La nitroglicerina ( NG ) (ortografía alternativa de nitroglicerina), también conocida como trinitroglicerina ( TNG ), nitro , trinitrato de glicerilo ( GTN ) o 1,2,3-trinitroxipropano , es un líquido explosivo denso, incoloro, aceitoso y producido más comúnmente por nitrar el glicerol con ácido nítrico fumante blanco en condiciones apropiadas para la formación del éster de ácido nítrico . Químicamente, la sustancia es un compuesto de nitrato orgánico en lugar de un compuesto nitro , pero se conserva el nombre tradicional. Descubierta en 1847 por Ascanio Sobrero , la nitroglicerina se ha utilizado como ingrediente activo en la fabricación de explosivos , concretamente dinamita , y como tal se emplea en las industrias de la construcción , la demolición y la minería . Se combina con nitrocelulosa para formar pólvora sin humo de doble base , que se ha utilizado como propulsor en artillería y armas de fuego desde la década de 1880.
La nitroglicerina se ha utilizado durante más de 130 años en medicina como un potente vasodilatador (que provoca dilatación del sistema vascular) para tratar afecciones cardíacas , como la angina de pecho y la insuficiencia cardíaca crónica . Aunque anteriormente se sabía que estos efectos beneficiosos se deben a que la nitroglicerina se convierte en óxido nítrico , un potente venodilatador, recién en 2002 se descubrió que la enzima para esta conversión era la aldehído deshidrogenasa mitocondrial ( ALDH2 ). [4] La nitroglicerina está disponible en formato sublingual tabletas , aerosoles, ungüentos y parches. [5]
La nitroglicerina fue el primer explosivo práctico producido que era más fuerte que la pólvora negra . Fue sintetizado por el químico italiano Ascanio Sobrero en 1847, trabajando con Théophile-Jules Pelouze en la Universidad de Turín . [6] Sobrero inicialmente llamó a su descubrimiento piroglicerina y advirtió enérgicamente contra su uso como explosivo. [7]
La nitroglicerina fue adoptada como un explosivo comercialmente útil por Alfred Nobel , quien experimentó con formas más seguras de manejar el peligroso compuesto después de que su hermano menor, Emil Oskar Nobel , y varios trabajadores de la fábrica murieran en una explosión en la fábrica de armamentos de los Nobel en 1864 en Heleneborg. , Suecia. [8]
Un año más tarde, Nobel fundó Alfred Nobel and Company en Alemania y construyó una fábrica aislada en las colinas Krümmel de Geesthacht, cerca de Hamburgo . Esta empresa exportaba una combinación líquida de nitroglicerina y pólvora llamada "Bblasting Oil", pero ésta era extremadamente inestable y difícil de manejar, como lo demostraron numerosas catástrofes. [9] Los edificios de la fábrica Krümmel fueron destruidos dos veces. [10]
En abril de 1866, se enviaron varias cajas de nitroglicerina a California , tres de las cuales estaban destinadas al Ferrocarril del Pacífico Central , que planeaba experimentar con ella como explosivo para acelerar la construcción de la Cumbre de 506 m (1,659 pies) de largo. Túnel a través de las montañas de Sierra Nevada . Una de las cajas restantes explotó, destruyendo una oficina de la empresa Wells Fargo en San Francisco y matando a 15 personas. Esto llevó a una prohibición total del transporte de nitroglicerina líquida en California. Por lo tanto, la fabricación in situ de nitroglicerina fue necesaria para el resto de perforaciones y voladuras de roca dura necesarias para la finalización del primer ferrocarril transcontinental en América del Norte. [11]
El día de Navidad de 1867, un intento de deshacerse de nueve botes de aceite explosivo que habían sido almacenados ilegalmente en el White Swan Inn en el centro de Newcastle upon Tyne resultó en una explosión en Town Moor que mató a ocho personas. En junio de 1869, dos vagones de una tonelada cargados con nitroglicerina, entonces conocida localmente como Powder-Oil, explotaron en la carretera en el pueblo de Cwm-y-glo, en el norte de Gales . La explosión provocó la pérdida de seis vidas, numerosos heridos y grandes daños a la aldea. Se encontraron pocos rastros de los dos caballos. El gobierno del Reino Unido estaba tan alarmado por los daños causados y lo que podría haber sucedido en un lugar de la ciudad (estas dos toneladas eran parte de una carga mayor proveniente de Alemania vía Liverpool) que pronto aprobó la Ley de Nitro-Glicerina de 1869. [12] La nitroglicerina líquida también estaba ampliamente prohibida en otros lugares, y estas restricciones legales llevaron a Alfred Nobel y su compañía a desarrollar dinamita en 1867. Esta se fabricaba mezclando nitroglicerina con tierra de diatomeas (" Kieselguhr " en alemán) que se encuentra en las colinas de Krümmel. Mezclas similares, como "dualina" (1867), "lithofracteur" (1869) y " gelignite " (1875), se formaron mezclando nitroglicerina con otros absorbentes inertes, y otras empresas probaron muchas combinaciones en un intento de evitarlo. Las patentes de dinamita que Nobel tenía en su poder.
Las mezclas de dinamita que contienen nitrocelulosa , que aumenta la viscosidad de la mezcla, se conocen comúnmente como "gelatinas".
Tras el descubrimiento de que el nitrito de amilo ayudaba a aliviar el dolor de pecho, el médico William Murrell experimentó con el uso de nitroglicerina para aliviar la angina de pecho y reducir la presión arterial . Comenzó a tratar a sus pacientes con pequeñas dosis diluidas de nitroglicerina en 1878, y este tratamiento pronto se adoptó de forma generalizada después de que Murrell publicara sus resultados en la revista The Lancet en 1879. [13] [14] Unos meses antes de su muerte en 1896 , a Alfred Nobel le recetaron nitroglicerina para esta afección cardíaca y le escribió a un amigo: "¿No es una ironía del destino que me hayan recetado nitroglicerina para tomar internamente? Lo llaman Trinitrin, para no asustar a los químico y el público." [15] El establecimiento médico también utilizó el nombre "trinitrato de glicerilo" por la misma razón.
Durante la Primera Guerra Mundial y la Segunda Guerra Mundial se fabricaron grandes cantidades de nitroglicerina para su uso como propulsores militares y en trabajos de ingeniería militar . Durante la Primera Guerra Mundial, HM Factory, Gretna , la fábrica de propulsores más grande del Reino Unido , produjo alrededor de 800 toneladas de cordita RDB por semana. Esta cantidad requirió al menos 336 toneladas de nitroglicerina por semana (suponiendo que no haya pérdidas en la producción). La Royal Navy tenía su propia fábrica en la Royal Navy Cordite Factory, Holton Heath , en Dorset , Inglaterra. También se construyó una gran fábrica de cordita en Canadá durante la Primera Guerra Mundial. La fábrica de cordita de Canadian Explosives Limited en Nobel, Ontario , fue diseñada para producir 1.500.000 lb (680 t) de cordita por mes, lo que requirió alrededor de 286 toneladas de nitroglicerina por mes.
En su forma no diluida, la nitroglicerina es un explosivo de contacto , cuyo impacto físico hace que explote. Si no se ha purificado adecuadamente durante la fabricación, puede degradarse con el tiempo a formas aún más inestables. Esto hace que la nitroglicerina sea muy peligrosa de transportar o utilizar. En su forma sin diluir, es uno de los explosivos más poderosos del mundo, comparable a los más recientemente desarrollados RDX y PETN .
Al principio de su historia, se descubrió que la nitroglicerina líquida se " insensibilizaba " al congelarla a una temperatura inferior a 45 a 55 °F (7 a 13 °C), dependiendo de su pureza. [16] Su sensibilidad al impacto mientras está congelado es algo impredecible: "Es más insensible al impacto de un casquillo de fulminado o de una bala de rifle cuando está en esa condición, pero por otro lado parece ser más propenso a explotar al romperse, aplastarse o aplastarse". , apisonamiento, etc." [17] La nitroglicerina congelada es mucho menos energética que la líquida, por lo que debe descongelarse antes de su uso. [18] Descongelarlo puede ser extremadamente sensibilizante, especialmente si hay impurezas presentes o el calentamiento es demasiado rápido. [19] Se puede agregar dinitrato de etilenglicol u otro polinitrato para reducir el punto de fusión y así evitar la necesidad de descongelar el explosivo congelado. [20]
La nitroglicerina "desensibilizada" químicamente es posible hasta el punto de que puede considerarse tan "segura" como los altos explosivos modernos , como por ejemplo mediante la adición de etanol , acetona o dinitrotolueno . [21] Es posible que sea necesario extraer la nitroglicerina del producto químico desensibilizante para restablecer su eficacia antes de su uso, por ejemplo añadiendo agua para extraer el etanol utilizado como desensibilizante. [21]
Cuando la nitroglicerina explota los productos después del enfriamiento vienen dados por:
El calor liberado se puede calcular a partir de los calores de formación. Usando −371 kJ/ mol para el calor de formación de la nitroglicerina en fase condensada [22] se obtienen 1414 kJ/mol liberados si se forma vapor de agua y 1524 si se forma agua líquida.
La velocidad de detonación de la nitroglicerina es de 7820 metros por segundo, aproximadamente el 113% de la velocidad del TNT . En consecuencia, la nitroglicerina se considera un explosivo de alto brillo , es decir, tiene una excelente capacidad de destrucción. El calor liberado durante la detonación eleva la temperatura de los subproductos gaseosos a aproximadamente 5000 °C (9000 °F). [20] Con una entalpía estándar de descomposición explosiva de −1414 kJ/ mol y un peso molecular de 227,0865 g/mol, la nitroglicerina tiene una densidad de energía explosiva específica de 1,488 kilocalorías por gramo, o 6,23 kJ/g, lo que hace que la nitroglicerina sea un 49% más energético en términos de masa que el valor definido estándar asignado al TNT (precisamente 1 kcal/g).
La nitroglicerina se puede producir mediante nitración de glicerol (glicerina) catalizada por ácido .
El proceso de fabricación industrial a menudo hace reaccionar el glicerol con una mezcla casi 1:1 de ácido sulfúrico concentrado y ácido nítrico concentrado . Esto se puede producir mezclando ácido nítrico fumante blanco ( un ácido nítrico puro bastante caro al que se le han eliminado los óxidos de nitrógeno, a diferencia del ácido nítrico fumante rojo , que contiene óxidos de nitrógeno ) y ácido sulfúrico concentrado . Más a menudo, esta mezcla se logra mediante el método más económico de mezclar ácido sulfúrico fumante , también conocido como oleum ( ácido sulfúrico que contiene un exceso de trióxido de azufre ) y ácido nítrico azeotrópico (que consta de aproximadamente un 70 % de ácido nítrico y el resto es agua). [26]
El ácido sulfúrico produce especies de ácido nítrico protonadas , que son atacadas por los átomos de oxígeno nucleofílicos del glicerol . De este modo se añade el grupo nitro como un éster C-O-NO 2 y se produce agua. Esto es diferente de una reacción de sustitución aromática electrófila en la que los iones nitronio son los electrófilos .
La adición de glicerol da como resultado una reacción exotérmica (es decir, se produce calor), como es habitual en las nitraciones de ácidos mixtos. Si la mezcla se calienta demasiado, se produce una reacción descontrolada, un estado de nitración acelerada acompañado de la oxidación destructiva de materiales orgánicos por el ácido nítrico caliente y la liberación de gas venenoso de dióxido de nitrógeno con alto riesgo de explosión. Así, la mezcla de glicerina se añade lentamente al recipiente de reacción que contiene el ácido mixto (no el ácido a la glicerina). El nitrador se enfría con agua fría o alguna otra mezcla refrigerante y se mantiene durante toda la adición de glicerina a aproximadamente 22 °C (72 °F), lo suficientemente caliente para que se produzca la esterificación a un ritmo rápido pero lo suficientemente frío para evitar una reacción descontrolada. El recipiente nitrador, a menudo construido de hierro o plomo y generalmente agitado con aire comprimido , tiene una trampilla de emergencia en su base, que cuelga sobre un gran charco de agua muy fría y en el que se puede verter toda la mezcla de reacción (llamada carga). arrojados para evitar una explosión, un proceso conocido como ahogamiento. Si la temperatura de la carga excede aproximadamente 30 °C (86 °F) (el valor real varía según el país) o se ven vapores marrones en el respiradero del nitrador, entonces se ahoga inmediatamente.
El principal uso de la nitroglicerina, por tonelaje , es en explosivos como la dinamita y en propulsores.
La nitroglicerina es un líquido aceitoso que puede explotar cuando se somete a calor, choque o llamas.
Alfred Nobel desarrolló el uso de la nitroglicerina como explosivo explosivo mezclando nitroglicerina con absorbentes inertes , particularmente " kieselgur ", o tierra de diatomeas . Llamó a este explosivo dinamita y lo patentó en 1867. [27] Se suministraba listo para su uso en forma de barras, envueltas individualmente en papel impermeable engrasado. La dinamita y explosivos similares se adoptaron ampliamente para tareas de ingeniería civil , como la perforación de túneles de carreteras y ferrocarriles , para la minería , para limpiar tierras de cultivo de tocones, en canteras y en trabajos de demolición . Asimismo, los ingenieros militares han utilizado dinamita para trabajos de construcción y demolición.
La nitroglicerina también se utilizó como ingrediente en propulsores militares para armas de fuego .
La nitroglicerina se ha utilizado junto con la fracturación hidráulica , un proceso utilizado para recuperar petróleo y gas de formaciones de esquisto . La técnica implica desplazar y detonar nitroglicerina en sistemas de fracturas naturales o inducidas hidráulicamente, o desplazar y detonar nitroglicerina en fracturas inducidas hidráulicamente seguido de disparos de pozo utilizando TNT granulado . [28]
La nitroglicerina tiene la ventaja sobre otros explosivos potentes de que, al detonar, prácticamente no produce humo visible. Por lo tanto, es útil como ingrediente en la formulación de diversos tipos de polvo sin humo . [29]
Su sensibilidad ha limitado la utilidad de la nitroglicerina como explosivo militar, y explosivos menos sensibles como TNT , RDX y HMX la han reemplazado en gran medida en las municiones. Sigue siendo importante en la ingeniería militar y los ingenieros de combate todavía utilizan dinamita.
Alfred Nobel desarrolló entonces la balistita , combinando nitroglicerina y algodón de pólvora . Lo patentó en 1887. Varios gobiernos europeos adoptaron la balistita como propulsor militar. Italia fue la primera en adoptarlo. En su lugar , el gobierno británico y los gobiernos de la Commonwealth adoptaron la cordita , que había sido desarrollada por Sir Frederick Abel y Sir James Dewar del Reino Unido en 1889. La Cordite Mk I original consistía en 58% de nitroglicerina, 37% de algodón de pólvora y 5,0% de vaselina. . Tanto la balistita como la cordita se fabricaban en forma de "cordones".
Las pólvoras sin humo se desarrollaron originalmente utilizando nitrocelulosa como único ingrediente explosivo. Por ello, se les conocía como propulsores de base única. También se desarrolló una gama de polvos sin humo que contienen nitrocelulosa y nitroglicerina, conocidos como propulsores de doble base. Las pólvoras sin humo se suministraban originalmente sólo para uso militar, pero pronto también se desarrollaron para uso civil y rápidamente se adoptaron para deportes. Algunos se conocen como polvos deportivos. Los propulsores de base triple contienen nitrocelulosa, nitroglicerina y nitroguanidina , pero se reservan principalmente para municiones de calibre extremadamente alto, como las utilizadas en cañones de tanques y artillería naval . La gelatina explosiva, también conocida como gelignita , fue inventada por Nobel en 1875, utilizando nitroglicerina, pulpa de madera y nitrato de sodio o potasio . Este fue uno de los primeros explosivos flexibles, de bajo costo.
La nitroglicerina pertenece a un grupo de medicamentos llamados nitratos, que incluye muchos otros nitratos como el dinitrato de isosorbida (Isordil) y el mononitrato de isosorbida (Imdur, Ismo, Monoket). [30] Todos estos agentes ejercen su efecto al ser convertidos en óxido nítrico en el cuerpo por la aldehído deshidrogenasa mitocondrial ( ALDH2 ), [4] y el óxido nítrico es un potente vasodilatador natural.
En medicina , la nitroglicerina probablemente se prescribe con mayor frecuencia para la angina de pecho , un síntoma doloroso de la cardiopatía isquémica causada por un flujo inadecuado de sangre y oxígeno al corazón y como un potente agente antihipertensivo. La nitroglicerina corrige el desequilibrio entre el flujo de oxígeno y sangre al corazón y la demanda energética del corazón. [30] Hay muchas formulaciones en el mercado en diferentes dosis. En dosis bajas, la nitroglicerina dilata las venas más que las arterias, reduciendo así la precarga (volumen de sangre en el corazón después del llenado); Se cree que este es su principal mecanismo de acción. Al disminuir la precarga, el corazón tiene menos sangre para bombear, lo que disminuye el requerimiento de oxígeno ya que el corazón no tiene que trabajar tan duro. Además, tener una precarga menor reduce la presión transmural ventricular (presión ejercida sobre las paredes del corazón), lo que disminuye la compresión de las arterias del corazón para permitir que fluya más sangre a través del corazón. En dosis más altas, también dilata las arterias, reduciendo así la poscarga (disminuyendo la presión contra la cual debe bombear el corazón). [30] Una mejor relación entre la demanda y el suministro de oxígeno del miocardio conduce a los siguientes efectos terapéuticos durante los episodios de angina de pecho: disminución del dolor en el pecho, disminución de la presión arterial , aumento de la frecuencia cardíaca e hipotensión ortostática . Los pacientes que experimentan angina al realizar determinadas actividades físicas a menudo pueden prevenir los síntomas tomando nitroglicerina de 5 a 10 minutos antes de la actividad. Las sobredosis pueden generar metahemoglobinemia . [31] [32]
La nitroglicerina está disponible en tabletas, ungüentos, soluciones para uso intravenoso , parches transdérmicos o aerosoles administrados por vía sublingual . Algunas formas de nitroglicerina duran mucho más en el cuerpo que otras. La nitroglicerina, así como el inicio y la duración de la acción de cada forma, son diferentes. El aerosol sublingual o en tableta de nitroglicerina tiene un inicio de acción de dos minutos y una duración de acción de veinticinco minutos. La formulación oral de nitroglicerina tiene un inicio de acción de treinta y cinco minutos y una duración de acción de 4 a 8 horas. El parche transdérmico tiene un inicio de acción de treinta minutos y una duración de acción de diez a doce horas. Se ha demostrado que la exposición continua a los nitratos hace que el cuerpo deje de responder normalmente a este medicamento. Los expertos recomiendan retirar los parches por la noche, lo que le da al cuerpo unas horas para recuperar su capacidad de respuesta a los nitratos. Las preparaciones de nitroglicerina de acción más corta se pueden usar varias veces al día con menos riesgo de desarrollar tolerancia. [33] William Murrell utilizó por primera vez la nitroglicerina para tratar los ataques de angina en 1878, y el descubrimiento se publicó ese mismo año. [14] [34]
La exposición poco frecuente a altas dosis de nitroglicerina puede provocar fuertes dolores de cabeza conocidos como "NG head" o "bang head". Estos dolores de cabeza pueden ser lo suficientemente intensos como para incapacitar a algunas personas; sin embargo, los seres humanos desarrollan tolerancia y dependencia de la nitroglicerina después de una exposición prolongada. Aunque es poco común, la abstinencia puede ser fatal. [35] Los síntomas de abstinencia incluyen dolor de pecho y otros problemas cardíacos. Estos síntomas pueden aliviarse volviendo a exponerse a nitroglicerina u otros nitratos orgánicos adecuados. [36]
Para los trabajadores de las instalaciones de fabricación de nitroglicerina (NTG), los efectos de la abstinencia a veces incluyen "ataques cardíacos dominicales" en aquellos que experimentan una exposición regular a la nitroglicerina en el lugar de trabajo, lo que lleva al desarrollo de tolerancia a los efectos venodilantes. Durante el fin de semana, los trabajadores pierden la tolerancia, y cuando se vuelven a exponer el lunes, la drástica vasodilatación produce aceleración del ritmo cardíaco , mareos y dolor de cabeza. Esto se conoce como "enfermedad del lunes". [37] [38]
Las personas pueden exponerse a la nitroglicerina en el lugar de trabajo al inhalarla, absorberla por la piel, tragarla o entrar en contacto con los ojos. La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional ha establecido el límite legal ( límite de exposición permisible ) para la exposición a la nitroglicerina en el lugar de trabajo en 0,2 ppm (2 mg/m 3 ) de exposición cutánea durante una jornada laboral de 8 horas. El Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional ha establecido un límite de exposición recomendado de 0,1 mg/m 3 de exposición de la piel durante una jornada laboral de 8 horas. En niveles de 75 mg/m 3 , la nitroglicerina es inmediatamente peligrosa para la vida y la salud . [39]
