Nitrocelulosa

Nitrocelulosa
¿Qué es la nitrocelulosa?
La celulosa es un biopolímero compuesto por miles de moléculas de β-glucosa unidas entre ellas, y
es la biomolécula orgánica más abundante del planeta ya que forma la mayor parte de la biomasa
terrestre. Tiene gran importancia en los vegetales, y la podemos encontrar de forma pura en la
naturaleza. El ejemplo más claro es el algodón, formado en su totalidad solo por celulosa.
La nitrocelulosa es un compuesto sintético obtenido a partir de la celulosa. Visualmente puede
tomar una forma muy similar al algodón, casi indistinguible, pero sus propiedades son muy
diferentes, lo que permite formar con ella explosivos plásticos, propelentes para cohetes,
emulsiones para películas fotográficas, lacas, selladores, barnices, tintas, etc.
Molecularmente es como la celulosa, pero todos o parte de los grupos hidroxilo (-OH) han sido
sustituidos por grupos nitroéster (-O-NO2).
Proceso de nitración de la celulosa
El proceso de síntesis de la nitrocelulosa consiste en una reacción química de sustitución.
El medio en el que se lleva a cabo es una mezcla nitrante, que consta de un 35% de ácido nítrico
(HNO3) y un 65% de ácido sulfúrico (H2SO4) por volumen. Esta proporción es importante, pues
permite la síntesis de nitrocelulosa pura. Si la cantidad de ácido sulfúrico disminuye, cambiará el
grado de nitración de la celulosa. Según el uso que queramos darle usaremos proporciones
diferentes.
La proporción aquí indicada permite obtener una nitrocelulosa con un contenido de Nitrógeno del
13,35%, lo que la hace indicada para uso como propelente y explosivo.
En la mezcla nitrante el ácido sulfúrico actúa de catalizador, provocando la deshidratación del ácido
nítrico, el cual se convierte en H2O y NO2+ (ión nitronio). Este ión tiene gran afinidad por el
oxígeno de los grupos hidróxilo (-OH) que se encuentran unidos a los carbonos de la celulosa.
Cuando se produce un choque efectivo se da una reacción de sustitución electrofílica: el NO2+ se
une al oxígeno del grupo hidroxilo, quedando el hidrógeno del grupo hidróxilo en disolución, en
forma de H+, que rápidamente se une a una molécula de agua para formar el ión hidronio (H3O+).
De forma general, esta es la reacción:
3HNO3+ C6H10O5 → C6H7(NO2)3O5 + 3H2O
Material necesario para la síntesis de nitrocelulosa
En un laboratorio, con todas las medidas de seguridad, necesitamos:
 Material:
 Dos vasos de precipitados de 500 ml o superior
 Un termómetro
 Varilla de vidrio
 Pinzas
 Probeta de 50 mL
 Químicos:
 Ácido sulfúrico 96%
 Ácido nítrico 67%
 Agua destilada
 Bicarbonato sódico (opcional)
 Celulosa (en forma de algodón)
Medidas de seguridad
A pesar de ser una síntesis sencilla, el uso de ácidos fuertes y volátiles hace imprescindible que sea
realizada en un laboratorio bien equipado. Es imprescindible el uso de
 Campana de gases, dónde transcurrirá la reacción de nitración
 Guantes
 Gafas de seguridad homologadas
 Termómetro para controlar la temperatura de reacción
Síntesis paso a paso
1)
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Para preparar un total de 50 mL de mezcla nitrante, medimos 17,5 mL de ácido nitrico 67%.
Vertemos estos 17,5 mL de ácido nítrico 67 % en un vaso de precipitados de 500 mL
En la misma probeta, medimos 32,5 mL de ácido sulfurico 96%.
Vertemos este volumen de ácido sulfúrico lentamente en el vaso de precipitados dónde ya se
encuentra el ácido nítrico. Observaremos una emanación de vapores de ácido nítrico.
5) Usando un termómetro medimos la temperatura de la mezcla nitrante. Como la reacción es
exotérmica, tenemos que esperar hasta que la temperatura baje de los 30º C.
6) Cuando la temperatura sea la adecuada, metemos 3 discos de algodón (3 gramos de
celulosa) dentro de la mezcla nitrante. Nos ayudamos de una varilla de vidrio para que toda
la celulosa quede en el fondo del vaso de precipitados y completamente sumergida en la
mezcla.
7) La nitración completa a temperatura ambiente toma un mínimo de 10 minutos.
8) Trascurrido un mínimo de 10 minutos, cogemos cada disco de algodón usando pinzas o dos
varillas de vidrio y los metemos uno a uno en un vaso de precipitados con 500 mL de agua
destilada fría o a temperatura ambiente.
9) Removemos con la varilla de vidrio los discos de nitrocelulosa, para que los restos de ácido
se disuelvan.
10) Descartamos el agua contaminada con los restos de ácido, y con abundante agua lavamos la
nitrocelulosa. Podemos neutralizar el ácido restante con una solución de bicarbonato sódico,
el burbujeo nos indica que quedan restos de ácido.
11) Una vez bien lavada, dejar secar la nitrocelulosa. Descartar la mezcla nitrante de forma
segura.
Propiedades de la nitrocelulosa
Aunque parece muy similar al algodón, se puede disolver muy fácilmente en acetona, formando una
capa plástica al secar.
Una chispa o llama la hace deflagar: cada grupo nitroéster aporta 3 átomos de Oxígeno que son
usados para la combustión del Carbono y el Hidrógeno de su estructura.
Comprimida a una densidad máxima de 1,2 g/cm3, es capaz de detonar a una velocidad de 7300
m/s, con un factor de efectividad relativa (R.E) 1,10; es decir, es un 10% más potente que el TNT
comparado por peso.