6. Используйте дополнительную информацию, страница 107 - гдз по химии 10 класс учебник Габриелян, Остроумов

Решение

Синтез нитроглицерина

Нитроглицерин, химически правильное название которого — тринитрат глицерина, представляет собой сложный эфир трехатомного спирта глицерина и азотной кислоты. Он был впервые получен в 1847 году итальянским химиком Асканио Собреро, который отметил его чрезвычайную взрывоопасность.

Промышленный синтез нитроглицерина осуществляется в процессе нитрования глицерина. В качестве нитрующего агента используют так называемую нитрующую смесь — смесь концентрированной азотной ($HNO_3$) и концентрированной серной ($H_2SO_4$) кислот.

Реакция протекает по следующему уравнению:

$C_3H_5(OH)_3 + 3HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} C_3H_5(ONO_2)_3 + 3H_2O$

Роль серной кислоты в этом процессе двойная. Во-первых, она является сильным водоотнимающим средством и поглощает воду, образующуюся в ходе реакции. Это смещает химическое равновесие вправо, в сторону образования целевого продукта, согласно принципу Ле Шателье. Во-вторых, серная кислота катализирует реакцию, способствуя образованию активной частицы — иона нитрония ($NO_2^+$), который и атакует молекулу глицерина.

Процесс нитрования является сильно экзотермическим, то есть протекает с выделением большого количества тепла. Это делает синтез нитроглицерина крайне опасным, так как при повышении температуры выше определенного предела (обычно $25-30^{\circ}C$) начинается его бурное разложение со взрывом. Поэтому реакцию проводят при интенсивном охлаждении, поддерживая температуру в диапазоне $10-20^{\circ}C$. Глицерин медленно, по каплям, добавляют в охлажденную нитрующую смесь при постоянном перемешивании.

После завершения реакции смесь оставляют для расслаивания. Нитроглицерин, будучи более плотным и нерастворимым в отработанной кислотной смеси, образует нижний слой. Его осторожно отделяют, а затем многократно промывают сначала холодной водой, а затем слабым раствором соды для полной нейтрализации остатков кислот, которые снижают его стабильность при хранении.

Ответ: Синтез нитроглицерина основан на реакции этерификации (нитрования) глицерина смесью концентрированных азотной и серной кислот. Процесс требует строгого контроля температуры и охлаждения из-за высокой экзотермичности реакции и опасности взрывного разложения продукта.

Применение нитроглицерина

Нитроглицерин известен своим двойственным применением, находя применение в кардинально разных областях: военной промышленности и медицине.

1. Взрывчатые вещества
Чистый нитроглицерин — это вязкая, бесцветная маслянистая жидкость, обладающая чрезвычайно высокой чувствительностью к удару, трению и нагреву, что делает его использование в чистом виде очень опасным. Великий прорыв совершил Альфред Нобель в 1867 году, который нашел способ стабилизировать нитроглицерин. Он пропитал им пористое вещество — кизельгур (диатомовую землю), получив таким образом гораздо более безопасный в обращении сыпучий продукт, который он назвал динамитом. Это изобретение произвело революцию в горнодобывающей и строительной отраслях.

Нитроглицерин также является ключевым компонентом бездымных порохов (например, баллистита и кордита, где он смешан с нитроцеллюлозой) и различных видов желатиндинамитов. Его огромная энергия высвобождается при детонации, в ходе которой он мгновенно разлагается с образованием большого объема горячих газов:

$4C_3H_5(NO_3)_3(l) \rightarrow 12CO_2(g) + 10H_2O(g) + 6N_2(g) + O_2(g)$

2. Медицина
В медицине нитроглицерин используется как мощный вазодилататор — лекарственное средство, вызывающее расширение кровеносных сосудов. Его действие основано на том, что в организме он метаболизируется с образованием оксида азота ($NO$). Оксид азота активирует в гладкомышечных клетках сосудистой стенки фермент гуанилатциклазу, что приводит к расслаблению мышц и, как следствие, к расширению сосудов.

Основное медицинское применение нитроглицерина — это купирование (снятие) и профилактика приступов стенокардии ("грудной жабы"). Расширяя преимущественно вены, нитроглицерин уменьшает приток крови к сердцу (снижает преднагрузку). Расширяя коронарные артерии, он улучшает кровоснабжение самой сердечной мышцы. В результате работа сердца облегчается, а его потребность в кислороде снижается, что и приводит к прекращению болевого приступа.

Для медицинских целей нитроглицерин выпускается в виде таблеток или спрея для приема под язык, трансдермальных пластырей, мазей, а также растворов для внутривенных инъекций при острых состояниях.

Ответ: Нитроглицерин применяется, с одной стороны, как мощное взрывчатое вещество и основной компонент динамита и бездымных порохов, а с другой — как жизненно важное лекарство в кардиологии для расширения сосудов и снятия приступов стенокардии.