חומצה פיקרית
 | |||
| מולקולת חומצה פיקרית | |||
 | |||
| |||
| שם סיסטמטי | 2,4,6-Trinitrobenzenol | ||
|---|---|---|---|
| שמות נוספים |
חומצה פיקרית חומצה קרבזוטית פנול טריניטרט חומצה פיקרוניטרית טריניטרופנול 2,4,6-טריניטרו-1-פנול 2-הידרוקסי-1,3,5-טריניטרובנזן TNP מליניט לידיט | ||
| כתיב כימי | C6H2OH3(O2N) | ||
| מסה מולרית | 229.104 גרם/מול | ||
| מראה | מוצק חסר צבע עד צהוב | ||
| מספר CAS | 88-89-1 | ||
| צפיפות | 1.76 גרם/סמ"ק | ||
| מסיסות | מסיס במים (12 גרם/ליטר) | ||
| ממסים | אתנול (7.452 גרם/100גרם), דיאתיל אתר (1.08 גרם/100גרם), חומצה גופרתית (10.18 גרם/100גרם), בנזן (5.9 10.18 גרם/100גרם) וטולואן (12.0 גרם/1;00 מיליליטר) | ||
| טמפרטורת היתוך |
122.5 °C 395.65 K | ||
| טמפרטורת המראה |
122.5 °C 395.65 K | ||
| מקדם שבירה |
1.76  | ||
| חומציות | 0.38 pKa | ||
| נקודת הבזק |
150 °C 423.15 K | ||
| נקודת התלקחות |
310 °C 583.15 K | ||
| אנתלפיית התהוות סטנדרטית | 215− קילוג'ול למול | ||
| NFPA 704 |
4
2
4
| ||
  | |||
חוּמְצָה פִּיקְרִית היא תרכובת אורגנית עם הנוסחה C6H2OH3(O2N). שמה על פי מונחון IUPAC הוא 2,4,6-טריניטרופנול (TNP). השם "פיקרית" מגיע מיוונית: πικρός (פיקרוס), שפירושו "מר", בשל טעמה המר. היא אחד מהפנולים החומציים ביותר. בדומה לתרכובות אורגניות שעוברות ניטרציה חזקה אחרות, חומצה פיקרית היא חומר נפץ, שהוא השימוש העיקרי שלה. היא שימשה גם כתרופה (חומר חיטוי, טיפולים בכוויות) וכצבע.
היסטוריה
[עריכת קוד מקור | עריכה]חומצה פיקרית הוזכרה כנראה לראשונה בכתבים האלכימיים של יוהאן רודולף גלאובר (אנג') מהמאה ה-17. בתחילה היא יוצרה על ידי ניטרציה של חומרים כגון קרנים של בעלי חיים, משי, אינדיגו ושרף טבעי, כאשר הסינתזה מאינדיגו בוצעה לראשונה על ידי פיטר וולף (אנג') בשנת 1771.[1]
הכימאי הגרמני יוסטוס פון ליביג קרא לחומצה הפיקרית Kohlenstickstoffsäure (תורגם לצרפתית כ-acide carboazotique). השם חומצה פיקרית ניתן לה על ידי הכימאי הצרפתי ז'אן-בטיסט דיומא (אנג') בשנת 1841.[2] הסינתזה שלה מפנול, והקביעה הנכונה של נוסחתה, הושגו במהלך 1841.[3]
בשנת 1799, הכימאי הצרפתי ז'אן-ז'וזף ולטר (1763–1852) ייצר חומצה פיקרית על ידי טיפול במשי בעזרת חומצה חנקתית; הוא מצא שפיקראט האשלגן עלול להתפוצץ.[4] רק ב-1830 חשבו כימאים להשתמש בחומצה פיקרית כחומר נפץ. לפני כן, כימאים הניחו שרק המלחים של חומצה פיקרית היו חומרי נפץ, ולא החומצה עצמה. תאוריה להסבר מדוע מלחי פיקראט התפוצצו בעוד שחומצה פיקרית עצמה לא, הוצעה על ידי הכימאים הצרפתים אנטואן פורקרואה (אנג') ולואי-ניקולה ווקלן בשנת 1806, והוצעה שוב על ידי הכימאי הצרפתי מישל שוורל בשנת 1809. חומצה פיקרית הכילה כנראה מספיק חמצן בתוך עצמה – כלומר היא הייתה "מחומצנת-על" (suroxigéné) – כדי לבעור לחלוטין אפילו בהיעדר אוויר (מכיוון שאפילו בהיעדר אוויר, חום יכול היה להפוך אותה לחלוטין לגזים, מבלי להשאיר פחמן). עם זאת, כאשר חומצה פיקרית בערה, החום שנוצר גרם לחלק מהחומצה להתאדות, ופיזר כל כך הרבה חום שרק בעירה, ולא התפוצצות, התרחשה. בניגוד לכך, מלחי פיקראט היו מוצקים שלא עברו המראה, ולכן לא פיזרו חום; מכאן שהם התפוצצו.[5][6]
בשנת 1871 הוכיח הרמן שפרנגל (אנג') שניתן לפוצץ אותה במפעל אבק השרפה של ג'ון הול ובניו בפברשם (אנג') שבקנט, אנגליה. שפרנגל רשם פטנטים בבריטניה על "חומרי נפץ בטיחותיים" (כלומר, חומרי נפץ יציבים) ב-6 באפריל 1871 (מספר 921), וב-5 באוקטובר 1871 (מספר 2642); בפטנט האחרון, שפרנגל הציע להשתמש בחומצה פיקרית מומסת בחומצה חנקתית כחומר נפץ.[7][8] לאחר מכן רוב המעצמות הצבאיות השתמשו בחומצה פיקרית כחומר הנפץ המרכזי שלהן. מאוחר יותר גילה לאוניד ולרייביץ' קוזקוב סינתזה מלאה.
חומצה פיקרית הייתה התרכובת האורגנית הראשונה שעברה ניטרציה שהייתה חומר נפץ חזק הראשונה שנחשבה באופן נרחב לראויה לעמוד בזעזוע של ירי בארטילריה קונבנציונלית. ניטרוגליצרין וניטרוצלולוזה היו זמינים מוקדם יותר, אך הרגישות לזעזועים גרמה לעיתים להתפוצצות בתוך קנה הארטילריה בזמן הירי. בשנת 1885, בהתבסס על מחקריו של הרמן שפרנגל, הכימאי הצרפתי אז'ן טורפן (אנג') רשם פטנט על השימוש בחומצה פיקרית דחוסה ויצוקה במטעני נפץ ופגזים ארטילריים.
בשנת 1887 אימצה ממשלת צרפת תערובת של חומצה פיקרית וניטרוצלולוזה בשם מליניט (Melinite). בשנת 1888, בריטניה החלה לייצר תערובת דומה מאוד בליד (אנג') שבקנט, בשם לידיט (Lyddite). יפן הלכה בעקבותיה עם גישת ייצוב חלופית הידועה בשם אבק שרפה שימוסה, שבמקום לנסות לייצב את החומר עצמו, מנעה את המגע שלו עם המתכת על ידי ציפוי פנים הפגזים בשכבה או בשכבות של שרף ושעווה.[9]
עד 1894 רוסיה ייצרה פגזי ארטילריה ממולאים בחומצה פיקרית. עם זאת, פגזים הממולאים בחומצה פיקרית הופכים לבלתי יציבים אם התרכובת מגיבה עם מעטפת המתכת של הפגז או המרעום ויוצרת מלחי פיקראט (אנג') מתכתיים הרגישים יותר מאשר הפנול המקורי. הרגישות של חומצה פיקרית הודגמה בפיצוץ הליפקס.
חומצה פיקרית שימשה בקרב אומדורמאן, במלחמת הבורים השנייה, במלחמת רוסיה–יפן, ובמלחמת העולם הראשונה.[10][11]
גרמניה החלה למלא פגזי ארטילריה ב-TNT (טריניטרוטולואן) בשנת 1902. טולואן היה פחות זמין מאשר פנול, ו-TNT חלש מעט יותר מאשר חומצה פיקרית, אך הבטיחות המשופרת בייצור ואחסון תחמושת גרמה להחלפת החומצה הפיקרית ב-TNT לרוב המטרות הצבאיות בין שתי מלחמות העולם.
מאמצים לשלוט בזמינות הפנול, הקודמן של חומצה פיקרית, מדגישים את חשיבותה במלחמת העולם הראשונה. נמסר כי גרמנים קנו מלאי פנול מארצות הברית והמירו אותו לחומצה אצטילסליצילית (אספירין) כדי למנוע אותו ממדינות ההסכמה. באותה תקופה, פנול הופק מפחם כתוצר לוואי של תנורי קוק וייצור גז לתאורת גז. חברת לקליד גז (אנג') דיווחה שהתבקשה להרחיב את ייצור הפנול (והטולואן) כדי לסייע למאמץ המלחמתי. גם חברת מונסנטו וגם חברת דאו כימיקלים החלו לייצר פנול סינתטי ב-1915, כאשר דאו הפכה ליצרנית העיקרית. חברת דאו מתארת את החומצה הפיקרית כ"חומר הנפץ העיקרי בשדה הקרב שבו השתמשו הצרפתים. כמויות גדולות [של פנול] הגיעו גם ליפן, שם הוא הומר לחומצה פיקרית שנמכרה לרוסים".
סינתזה
[עריכת קוד מקור | עריכה]הטבעת הארומטית של פנול בעלת הטיה לתגובות התמרה אלקטרופיליות, וניסיון ניטרציה של פנול, אפילו עם חומצה חנקתית מהולה, גורם להיווצרות זפת בעל משקל מולקולרי גבוה. כדי למזער תגובות לוואי אלו, פנול נטול מים עובר סולפציה באמצעות חומצה גופרתית מעשנת (אנג'), והחומצה הסולפונית (אנג') שנוצרת עוברת לאחר מכן ניטרציה עם חומצה חנקתית מרוכזת. במהלך תגובה זו, קבוצות ניטרו מוכנסות, וקבוצת החומצה הסולפונית נדחקת. התגובה היא אקסותרמית מאוד, ויש צורך בבקרת טמפרטורה זהירה. מסלולי סינתזה המבצעים ניטרציה של אספירין או חומצה סליצילית יכולים לשמש גם הם כדי למתן היווצרות זפת. פחמן דו-חמצני נפלט מהראשון באמצעות דקרבוקסילציה (אנג'), בעוד שגם חומצה אצטית וגם פחמן דו-חמצני נפלטים מהאחרון.[12] שיטה נוספת לסינתזה של חומצה פיקרית היא ניטרציה ישירה של 2,4-דיניטרופנול (אנג') באמצעות חומצה חנקתית.[13]
שימושים
[עריכת קוד מקור | עריכה]
השימוש הגדול ביותר של חומצה פיקרית היה בתחמושת ובחומרי נפץ.
נגזרות
[עריכת קוד מקור | עריכה]פיקראט אמוניום (אנג') (חומר נפץ D, הידוע גם כדאנייט), הוא מלח האמוניום של חומצה פיקרית. הוא מובחן כפחות רגיש לפגיעה מאשר חומצה פיקרית או TNT (גובה נפילה לייזום של 41–43 סנטימטרים באמצעות מכשיר של פיקטיני ארסנל (אנג'), לעומת 30–36 סנטימטרים עבור TNT ו-33 סנטימטרים עבור חומצה פיקרית), מה שאפשר את השימוש בו בתחמושת חודרת שריון. פיקראט אמוניום שימש את צבא ארצות הברית החל מ-1901 ואת צי ארצות הברית ב-1907.
פיקראמיד (אנג'), שנוצר על ידי הוספת קבוצת אמין לחומצה פיקרית (בדרך כלל מתחילים בדאנייט), יכול לעבור הוספת אמין נוספת כדי לייצר את חומר הנפץ היציב מאוד TATB (אנג'). נמצא לו שימוש מסוים בכימיה אורגנית להכנת מלחים גבישיים של בסיסים אורגניים (פיקראטים) לצורך זיהוי ואפיון.
מטלוגרפיה אופטית
[עריכת קוד מקור | עריכה]במטלורגיה, תמיסת איכול של 4% חומצה פיקרית באתנול, המכונה "פיקראל" (picral), הייתה בשימוש נפוץ במטלוגרפיה אופטית כדי לחשוף את גבולות גרעיני האוסטניט הקודמים בפלדות פריטיות. הסכנות הקשורות לחומצה פיקרית גרמו לכך שהיא הוחלפה ברובה בחומרי איכול כימיים אחרים. עם זאת, היא עדיין משמשת לאיכול סגסוגות מגנזיום, כגון AZ31.[14]
היסטולוגיה
[עריכת קוד מקור | עריכה]תמיסת בואן (אנג') היא תמיסת קיבוע (אנג') נפוצה המכילה חומצה פיקרית ומשמשת לדגימות היסטולוגיות. היא משפרת את הצביעה של צבעים חומציים, אך היא עלולה גם לגרום להידרוליזה של כל ה-DNA בדגימה.[15]
חומצה פיקרית משמשת בהכנת אדום פיקרוסיריוס (אנג'), צביעה היסטולוגית עבור קולגן.[16][17]
בדיקות דם
[עריכת קוד מקור | עריכה]בדיקות מעבדה בכימיה קלינית מנצלות חומצה פיקרית עבור תגובת יפה (אנג') כדי לבדוק רמות של קריאטינין. היא יוצרת תצמיד צבעוני שניתן למדוד באמצעות ספקטרוסקופיה.[18]
חומצה פיקרית יוצרת איזופורפוראט אדום עם מימן ציאנידי (HCN). באמצעות מדידה פוטומטרית של הצבע שנוצר, ניתן להשתמש בחומצה פיקרית כדי לכמת מימן ציאנידי.[19]
במהלך תחילת המאה ה-20, חומצה פיקרית שימשה למדידת רמות הגלוקוז בדם. כאשר גלוקוז, חומצה פיקרית ונתרן פחמתי משולבים ומחוממים, נוצר צבע אדום אופייני. בעזרת תמיסת גלוקוז מכיילת, ניתן להשתמש בצבע האדום כדי למדוד את רמות הגלוקוז שהוספו. שיטה זו ידועה כשיטת לואיס ובנדיקט למדידת גלוקוז.[20]
צבע לעור
[עריכת קוד מקור | עריכה]במידה פחותה בהרבה, חומצה פיקרית רטובה שימשה כצבע לעור, או כחומר סימון זמני. היא מגיבה עם חלבונים בעור כדי לתת צבע חום כהה שעשוי להחזיק עד חודש.
חומר חיטוי
[עריכת קוד מקור | עריכה]במהלך תחילת המאה ה-20, חומצה פיקרית הוחזקה בבתי מרקחת כחומר חיטוי וכטיפול לכוויות, מלריה, הרפס ואבעבועות שחורות. גאזה ספוגה בחומצה פיקרית הייתה נפוצה בערכות עזרה ראשונה מאותה תקופה כטיפול בכוויות. היא שימשה במיוחד לטיפול בכוויות שמהן סבלו קורבנות אסון הינדנבורג בשנת 1937.
חומצה פיקרית שימשה כטיפול ברגל חפירות שממנה סבלו חיילים בחזית המערבית במהלך מלחמת העולם הראשונה.
חומצה פיקרית נמצאת בשימוש שנים רבות על ידי דייגים בשיטת דיג זבובים (אנג') לצביעת עורות חפרפרת ונוצות בצבע ירוק-זית כהה לשימוש כפיתיונות לדיג. הפופולריות שלה פחתה עקב טבעה הרעיל.
בטיחות
[עריכת קוד מקור | עריכה]אמצעי בטיחות מודרניים ממליצים לאחסן חומצה פיקרית כשהיא רטובה, כדי למזער את סכנת ההתפוצצות. בקבוקי זכוכית או פלסטיק נדרשים, שכן חומצה פיקרית יוצרת מלחי פיקראט מתכתיים שעלולים להיות רגישים ומסוכנים יותר מהחומצה עצמה, והם חזקים מספיק כדי ליזום התפוצצות בחומצה. הצטברות של פיקראטים על משטחי מתכת חשופים עלולה להוות סכנת פיצוץ.
גאזה של חומצה פיקרית, אם היא נמצאת בערכות עזרה ראשונה עתיקות, מהווה סכנה בטיחותית מכיוון שחומצה פיקרית מאותו זמן (בת 60–90 שנים) תהפוך לגבישית ובלתי יציבה, או שהיא עלולה הייתה ליצור פיקראטים מתכתיים מאחסון ארוך בתוך תיבת מתכת של עזרה ראשונה.[21]
יחידות לסילוק פצצות נקראות לעיתים קרובות לסלק חומצה פיקרית אם היא התייבשה.[22][23]
תחמושת המכילה חומצה פיקרית עשויה להימצא בספינות מלחמה טבועות. הצטברות של פיקראטים מתכתיים לאורך זמן הופכת אותם לרגישים לזעזועים ולמסוכנים ביותר. מומלץ שלא להפריע לספינות טרופות המכילות תחמושת כזו. הסכנה עשויה לחלוף כאשר הפגזים מחלידים מספיק כדי לאפשר חדירת מי ים, מכיוון שחומרים אלו מסיסים במים.[24] קיימים סמנים פלואורסצנטיים לזיהוי חומצה פיקרית בכמויות זעירות מאוד.[25]
קישורים חיצוניים
[עריכת קוד מקור | עריכה]
- חומצה פיקרית, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
הערות שוליים
[עריכת קוד מקור | עריכה]- ↑ [Woulfe, Peter (31 בדצמבר 1771). "XV. Experiments to shew the nature of Aurum mosaicum: By Mr. Peter Woulfe, F. R. S". Philosophical Transactions of the Royal Society of London (61): 127–130. doi:10.1098/rstl.1771.0015.]
- ↑ Dumas, J. (1841). "Quatrième mémoire sur les types chimiques" [Fourth memoir on chemical types]. Annales de Chimie et de Physique. 3rd series (בצרפתית). 2: 204–232.
C'est sous ce nom que j'ai désigné l'acide carboazotique, ...
[It is by this name [i.e., picric acid] that I designated carboazotic acid, ...] - ↑ Laurent, Auguste (1841). "Sur le phényle et ses dérivés" [On phenol and its derivatives]. Annales de Chimie et de Physique. 3. 3: 221–228.
- ↑ Welter, Jean-Joseph (1799). "Sur quelques matières particulières, trouvées dans les substances animals, traitées par l'acide nitrique" [On some particular materials, found in animal substances, treated with nitric acid]. Annales de Chimie et de Physique. 1st series (בצרפתית). 29: 301–305.
Le lendemain je trouvai la capsule tapisée de cristaux dorés qui avoient la finesse de la soie, qui détonoient comme la poudre à canon, et qui, à mon avis, en auroient produit l'effet dans une arme à feu. & ...je nommerai "amer".
[The next day, I found the crucible covered with golden crystals which had the fineness of silk, which detonated like gun powder, and which, in my opinion, would produce the same effect in a firearm. & ...I will name it "bitter".] - ↑ Fourcroy; Vauquelin (1806). "Mémoire sur la découverte d'une nouvelle matière inflammable et détonnante, formée par l'action de l'acide nitrique sur l'indigo et les matières animales" [Memoir on the discovery of a new flammable and explosive substance, formed by the action of nitric acid on indigo and animal substances]. Mémoires de l'Institute des Sciences et Arts (בצרפתית). 6: 542–543.
- ↑ Chevreul (1809). "Extrait d'un mémoire sur les substances amères formées par la réaction de l'acide nitrique sur l'indigo" [Extract from a memoir on the bitter substances formed by the reaction of nitric acid with indigo]. Annales de Chimie et de Physique (בצרפתית). 72: 127–30.
- ↑ Sprengel, Hermann (1873). "XXXII.—On a new class of explosives which are non-explosive during their manufacture, storage, and transport". J. Chem. Soc. 26: 796–808. doi:10.1039/js8732600796.
- ↑ Sprengel, Hermann (1903). The Discovery Of Picric Acid (Melinite, Lyddite) As A Powerful Explosive And Of Cumulative Detonation With Its Bearing On Wet Guncotton (2nd ed.). London: Eyre & Spottiswoode.
- ↑ Koike, Shigeki (2006). "The Russo-Japanese War and the system of SHIMOSE gunpowder" (PDF). Bulletin of Papers (ביפנית). Takasaki City University of Economics. 1 (49). ארכיון (PDF) מ-5 במרץ 2016.
- ↑ Wisser, John Philip (1901). The second Boer War, 1899–1900. Hudson-Kimberly. p. 243.
- ↑ "Dunnite Smashes Strongest Armor" (PDF). The New York Times. 18 באוגוסט 1907.
- ↑ "λ » LambdaSyn – Synthese von Pikrinsäure". www.lambdasyn.org (בגרמנית).
- ↑ Green, Arthur George (1919-04-01). "Manufacture of picric acid. US Patent US1299171A". patents.google.com.
- ↑ Vander Voort, George. "USING MICROSTRUCTURAL ANALYSIS TO SOLVE PRACTICAL PROBLEMS" (PDF). Tech-Notes. 4 (2).
- ↑ Llewellyn, Brian D (בפברואר 2009). "Picric Acid". StainsFile. אורכב מ-המקור ב-31 במאי 2015.
- ↑ Lattouf R, Younes R, Lutomski D, Naaman N, Goudeau G, Senni K, Changotade S (2014). "Picrosirius Red Staining: A Useful Tool to Appraise Collagen Networks in Normal and Pathological Tissues". Journal of Histochemistry & Cytochemistry. 62 (10): 751–758. doi:10.1369/0022155414545787. PMID 25023614.
- ↑ Junqueira LC, Bignolas G, Brentani RR (1979). "Picrosirius staining plus polarization microscopy, a specific method for collagen detection in tissue sections". The Histochemical Journal. 11 (4): 447–455. doi:10.1007/BF01002772. PMID 91593.
- ↑ "Creatinine Direct Procedure, on CimaScientific". אורכב מ-המקור ב-2020-08-06.
- ↑ "Quantification of total cyanide content in stone fruit kernels" (PDF). אורכב מ-המקור (PDF) ב-2019-04-30.
- ↑ "Measuring blood glucose levels in the 1920s". Tacomed.com. אורכב מ-המקור ב-16 בדצמבר 2018.
- ↑ Harding, Evan; Searle, Jamie (7 ביולי 2021). "Potentially explosive substance was in Catlins museum for decades". Stuff.
- ↑ "Bomb squad called to Dublin lab". irishtimes.com. Irish Times. 1 באוקטובר 2010. אורכב מ-המקור ב-22 באוקטובר 2012.
- ↑ "Unstable chemicals made safe by army". rte.ie. RTÉ News. 3 בנובמבר 2010.
- ↑ Albright, Richard (2011). Cleanup of Chemical and Explosive Munitions: Location, Identification and Environmental Remediation. William Andrew. p. 78. doi:10.1016/C2010-0-67036-2. ISBN 978-1-4377-3477-5.
- ↑ Arunkumar, Chellaiah; Sujatha, Subramaniam (26 אוק' 2015). "Protonation and axial ligation intervened fluorescence turn-off sensing of picric acid in freebase and tin(iv) porphyrins". RSC Advances. 5 (113): 93243. Bibcode:2015RSCAd...593243S. doi:10.1039/C5RA18310C.