Перекись ацетона: получение, свойства, формула

Многие из нас в детстве увлекались взрывчатыми веществами. Но самодельная "взрывчатка" не всегда срабатывала, или вещество получалось недостаточно мощное. Всегда ждёшь от взрыва нечто большее, чем просто оглушающий звук. Так вот, сегодня мы разберём свойства, получение и применение такого взрывоопасного соединения, как перекись ацетона.

Сразу стоит предупредить, что получение этого вещества в домашних условиях не только очень опасно, но и карается Уголовным кодексом Российской Федерации.

Начнём мы с истории открытия этого замечательного вещества.

История

Первые эксперименты по получению пероксида ацетона проводились в 1895 году, когда немецкий химик Рихард Вольфенштейн проводил эксперимент по взаимодействию перекиси водорода и кониина (очень опасный яд, содержащийся в некоторых растениях). Он и не предполагал, что ацетон и пероксид водорода могут взаимодействовать между собой. Оказалось, что при смешивании равных количеств этих веществ (перекись имела концентрацию 10 %) выпадают кристаллы осадка. Вольфенштейн начал изучать эту реакцию и ко всему прочему обнаружил, что при добавлении фосфорной кислоты реакция ускоряется.

Однако всё было не так просто в этом веществе. Дело в том, что Рихард Вольфенштейн обнаружил триперекись ацетона. А в 1899 году ещё один немецкий химик Адольф Байер вместе с Виктором Виллигером синтезировал димерную модификацию пероксида ацетона. В 1947 году было изучено влияние различных кислот на скорость образования этого соединения. Как оказалось, соляная, серная, фосфорная и азотная кислоты значительно ускоряют окисление ацетона в присутствии перекиси водорода. Органические кислоты, такие как уксусная и бензойная, напротив, препятствуют образованию продукта.

Продолжим описание такого важного соединения, как перекись ацетона. Получение мы обсудим позже. А пока - немного теории.

Видео: Изготовление ТА (Кисы)

Что такое перекись ацетона

В народе ее называют по-разному: "бомба из хозмага", "киса". Чем же всё-таки она так уникальна, что ее любят все начинающие пиротехники и террористы? Начнем с ее примечательных свойств. Любое химическое соединение обладает своими индивидуальными свойствами. Вот, например, соединение, которое мы освещаем в этой статье, относят к классу ВВ (взрывчатых веществ). Перекись ацетона запрещена к хранению и производству в России, так как может являться угрозой безопасности людей. Её часто применяют террористы в качестве инициатора - легкодетонирующего соединения, используемого для подрыва более сильного взрывоопасного соединения. Однако возможно использование и отдельно в качестве взрывчатки. Многие юные химики и пиротехники, заинтересовавшись эффектными взрывами различных химических веществ, начинают пробовать самостоятельно делать перекись ацетона в домашних условиях. Однако не всегда это заканчивается хорошо. Зачастую из-за взрыва люди получают травмы, что неудивительно, ведь перекись ацетона очень чувствительна к любым внешним воздействиям.

Видео: Получение триперекиси ацетона.

Сейчас поговорим немного о видах перекиси ацетона (точнее, её модификациях), их свойствах и способах синтеза. Это достаточно интересная тема, учитывая, что все виды отличаются друг от друга физическими и химическими характеристиками.

Модификации перекиси ацетона

Не все вещества, состоящие из молекул, устойчивы в обычном состоянии. Многие образуют полимерные формы. Одним из них и является обсуждаемое сегодня нами вещество. Поэтому однозначно нельзя сказать, какая формула перекиси ацетона. Она имеет несколько модификаций: три димера (полимер, состоящий из двух молекул) и один тример (состоит из трёх молекул). Но, перед тем как разобрать строение конкретно таких структур, мы обсудим формулу мономера, то есть одной отдельно взятой молекулы перекиси ацетона. В общем виде её можно представить так:

• С₃Н₆О₂.

Но если попытаться нарисовать структурную формулу такого вещества, мы столкнёмся с некоторыми трудностями.

Перекись чего-либо - это вещество с дополнительным атомом кислорода, который соединяется с другим таким же атомом в этом соединении и образует так называемую "очковую" связь (так как в структурном виде она выглядит как очки: О-О). В ацетоне атом кислорода связан двойной связью с углеродом. Во-первых, эта связь достаточно прочная, и чтобы присоединить к атому углерода второй кислород, нужно приложить большую энергию. Во-вторых, если это всё же удалось (благодаря сильным окислителям, к которым также относится перекись водорода), устойчивость получившегося соединения крайне низкая из-за наличия двух атомов кислорода у одного атома углерода и недостатка электронов в системе. Для того чтобы создать устойчивую форму, молекулы группируются по две или по три и образуют полимеры.

Диперекись ацетона

Самый частый вариант группировки, которую принимает перекись ацетона, - это димер. Он состоит из двух молекул, связанных между собой через атомы кислорода. Такой продукт наиболее устойчив, но всё же разлагается за 15 минут сильными кислотами. Получить его сложнее, чем следующую модификацию, но об этом чуть позже.

Триперекись ацетона

Вообще, большей частью перекись ацетона (взрывчатое вещество) состоит из тримера (триперекиси) и получается достаточно легко в домашних условиях. По физическим свойствам немного отличается от других модификаций: легко возгоняется, особенно при повышении температуры, хорошо растворяется во многих органических растворителях, но выпадает в осадок в воде. Очень интересно то, что тример взрывается, даже если четверть его массы составляет вода. Ниже вы можете увидеть, как графически выглядит перекись ацетона, формула которой соответствует тримеру.

Синтез

Перекись ацетона, получение которой происходит только для технологических нужд, используется в пищевой промышленности. Удивительно, что такое взрывоопасное вещество используется как пищевая добавка под номером Е-929. Однако переживать не стоит: кроме детонирующих свойств это соединение обладает консервирующим действием. О его применении мы поговорим позже. А сейчас немного о способах получения.

Видео: химическая реакция. В банке. Фонарик из меди и ацетона

Многие интересуются: как получить перекись ацетона без кислоты? Это самый простой способ её синтеза. Вообще, в лаборатории первый раз это соединение получили, смешав равные объёмы концентрированной (10-процентной) перекиси водорода и ацетона. Для ускорения реакции добавляют какую-либо минеральную кислоту, в роли которой может выступать как серная или соляная, так и фосфорная. Таким способом получают почти чистую триперекись. Для синтеза димера используют более сложный способ. Для этого в раствор ацетона добавляют 86-процентный пероксид водорода, ацетонитрил и серную кислоту. Всю систему охлаждают и в конце выделяют продукт с выходом 94 процента. Как стало понятно, чтобы получить димерную перекись ацетона в домашних условиях, надо очень хорошо постараться. Но есть ещё один способ. Подойдёт он для тех, у кого под рукой есть персульфат калия и разбавленная серная кислота. Смешение этих реагентов с ацетоном также даёт обсуждаемое нами соединение.

Можно использовать при получении разные кислоты, но они будут давать разные результаты. Например, при синтезе с использованием метансульфокислоты, серной или хлорной кислот, тример пероксида ацетона самопроизвольно превращается в димерную форму. Но такого не происходит, если использовать хлорид олова, соляную или азотную кислоту. Однако в самом простом случае не требуется ни кислот, ни каких-либо манипуляций с системой: только смешение равных объёмов исходных веществ.

Мы разобрали лабораторные методы, с помощью которых можно получить перекись ацетона. Как сделать это соединение в домашних условиях, мы не будем говорить, так как получение и хранение взрывоопасных веществ запрещено и уголовно наказуемо. Стоит рассказать ещё о нескольких интересных вещах. Перейдём к реакциям, в которых участвует перекись ацетона.

Видео: Разложение перекиси ацетона

Свойства и химические реакции

Начнём с химических свойств. Их достаточно мало, потому что исследований на эту тему проводилось не много. Большинство реакций описывают разложение перекиси ацетона на различные продукты в определённых условиях. Например, при добавлении разбавленной серной кислоты и нагревании на водяной бане наше соединение разлагается с образованием исходных продуктов: ацетона и перекиси водорода. Реакцию, которая описывает это взаимодействие, можно записать так:

• С₃Н₆О₂ + 3Н₂О 3С₃Н₆О + 3Н₂О₂.

Ещё одно хорошо изученное свойство этого соединения - детонация. Пожалуй, оно является основополагающим для перекиси ацетона, ведь основное применение этого вещества - пиротехника.

Но, перед тем как подробно разобрать сам процесс воспламенения, изложим некоторые теоретические основы. Для начала следует понять, что представляет собой химическая реакция взрыва. Детонация - это процесс выделения газов, который происходит с очень большой скоростью. При этом выделяется огромное количество теплоты. За счёт всего этого и создаётся взрывная волна: горячие газы с большой скоростью распространяются вокруг очага детонации и наносят большой ущерб всему, что находится рядом. Как правило, ударная волна распространяется со скоростью больше скорости звука.

Перейдём непосредственно к нашей реакции, которая приводит к детонации. В результате удара или какого-либо другого воздействия на перекись ацетона, она может сдетонировать. При этом происходит следующая реакция:

• (С₃Н₆О₂)₃ 1,3СО₂ + 2,44СО + 2,61СН₄ + 0,63С₂Н₆ + 0,23С₂Н₄ + 0,47Н₂ + 0,96Н₂О + 0,47С.

Как мы можем видеть, выделяется огромное количество газов (и вода, кстати, находится в газообразном состоянии). При этом, кроме окисленных соединений вроде углекислого и угарного газов, выделяются взрывоопасные газы, такие как метан и этан. Если реакция происходит на воздухе, то эти вещества также могут дать выделение тепла, что увеличивает теплоту реакции и повышает температуру и силу ударной волны.

Очень хорошо триперекись ацетона разрушается двухвалентным хлоридом олова SnCl₂. Кроме этого, неизвестно, какие вещества взаимодействуют с этим соединением. Однако есть данные о том, что при действии сильных кислот на достаточно большие количества (порядка нескольких граммов) этого пероксида вызывают взрыв.

Зачастую возникает вопрос, касаемый безопасности такого соединения, как перекись ацетона: как сделать так, чтобы не произошёл взрыв? Ответ очень прост: необходимо добавить достаточное количество воды (желательно такое, чтобы оно превышало 25 процентов по массе всего образца).

Есть также данные ещё об одном свойстве - коррозионной активности. Конечно, так как триперекись ацетона обладает окислительными свойствами, она может коррозировать (вызывать коррозию) некоторые металлы, например свинец. Однако большинство металлов она не в силах окислить.

А теперь ещё один интересный раздел, касающийся физических свойств данного соединения. Для любителей пиротехники будет полезно это прочитать, так как присутствует очень много практических сведений.

Физические свойства

Перекись ацетона обладает очень сильной взрывчатой силой. Всё это благодаря количеству выделяемых газов и теплоте, образуемой в результате реакции разложения. Эта величина достигает 5500 кДж/кг, что примерно на 20 процентов больше аналогичного показателя для тринитротолуола (сокращённо "тнт" - вещество, входящее в состав динамита).

Возможно приготовление таблеток из сухого вещества разной плотности. При этом меняются некоторые физические характеристики. Например, очень сильно плотность влияет на скорость детонации. При 0,92 г/см³ величина скорости детонации равна примерно 3750 м/с, а при 1,18 г/см³ этот показатель будет равен 5300 м/с. Конечно, это всё закономерно: при увеличении плотности увеличивается количество вещества в единице объёма, а значит, и при взрыве скорость распространения волны в пространстве будет расти за счёт увеличения количества тепла и газов, выделяемых в ходе реакции.

Есть также такой показатель, как скорость горения. Он отличается от скорости детонации тем, что показывает, как быстро может сгореть образец в присутствии кислорода. На самом деле, детонируя, перекись ацетона не использует кислород, то есть она не горит. А при взаимодействии с кислородом происходит следующая реакция: С₃Н₆О₂ + 3,5О₂ = 3СО₂ + 3Н₂О. Так вот, скорость горения, как правило, значительно ниже скорости детонации, и для перекиси ацетона она составляет 0,95 см/с. Очень скромный показатель в сравнении с 5300 м/с.

Применение перекиси ацетона

Основное применение - это, конечно, все области, так или иначе связанные с использованием взрывчатых веществ. Например, очень активно это соединение используется в горном деле для разработки новых месторождений. Там оно применяется либо в смеси с другими веществами как инициатор реакции детонации, либо очень редко как отдельный основной элемент взрывчатого заряда.

Мы уже говорили о применении пероксида ацетона в качестве пищевой добавки в пищевой промышленности. Тут стоит отметить, что для организма она безвредна и содержит в себе, как правило, такой процент влаги, что просто не способна сдетонировать. Поэтому не стоит опасаться продуктов, если увидите в их составе добавку Е-929. Это всего лишь консервант, не дающий продуктам испортиться.

Заключение

В этой статье мы попытались осветить обширную и интересную тему о получении и применении одного из самых популярных у террористов и молодых пиротехников взрывчатых веществ - перекиси ацетона. Мы разобрали свойства, лабораторные методы получения и применение этого вещества.

Эта статья ни в коем случае не призывает вас самостоятельно делать перекись ацетона в домашних условиях! Помните, что, помимо того что есть опасность получить серьёзные травмы, за хранение и использование этого вещества вы можете понести уголовную ответственность.