30°C, nem ser exposta a choques mecânicos. O cientista italiano Ascanio Sobrero, observou as perigosas propriedades apresentadas pelo líquido, concluiu que isto representava um empecilho para sua

FORMULA

Figura 1 Estrutura química da nitroglicerina

MÉTODO DE OBTENÇÃO

A nitroglicerina é obtida através da nitração da glicerina, catalizada por ácido sulfúrico, esse tipo de reação faz parte das mais importantes onde o ácido nítrico, fornece o NO2, que substitui os hidrogênios das hidroxilas presentes na molécula ligando-se ao oxigênio, devido a característica oxidante e desidratante do ácido sulfúrico que apenas participa da reação porém não é consumido. Figura 2 A nitroglicerina dá o efeito explosivo que libera gases N2, O2, e CO2, que são violentamente liberados no momento do choque ou no fornecimento de calor. Os gases apresentam este comportamento em razão de ocuparem um espaço superior ao ocupado pelos líquidos, e quando aquecidos ocupam ainda mais espaço o que provoca a explosão; essa reação é extremamente exotérmica.

Figura 2 Formação da nitroglicerina

CURIOSIDADES

A nitroglicerina era inicialmente utilizada, em pequenas doses, como medicamento, para angina, devido sua propriedade de provocar a dilatação dos vasos sanguíneos. O uso industrial da nitroglicerina sempre esteve baseado na sua grande capacidade explosiva. Atualmente a dinamite é fabricada adicionando-se a nitroglicerina, aditivos como nitratos de amônio e sódio (explosivos) e celulose, além do carbonato de cálcio com o objetivo de diminuir a acidez evitando reações que possam detonar a bomba. Sua utilização hoje está concentrada principalmente na mineração, indústria petrolífera e na construção civil, e ainda por terroristas. Esse composto é também utilizado como fármaco vasodilatador para pacientes com doenças cardiovasculares. A nitroglicerina é usada também na dinamite porque diminui os riscos de explosões acidentais.

átomo de oxigênio tende a ligar com o anel benzênico deixando o átomo de nitrogênio livre para se reagrupar, liberando assim muita energia e formando os gases de dióxido de carbono, monóxido de carbono e água. Em um instante, portanto, a molécula compacta pode ser convertida numa volumosa nuvem de gás, é aonde a pressão dessa expansão constitui o choque destrutivo da explosão. O TNT tem somente o grupo nitrato em comum com a dinamite, sendo assim é um alto explosivo devido à sua instabilidade, é também muito utilizado em construções e demolições. É considerado um composto possivelmente cancerígeno ao ser humano devido à presença do tolueno em sua estrutura. Ele é um sólido amarelo cristalino que possui um alto potencial explosivo. O TNT é tão explosivo que detona com apenas uma temperatura de 80°C ou uma fagulha elétrica. Isto se deve porque na sua estrutura existem átomos de oxigênio suficientes para que ocorra a combustão.

METODO DE OBTENÇÃO

O trinitrotolueno é obtido pela nitração total do tolueno, ou seja, quando o tolueno reage com o ácido nítrico (HNO3). Esta nitração total significa que serão feitas nitrações até que todas as substituições possíveis sejam feitas. No caso do tolueno é possível no máximo três substituições no núcleo do anel benzênico: duas em orto e uma em para.

CURIOSIDADES

Quase sem exceção, os nitrocompostos e os ésteres do acido nítrico, usados como explosivos, são tóxicos. O grau de toxidez varia amplamente com a substância, embora a maior parte seja capaz de provocar envenenamento agudo, se for tomada oralmente. Não foram localizados estudos que visam especificamente o metabolismo após a exposição oral de 2,4,6-trinitrotolueno em seres humanos. A molécula de 2,4,6-trinitrotolueno pode sofrer várias transformações metabólicas, como a oxidação do grupo metil, a oxidação do anel de benzeno, a redução dos três grupos nitro, e conjugação.

O trinitrotolueno, foi o primeiro explosivo moderno dos militares também chamado de TNT ou tritol. Com a fórmula C7H5N3O6, é obtido pela nitrificação do tolueno, um óleo leve destilado à partir do alcatrão de carvão mineral.

4 NITROCELULOSE

Em 1838, começa a era moderna dos explosivos, quando o químico francês Théophile Jules Pelouse (1807-1867) conseguiu preparar a nitrocelulose. Em 1846, o químico alemão Christian Schönbein verificou que a celulose trinitrada é altamente explosiva. A celulose é um polímero natural, cuja estrutura é a repetição da unidade C6H10O5. Em cada uma dessas unidades existem três oxidrilas. O ácido nítrico pode reagir com uma, duas ou três oxidrilas, originando vários tipos de nitrocelulose, cujo caráter inflamável e explosivo aumenta com a elevação do teor de nitrogênio na molécula. A nitrocelulose é uma das mais antigas resinas sintéticas utilizadas na fabricação de tintas e vernizes de alta performance. Produzida pela primeira vez há mais de 160 anos, passou a ser largamente empregada em tintas após a 1ª Guerra Mundial. A nitrocelulose representou um marco no desenvolvimento da indústria de tintas mundial, foi responsável pela popularização das industrias e nas automotivas propiciando acabamentos de fácil aplicação, rápida secagem e alto desempenho, com à sua rápida secagem, foi o principal fator que tornou possível a produção em massa na indústria automobilística. Por tratar-se da resina de mais rápida secagem, é usada em segmentos como repintura automotiva, seladores e acabamentos para madeira, tintas de impressão por reto gravura e flexografia, cosméticos (esmalte de unha) e acabamentos para couro, além de diversas outras aplicações, mesmo com o aparecimento de novos sistemas de resinas. Foram detectadas propriedades explosivas do algodão nitrato, a descoberta de métodos de gelificar o material, transformando-o numa massa uniforme e densa, de aparência resinosa, reduziu a superfície e a rapidez da explosão. Com a descoberta de métodos apropriados de estabilização, para prolongar a vida em depósitos, a nitrocelulose logo deslocou a pólvora negra como propelente militar. É uma das principais matérias-primas para pólvoras e dinamites.

São estes grupos funcionais que reagem parcialmente com ácido nítrico formando a nitrocelulose. O processo de fabricação consiste na purificação do linter bruto para obtenção de celulose, nitração da celulose com mistura sulfonítrica, estabilização e fervi mentos para extração de ácido residual ocluso nas fibras da NC. Durante o processo, algumas variáveis são controladas de acordo com a necessidade de sua aplicação. Os diferentes tipos do produto são caracterizados principalmente em relação ao teor de nitrogênio e à viscosidade ou grau de polimerização. A nitrocelulose com alto teor de nitrogênio possui entre 11,8% a 12,3% do elemento em sua fórmula, apresenta uma coloração branco-amarelada, com um aspecto de algodão áspero. Entra em ignição espontânea a uma temperatura de 160-170º C. O produto com baixo teor de nitrogênio possui entre 10,8% a 11,3% do componente em sua fórmula e tem boa solubilidade em álcoois, sua maior aplicação encontra-se na fabricação de filmes. Nitrocelulose com teor de nitrogênio acima de 12,5% a 13,6%, praticamente insolúvel em álcoois, são destinadas na fabricação de pólvoras e cargas para diversos explosivos de aplicações civil e militar.

CURIOSIDADES

De uma mistura acidental do algodão com ácido nítrico até a utilização da nitrocelulose em larga escala, é possível destacar inúmeras aplicações deste polímero artificial no processo de produção de diversas áreas industriais. A partir da descoberta das propriedades explosivas foi possível traçar um caminho, passando pelo avanço na indústria bélica, produção de fios sintéticos, esmaltes, entre outros, até chegar à fabricação de tintas. Nitrocelulose ou nitrato de celulose, algodão- pólvora, é um composto altamente inflamável formado pela nitração da celulose através da exposição ao ácido nítrico ou algum outro poderoso agente nitrante. Quando usado como propelente ou explosivo de baixa ordem, é também conhecido como algodão-pólvora. A nitrocelulose é usada para fabricar pólvora, Base Dupla (DB), propelente sólido de foguetes, para fusos à prova d’água em pirotécnicos, tintas, adesivos, vernizes, resinas, lacas, seções de microscopia, fotografia, galvanoplastia, e ainda em certos

plásticos, como ode bolas de pingue-pongue. Ela pode ter propriedades indo de forte, resistente, para um instável classe B (inflamável, explosivo quando confinado) material explosivo.