Nitrogliserin
Nitrogliserin (bahasa Inggris: ) juga dikenal sebagai trinitrogliserin dan gliseril trinitrat atau 1,2,3-trinitroksipropana, adalah larutan yang mudah meledak, berminyak, tak berwarna dan berat. Senyawa ini umumnya diproduksi dengan cara nitrasi gliserol dengan asam nitrat pekat berasap pada kondisi yang sesuai untuk pembentukan ester asam nitrat. Secara kimia, senyawa ini lebih sesuai dengan senyawa organonitrat daripada senyawa nitro, tetapi nama tradisionalnya seringkali dipertahankan. Ditemukan pada tahun 1847, nitrogliserin telah digunakan sebagai bahan aktif pembuatan bahan peledak (kebanyakan dinamit) yang digunakan pada bidang konstruksi, demolisi, dan industri pertambangan. Sejak tahun 1880an, nitrogliserin tlah digunakan oleh militer sebagai bahan aktif, dan gelatiniser untuk nitroselulosa, pada bahan pendorong padat, seperti cordite dan ballistite.
Nitrogliserin juga merupakan komponen utama pada serbuk mesiu nir asap yang digunakan untuk pengisian ulang senjata. Terdapat ratusan serbuk kombinasi nitrogliserin dengan nitroselulosa yang digunakan untuk pengisian ulang senapan, pistol, dan tembakan.
Selama lebih dari 130 tahun, nitrogliserin telah digunakan untuk keperluan medis sebagai vasodilator potensial untuk pengobatan jantung seperti angina pektoris (angin duduk) dan gagal jantung kronis. Meskipun efek yang menguntungkan ini telah diketahui sejak diketahuinya proses konversi dari nitrogliserin menjadi nitrogen oksida, suatu vasodilator, baru pada tahun 2002 ditemukan enzim yang dapat melakukan proses konversi yaitu aldehyde dehydrogenase mitokondrial. Nitrogliserin tersedia dalam bentuk tablet sublingual, spray, dan potongan kecil.
Nitrogliserin adalah bahan peledak praktis pertama yang diproduksi, dengan kekuatan melebihi serbuk mesiu. Disintesis pertama kali oleh kimiawan Italia Ascanio Sobrero pada tahun 1847, yang bekerja di bawah Théophile-Jules Pelouze di Universitas Turin. Sobrero pertama kali menyebut penemuannya sebagai "pirogliserin" dan mengecam penggunaannya sebagai bahan peledak.
Nitrogliserin kemudian diadopsi secara komersial untuk digunakan sebagai bahan peledak oleh Alfred Nobel, yang mengerjakan penelitiannya dengan cara yang lebih aman dalam menangani senyawa berbahaya setelah adiknya, Emil Oskar Nobel, dan beberapa pekerja pabrik tewas dalam tragedi ledakan di pabrik senjata Nobel pada tahun 1864 di Heleneborg, Swedia.
Setahun kemudian, Nobel mendirikan Alfred Nobel & Company di Jerman dan membuat sebuah pabrik terisolasi di Krümmel hills of Geesthacht di dekat Hamburg. Bisnisnya adalah mengekspor cairan kombinasi nitrogliserin dan serbuk mesiu yang disebut "Blasting Oil", teapi cairan ini sangat tidak stabil dan sangat sulit penanganannya, akibat ditemukannya sejumlah katastrofi. Bangunan pabrik Krümmel hancur dua kali.
Pada April 1866, tiga peti nitrogliserin dikapalkan menuju California untuk Central Pacific Railroad, yang berencana melakukan eksperimen dengan nitrogliserin sebagai bahan peledak, untuk meledakkan konstruksi Terowongan Summit yang panjangnya 506 m, menembus Pegunungan Sierra Nevada. Salah satu peti meledak, menghancurkan kantor perusahaan Wells Fargo di San Francisco dan menewaskan 15 orang. Hal ini memicu larangan penuh transportasi nitrogliserin cair di California. Nitrogliserin yang sudah tersedia di lokasi proyek digunakan untuk pengeboran dan peledakan batuan keras untuk penyelesaian First Transcontinental Railroad di Amerika Utara.
Nitrogliserin cair kemudian dilarang di mana-mana, dan pelarangan legal ini mendorong Alfred Nobel dan perusahaannya mengembangkan dinamit tahun 1867. Ia mencampur nitrogliserin dengan tanah diatome (Bahasa Jerman: ""kieselguhr"") yang ditemukan di bukit Krümmel. Campuran serupa, seperti "dualine" (1867), "lithofracteur" (1869), dan "gelignite" (1875), dibuat dengan mencampur nitrogliserin dengan absorben inert lainnya, dan banyak kombinasi yang dicoba oleh beberapa perusahaan sebagai upaya mendekati dinamit yang patennya dipegang oleh Nobel.
Campuran dinamit mengandung nitroselulosa, yang meningkatkan visoksitas campuran, yang dikenal secara luas sebagai "gelatin".
Setelah penemuan amil nitrat yang membantu meringankan nyeri dada, Dr. William Murrell bereksperimen dengan menggunakan nitrogliserin untuk meringankan angin duduk dan untuk mengurangi tekanan darah. Dia mulai merawat pasiennya dengan nitrogliserin doses kecil encer pada tahun 1878. Metode perawatannya ini kemudian digunakan secara luas setelah Murrell mempublikasikan hasilnya pada jurnal "" pada tahun 1879. Beberapa bulan kemudian sebelum kematiannya pada tahun 1896, Alfred Nobel diberi resep nitrogliserin untuk kondisi jantungnya. Agar tidak terdengar menyeramkan untuk para kimiawan dan publik, dalam bidang medis nitrogliserin disebut dengan "gliseril trinitrat".
Nitrogliserin diproduksi dalam jumlah besar selama Perang Dunia I dan II sebagai propelan untuk militer dan pekerjaan rekayasa militer ("military engineering"). Selama PD I, HM Factory, Gretna, pabrik propelan terbesar di Britania Raya, memproduksi sekitar 812 ton Cordite RDB per pekan. Jumlah ini memerlukan sekurangnya 336 ton nitrogliserin per pekan (dengan asumsi tidak ada susut produksi). Angkatan Laut Kerajaan Inggris ("Royal Navy") memiliki pabrik sendiri di Royal Navy Cordite Factory, Holton Heath di Dorset, Inggris. Sebuah pabrik cordite besar juga dibangun di Canada selama PD I. Pabrik cordite Canadian Explosives Limited di Nobel, Ontario, dirancang untuk menghasilkan 1.500.000 lb (680 t) cordite per bulan, memerlukan sekitar 286 ton nitrogliserin per bulan.
Dalam bentuk murninya, nitrogliserin bersifat "contact-explosive", meledak dengan kejutan fisik, dan terdegradasi sebanding dengan waktu menjadi bentu yang lebih tidak stabil. Hal ini menyebabkan nitrogliserin sangat berbahaya untuk ditransportasikan atau digunakan. Dalam bentuk murninya, senyawa ini adalah bahan peledak paling kuat di dunia, dibandingkan dengan bahan peledak baru seperti RDX dan PETN.
Pada awal sejarahnya, ditemukan bahwa nitrogliserin cair dapat "didesensitisasi" (diturunkan kepekaannya) dengan cara pendinginan hingga 5 - 10 °C (40 - 50 °F). Pada temperatur ini, nitrogliserin membeku, berkontraksi selama proses pemadatan. Mencairkannya meningkatkan sensitivitasnya, terutama jika ada ketakmurnian atau penghangatan terlalu cepat. Dimungkinkan untuk melakukan "desensitisasi" nitrogliserin secara kimiawi hingga suatu titik di mana dapat diperhitungkan sebagai "aman" dalam ukuran bahan peledak kuat modern. Misalnya dengan penambahan sekitar 10% hingga 30% etanol, aseton, atau dinitrotoluena. (Persentase bervariasi sesuai dengan bahan desensitisasi yang digunakan.) Desensitisasi memerlukan upaya lebih untuk "mengembalikan" kemurnian produk. Kegagalan dalam proses ini, dengan asumsi nitrogliserin yang didesensitisasi pada prinsipnya lebih sukar meledak, menyebabkan nitrogliserin menjadi tak berguna sebagai bahan peledak.
Masalah serius dalam penggunaan nitrogliserin karena titik bekunya yang tinggi yaitu 13 °C (55 °F). Nitrogliserin padat jauh lebih sensitif terhadap kejutan daripada bentuk cairnya, suatu fitur yang umum dalam bahan peledak. Pada masa lalu, nitrogliserin sering kali dikapalkan dalam bentuk bekunya, tetapi ini menimbulkan tingginya jumlah kecelakaan selama proses pencairan segera sebelum digunakan. Kerugian ini diatasi dengan menggunakan campuran nitrogliserin dengan polinitrat. Sebagai contoh, campuran nitrogliserin dengan etilena glikol dinitrat membeku pada −29 °C (−20 °F).
Nitrogliserin dan semua pengencernya pasti dapat terbakar. Daya ledak nitrogliserin berasal dari detonasi: energi yang berasal dari dekomposisi awal karena gelombang tekanan kuat yang mendetonasi bahan bakar yang melingkupinya. Ini adalah gelombang kejut dalam yang mempropagasi seluruh media peledak dengan laju 30 kali kecepatan suara setelah induksi tekanan instan akibat dekomposisi bahan bakar ke dalam gas putih pana. Detonasi nitrogliserin membebaskan gas yang akan menempati lebih dari 1.200 kali volume awalnya pada tekanan dan temperatur ruang. Panas yang dibebaskan menaikkan temperatur hingga sekitar 5.000 °C (9.000 °F). Dekomposisi menghasilkan rasio energi terhadap mol gas yang dilepas, lebih besar daripada bahan peledak lainnya. Hal ini membuat nitrogliserin bahan peledak berdaya ledak tinggi yang paling seksi.
Nitrogliserin dapat diproduksi dengan cara nitrasi gliserin (gliserol) yang dikatalisasi oleh asam.
Proses pabrikasi industri seringkali mereaksikan gliserol dengan campuran asam sulfat pekat dan asam nitrat pekat dengan konsentrasi 1:1. Campuran bisa dibuat dengan cara mencampur asam nitrat pekat berasap (asam nitrat murni dengan harga lumayan mahal yang telah dihilangkan oksida nitrogennya) dan asam sulfat pekat. Campuran ini bisa diperoleh dengan cara yang lebih ekonomis yaitu dengan mencampura asam sulfat pekat berasap, dikenal juga sebagai oleum (asam sulfat yang mengandung belerang trioksida berlebih) dan asam nitrat azeotropik (mengandung sekitar 70 persen asam nitrat dalam air).
Asam sulfat menghasilkan spesies asam nitrat terprotonasi, yang akan diserang oleh atom oksigen nukleofilik dari gliserol. Gugus nitro kemudian ditambahkan sebagai suatu ester C-O-NO dan akan menghasilkan air. Hal ini berbeda dari reaksi substitusi elektrofilik aromatik yang menggunakan ion nitronium sebagai elektrofil.
Penambahan gliserol menghasilkan reaksi eksotermal (menghasilkan kalor), merupakan hal biasa untuk campuran nitrasi asam. Namun demikian, jika campuran menjadi terlalu panas, ia akan menghasilkan suatu kondisi percepatan nitrasi disertai dengan oksidasi destruktif bahan organik oleh asam nitrat panas, dan pelepasan gas nitrogen dioksida yang beracun. Pada akhirnya risiko tertinggi adalah munculnya ledakan. Oleh karena itu, campuran gliserin ditambahkan perlahan-lahan ke dalam bejana reaksi yang mengandung campuran asam (bukan asam ditambahkan ke dalam gliserin!). Nitrator didinginkan dengan menggunakan air dingin atau campuran pendingin lainnya dan dijaga selama penambahan gliserin pada temperatur 22 °C (72 °F), jauh di bawah suhu esterifikasi yang wajar. Bejana nitrasi, biasanya terbuat dari besi atau timbel dan umumnya diaduk dengan udara bertekanan, memiliki pintu perangkap pada bagian dasarnya, yang tergantung di atas kolam besar berisi air yang teramat dingin dan campuran hasil reaksi dapat dituangkan seluruhnya untuk mencegah ledakan. Proses ini disebut sebagai penenggelaman. Jika temperatur campuran melebihi 30 °C (86 °F) (nilai aktual bervariasi menurut negara) atau uap coklat mulai terlihat pada buangan nitrator, campuran segera ditenggelamkan.
Penggunaan utama nitrogliserin, berdasarkan tonase, adalah sebagai bahan peledak seperti dinamit dan sebagai propelan.
Nitrogliserin adalah cairan berminyak yang dapat meledak jika terpapar panas, goncangan, atau api. Nitrogliserin sangat peka, sehingga menjatuhkan atau membanting wadahnya dapat menyebabkan ledakan.
Alfred Nobel mengembangkan penggunaan nitrogliserin sebagai bahan peledak dengan mencampur nitrogliserin dengan penjerap inert, terutama ""kieselguhr"" atau tanah diatome. Ia menyebut bahan peledak ini sebagai dinamit dan mematenkannya pada tahun 1867. Dinamit disalurkan sebagai bahan siap pakai dalam bentuk batang, masing-masing batang dikemas dalam kertas tahan air yang diberi gemuk. Dinamit dan bahan peledak sejenis diadopsi secara luas untuk pengerjaan rekayasa sipil, seperti pengeboran terowongan jalan bebas hambatan atau rel, untuk penambangan, untuk membersihkan lahan pertanian, penggalian, dan pekerjaan penghancuran gedung. Demikian juga, insinyur militer mempersempit penggunaan dinamit hanya untuk konstruksi dan pekerjaan penghancuran.
Nitrogliserin juga digunakan sebagai bahan aktif propelan militer untuk digunakan dalam senjata api.
Nitrogliserin telah digunakan dalam rekah hidrolik, suatu proses untuk mengangkat minyak dan gas dari formasi rekahan. Teknik ini melibatkan pemasangan dan peledakan nitrogliserin secara alami atau sistem induksi rekah hidrolik. Bisa juga dilakukan pemasangan dan peledakan nitrogliserin dalam induksi rekah hidrolik diikuti dengan penembakan sumur menggunakan TNT pelet.
Nitrogliserin memiliki kelebihan dibanding bahan peledak berdaya ledak tinggi lainnya, yaitu peledakannya praktis tidak menghasilkan asap yang kasat mata. Oleh karena itu, bahan ini dapat digunakan sebagai bahan aktif dalam formulasi bermacam "serbuk nirasap".
Sensitivitasnya membatasi manfaat nitrogliserin sebagai bahan peledak militer, dan bahan peledak yang kurang peka seperti TNT, RDX, dan HMX memerlukan jumlah amunisi yang banyak. Dinamit masih memegang peranan penting dalam rekayasa militer dan rekayasa peperangan.
Alfred Nobel kemudian mengembangkan ballistite, dengan menggabungkan nitrogliserin dan nitroselulosa. Dia mematenkannya pada tahun 1887. Ballistite diadopsi oleh sejumlah pemerintah Eropa sebagai propelan militer. Italia adalah yang pertama kali mengadopsinya. Pemerintah Inggris dan Negara-negara Persemakmuran mengadopsi cordite, yang dikembangkan oleh Sir Frederick Abel dan Sir James Dewar dari Inggris pada tahun 1889. Cordite Mk I generasi pertama terdiri dari 58% nitrogliserin, 37% nitroselulosa dan 5% gel petroleum. Ballistite dan cordite keduanya diproduksi dalam bentuk "pita" atau "tali".
Serbuk nirasap pada mulanya dikembangkan menggunakan nitroselulosa sebagai bahan peledak aktif tunggal. Oleh karenanya dikenal sebagai propelan berbasis-tunggal. Sejumlah serbuk nirasap yang mengandung campuran nitroselulosa dan nitrogliserin, dikenal sebagai propelan basis-ganda, juga telah dikembangkan. Serbuk nirasap awalnya hanya tersedia untuk keperluan militer, tetapi kemudian dikembangkan untuk kebutuhan sipil dan kemudian secara cepat untuk kebutuhan olahraga. Beberapa dikenal sebagai serbuk olahraga. Propelan basis-tiga mengandung nitroselulosa, nitrogliserin, dan nitroguanidin, tetapi hanya tersedia untuk senjata kaliber besar seperti meriam tank dan artileri angkatan laut.
Gelatin ledak, dikenal juga sebagai "gelignite", ditemukan oleh Nobel pada tahun 1875, menggunakan nitrogliserin, bubur kayu, dan natrium atau kalium nitrat. Ini adalah bahan peledak pertama yang murah dan fleksibel.