Pentyl (PETN)

PETN, pentaerytritoltetranitrat, även kallat pentyl, tillverkades för första gången 1894 vid Rheinish-Westfalische Sprengstoff GMBH, där en kemist undersökte nitreringsprocessen av pentaerytritol i högkoncentrerad salpetersyra. Det skapade ämnet testades, och de fann att det hade en mycket hög detonationshastighet, hög densitet, och mycket god kemisk stabilitet. Detta gjorde ämnet till ett idealt militärsprängämne. Tyvärr kunde inte ingrediensen pentaerytritol massproduceras vid den här tiden. PETN förblev därför ett laboratorietillverkat ämne ända fram till andra världskriget, då det började användas i ammunition, bomber och andra splitteranordningar. Under denna tid producerade Tyskland så mycket som 1440 ton PETN i månaden, med USA och Sovjet tätt efter. Militären använder som väntat mest PETN, två miljoner kilo per år. I civilt bruk är endast en liten del använt, som booster till andra sprängämnen som ANFO, dynamit etc.

PETN är den stabilaste och minst reaktiva av de organiska salpeter- syraestrarna. Även om det så lagras under längre tider vid 100 °C visar det inget spår av sönderfall. PETN har sin smältpunkt vid 141,3 °C, och kokar vid 200 °C. Vid upphettning till 140-145 °C börjar ämnet avge nitrösa gaser. Det tar eld vid upphettning till 210 °C. Ämnet exploderar om en 2-kilos vikt faller 20 cm ner på det, i vissa fall vid 10-15 cm. Det exploderar även om man slår på det med en hammare på ett hårt underlag. I blyblockstest, ger 10 gram PETN en expansion på 500-560 cm³. Ämnet initieras lätt med så lite som 0,01 gram blyazid.

Molekylstruktur:



Tillverkningsformeln ur salpetersyra och pentaerytritol:

C(CH2OH)4 + 4 HNO3 => C(CH2ONO2)4 + 4 H2O

Tabell över bildade gaser under dekomposition av PETN.

InitiationssättNONO2N2ON2COCO2H2O2
Detonation-5,3-22,837,026,76,81,4
Stöt-24,35,39,419,135,46,5-
Termisk 210 °C12,047,69,51,66,321,02,0-


Explosionsvärme (entalpi): 1,530 kcal/kg. Gasvolym: 768 l/kg. Temperatur: 4230 °C

Detonationshastighet mot laddningsdensitet:

g/cm³Det. hast. (m/s)
0,855330
1,668000
1,778500


Framställning av PETN

  1. 400 ml 99% salpetersyra, fri från löst NO2, framställs genom att tillsätta lite urea till röd rykande salpetersyra, och blåsa torr luft igenom syran tills det att den är helt färglös. Denna syran placeras sedan i en 750 ml rundkolv i ett isbad med is och koksalt.

  2. 100 g finpulveriserad pentaerytritol tillsätts under omrörning, och temperaturen får aldrig stiga över 5 °C i det här steget. Efter det att all pentaerytritol tillsatts, fortsätts omrörningen och kylningen i 15 minuter.

  3. Syralösningen hälls ner i tre liter av en blandning av kallt vatten och is. Den ännu ganska orena produkten, vars utbyte borde ligga på runt 220 gram, eller 95% av det teoretiska, filtreras av, tvättas ren från syra, och låtes ligga i en timme i en liter varm 0.5% natriumkarbonatlösning.

  4. Produkten filtreras återigen av, tvättas, torkas, och återkristalliseras till slut från kokande aceton, dvs. du löser upp ämnet i minsta mängd kokande aceton du behöver för att få ämnet att lösa sig. Sedan ställer du behållaren kallt, och rena PETN-kristaller faller ut. Koka sedan bort mer aceton ur moderluten tills kristaller börjar falla ut, och ställ återigen behållaren kallt, och ännu mer kristaller kommer att falla ut. Ju fler gånger du upprepar det här, ju mer PETN kommer du att få, men för varje gång blir kristallerna mindre rena, så överdriv inte.

Pentaerytritol

Av tre ekvivalenter formaldehyd och en ekvivalent acetaldehyd bildas en ekvivalent av den trevärda alkoholen pentaerytritos. Denna alkohol, tillsammans med formaldehyd och kaciumhydroxid genomgår en s.k. Cannizzaro-reaktion, varvid den fyrvärda alkoholen Pentaerytritol bildas, tillsammans med Myrsyra, som reagerar med Kalciumhydroxiden och bildar Kalciumformiat. Smältpunkten ligger på 253 °C, och en del pentaerytritol är lösligt i 18 delar vatten vid 15 °C. Ämnet kristalliserar i vita tetragonala kristaller.

3 CH2O + CH3CHO => (HOCH2)3 CCHO
Formaldehyd + acetaldehyd => pentaerytritos

(HOCH2)3 CCHO + CH2O + CaOH => C(CH2OH)4 + Ca(COOH)2
Pentaerytritos + formaldehyd + kalciumhydroxid ==> pentaerytritol + kalciumformiat

Framställning av pentaerytritol

  1. Till en uppslamning av 80 g paraformaldehyd (som motsvarar 2,67 mol formaldehyd) i 550 ml vatten, innehållande 21 g (0,477 mol) acetaldehyd tillsätts 18 g (0,322 mol) finpulveriserad kalciumhydroxid i små portioner under kraftig omrörning. Hastigheten, med vilken tillsatsen av kalciumhydroxiden fortgår, justeras så att temperaturen sakta stiger till 50 °C, och får aldrig överstiga 55 °C. Lösningen bör nu få en gulaktig färg.

  2. Efter tillsatsen är färdig, låtes omrörningen fortgå i tre timmar. Lösningen filtreras, och den gula lösningen är surgjord med precis så mycket saltsyra att blått lackmus färgas rött av den. Tillsätt 3 g aktivt kol, rör om i ytterligare fem minuter och filtrera återigen.

  3. Lösningen, som nu helst skall vara färglös, koncentreras nu under lätt upphettning (ej till kokning), helst under vakuum, tills kristaller börjar falla ur lösningen.

  4. Lösningen, som nu bör vara runt 300 ml, värms till kokning under atmosfäriskt tryck, och filtreras medan den fortfarande är varm. Kristallerna som eventuellt samlas i filtret slängs, om de inte utgör någon större mängd, i annat fall tvättas de med lite vatten, och vattnet adderas till resten av lösningen.

  5. Lösningen låtes stå i kylskåp över natten och dagen därpå kan den första kristallskörden göras. Denna väger runt 30 g. Moderluten koncentreras till omkring 200 ml, och den ställs återigen i kylskåpet över natten som ovan. Den andra skörden väger runt 6-7 g. En tredje skörd kan fås ut genom att koncentrera moderluten till 120 ml. En fjärde skörd fås genom att koncentrera moderluten till en trögflytande vätska ur vilka 10 g kristaller kan samlas.

  6. Sammanlagt bör du nu ha fått ihop 42-44 g kristaller som nu återkristalliseras från vatten, som innehåller 1 ml konc. saltsyra. Färgen avlägsnas med ett halvt gram aktivt kol, som sedan filtreras av. Genom att koncentrera moderluten som ovan kan så mycket som fyra kristallskördar fås ur lösningen. Totalt utbyte bör vara 36-37 g, vilket är 55-57% av teoretiskt utbyte. Slutprodukten är nästan helt fri från kalcium.