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RDX

El RDX (abreviatura de « Research Department eXplosive » o «Royal Demolition eXplosive ») o hexógeno , [ 4] entre otros nombres, es un compuesto orgánico con la fórmula ( CH2N2O2 ) 3 . Es blanco, inodoro e insípido, ampliamente utilizado como explosivo . [5] Químicamente, se clasifica como una nitroamina junto con el HMX , que es un explosivo más energético que el TNT . Se utilizó ampliamente en la Segunda Guerra Mundial y sigue siendo común en aplicaciones militares .

El RDX se utiliza a menudo en mezclas con otros explosivos y plastificantes o flegmatizantes (desensibilizadores); es el agente explosivo del explosivo plástico C-4 y un ingrediente clave del Semtex . Es estable en almacenamiento y se considera uno de los explosivos militares de mayor potencia y más enérgicos , [2] con un factor de eficacia relativa de 1,60.

Nombre

El RDX también se conoce con menos frecuencia como ciclonita , hexógeno (particularmente en los idiomas con influencia rusa, francesa y alemana), T4 y, químicamente, como ciclotrimetileno trinitramina . [6] En la década de 1930, el Royal Arsenal , Woolwich , comenzó a investigar la ciclonita para usarla contra los submarinos alemanes que se estaban construyendo con cascos más gruesos. El objetivo era desarrollar un explosivo más energético que el TNT . Por razones de seguridad, Gran Bretaña denominó a la ciclonita "Explosivo del Departamento de Investigación" (RDX). [7] El término RDX apareció en los Estados Unidos en 1946. [8] La primera referencia pública en el Reino Unido al nombre RDX , o RDX , para usar el título oficial, apareció en 1948; sus autores fueron el químico gerente, ROF Bridgwater , el departamento de investigación y desarrollo químico, Woolwich, y el director de Royal Ordnance Factories , Explosives. [9]

Uso

Los armeros se preparan para cargar bombas de capacidad media de 450 kg (1000 lb) en el compartimento de bombas de un Avro Lancaster B Mark III del Escuadrón n.º 106 de la RAF en la base de la RAF de Metheringham antes de un importante ataque nocturno a Frankfurt . Las letras estampadas alrededor de la circunferencia de cada bomba dicen "RDX/TNT".

El RDX se utilizó ampliamente durante la Segunda Guerra Mundial , a menudo en mezclas explosivas con TNT como Torpex , Composición B , Ciclotol y H6. El RDX se utilizó en uno de los primeros explosivos plásticos . Las cargas de profundidad de las bombas rebotantes utilizadas en el " Dambusters Raid " contenían cada una 6600 libras (3000 kg) de Torpex; [10] Las bombas Tallboy y Grand Slam diseñadas por Barnes Wallis también usaban Torpex.

Se cree que el RDX se ha utilizado en numerosos complots con bombas, incluidos complots terroristas .

RDX es la base de varios explosivos militares comunes:

Fuera de las aplicaciones militares, el RDX también se utiliza en demoliciones controladas para demoler estructuras. [20] La demolición del puente Jamestown en el estado de Rhode Island, EE. UU., fue un caso en el que se utilizaron cargas moldeadas de RDX para eliminar el puente. [21]

Síntesis

Los químicos clasifican el RDX como un derivado de la hexahidro-1,3,5-triazina . En el laboratorio (las rutas industriales se describen por separado a continuación) se obtiene tratando la hexamina con ácido nítrico fumante blanco . [22]

Esta reacción de nitrolisis también produce dinitrato de metileno, nitrato de amonio y agua como subproductos. La reacción general es: [22]

C6H12N4 + 10HNO3 → C3H6N6O6 + 3CH2 ( ONO2 ) 2 + NH4NO3 + 3H2O​​​​​​​​​​​​​​

El agente de nitración barato convencional , llamado "ácido mixto", no se puede utilizar para la síntesis de RDX porque el ácido sulfúrico concentrado utilizado convencionalmente para estimular la formación de iones nitronio descompone la hexamina en formaldehído y amoníaco.

Las síntesis modernas emplean triaciltriacina hexahidro ya que evita la formación de HMX. [23]

Historia

El RDX fue utilizado por ambos bandos en la Segunda Guerra Mundial . Estados Unidos produjo unas 15.000 toneladas largas (15.000 t) al mes durante la Segunda Guerra Mundial y Alemania unas 7.100 toneladas (7.000 toneladas largas) al mes. [24] El RDX tenía la gran ventaja de poseer una mayor fuerza explosiva que el TNT y no requería materias primas adicionales para su fabricación. Por ello, también fue ampliamente utilizado en la Primera Guerra Mundial [24]

Alemania

El RDX fue reportado en 1898 por Georg Friedrich Henning (1863-1945), quien obtuvo una patente alemana [25] para su fabricación por nitrólisis de hexamina ( hexametilentetramina ) con ácido nítrico concentrado. [26] En esta patente, solo se mencionaron las propiedades médicas del RDX. [26]

Durante la Primera Guerra Mundial , Heinrich Brunswig (1865-1946) en el laboratorio militar-industrial privado Zentralstelle für wissenschaftlich-technische Untersuchungen  [de] (Centro de Investigación Científica y Técnica) en Neubabelsberg estudió el compuesto más de cerca y en junio de 1916 presentó dos solicitudes de patente, una para su uso en propelentes sin humo [27] y otra para su uso como explosivo, destacando sus excelentes características. [28] [29] El ejército alemán no había considerado su adopción durante la guerra debido al costo de producción [30] pero comenzó a investigar su uso en 1920, refiriéndose a él como hexógeno. [31]

Los resultados de las investigaciones y el desarrollo no se publicaron hasta que Edmund von Herz, [32] descrito como ciudadano austriaco y posteriormente alemán, redescubrió las propiedades explosivas del RDX [30] y solicitó una patente austriaca en 1919, obteniendo una británica en 1921 [33] y una estadounidense en 1922. [34] Todas las patentes describían la síntesis del compuesto mediante la nitración de la hexametilentetramina . [33] [34] Las reivindicaciones de la patente británica incluían la fabricación de RDX mediante nitración, su uso con o sin otros explosivos, su uso como carga explosiva y como iniciador. [33] La reivindicación de la patente estadounidense era para el uso de un dispositivo explosivo hueco que contenía RDX y una tapa detonadora que lo contenía. [34] Herz también fue el primero en identificar la naturaleza cíclica de la molécula. [30]

En la década de 1930, Alemania desarrolló métodos de producción mejorados. [31]

Durante la Segunda Guerra Mundial, Alemania utilizó los nombres en código W Salt, SH Salt, K-method, E-method y KA-method. Estos nombres representaban las identidades de los desarrolladores de las diversas rutas químicas para RDX. El método W fue desarrollado por Wolfram en 1934 y le dio al RDX el nombre en código "W-Salz". Utilizaba ácido sulfámico , formaldehído y ácido nítrico. [35] SH-Salz (SH salt) fue de Schnurr, quien desarrolló un proceso por lotes en 1937-38 basado en la nitrólisis de hexamina. [36] El método K, de Knöffler, implicaba la adición de nitrato de amonio al proceso de hexamina/ácido nítrico. [37] El método E, desarrollado por Ebele, resultó ser idéntico al proceso de Ross y Schiessler descrito a continuación. [38] El método KA, también desarrollado por Knöffler, resultó ser idéntico al proceso de Bachmann descrito a continuación. [39]

Los proyectiles explosivos disparados por el cañón MK 108 y la ojiva del cohete R4M , ambos utilizados en aviones de combate de la Luftwaffe como armamento ofensivo, utilizaban hexógeno como base explosiva. [40]

Reino Unido

En el Reino Unido (RU), el RDX fue fabricado a partir de 1933 por el departamento de investigación en una planta piloto en el Royal Arsenal en Woolwich, Londres , y una planta piloto más grande se construyó en la RGPF Waltham Abbey en las afueras de Londres en 1939. [41] [42] En 1939, se diseñó una planta a escala industrial de dos unidades para ser instalada en un nuevo sitio de 700 acres (280 ha), ROF Bridgwater , lejos de Londres y la producción de RDX comenzó en Bridgwater en una unidad en agosto de 1941. [41] [43] La planta ROF Bridgwater trajo amoníaco y metanol como materias primas: el metanol se convirtió en formaldehído y parte del amoníaco se convirtió en ácido nítrico, que se concentró para la producción de RDX. [9] El resto del amoníaco se hizo reaccionar con formaldehído para producir hexamina. La planta de hexamina fue suministrada por Imperial Chemical Industries . Incorporaba algunas características basadas en datos obtenidos de los Estados Unidos (EE. UU.). [9] El RDX se producía añadiendo continuamente hexamina y ácido nítrico concentrado a una mezcla enfriada de hexamina y ácido nítrico en el nitrador. [9] El RDX se purificaba y procesaba para su uso previsto; también se llevó a cabo la recuperación y reutilización de algo de metanol y ácido nítrico. [9] Las plantas de nitración de hexamina y purificación de RDX se duplicaron (es decir, unidad doble) para proporcionar algún seguro contra la pérdida de producción debido a incendios, explosiones o ataques aéreos. [41]

El Reino Unido y el Imperio Británico lucharon sin aliados contra la Alemania nazi hasta mediados de 1941 y tuvieron que ser autosuficientes . En ese momento (1941), el Reino Unido tenía la capacidad de producir 70 toneladas largas (71 t) (160.000 lb) de RDX por semana; tanto Canadá , un país aliado y dominio autónomo dentro del Imperio Británico, como los EE. UU. eran considerados para suministrar municiones y explosivos, incluido el RDX. [44] Para 1942, se pronosticó que el requerimiento anual de la Royal Air Force sería de 52.000 toneladas largas (53.000 t) de RDX, gran parte de las cuales provenían de América del Norte (Canadá y los EE. UU.). [43]

Canadá

En Canadá, posiblemente en el departamento de química de la Universidad McGill , se descubrió y utilizó un método de producción diferente al proceso Woolwich . Este se basaba en la reacción de paraformaldehído y nitrato de amonio en anhídrido acético . [45] Robert Walter Schiessler (Universidad Estatal de Pensilvania) y James Hamilton Ross (McGill, Canadá) presentaron una solicitud de patente en el Reino Unido en mayo de 1942; la patente del Reino Unido se concedió en diciembre de 1947. [46] Gilman afirma que Ebele había descubierto el mismo método de producción de forma independiente en Alemania antes que Schiessler y Ross, pero que los aliados no lo sabían. [26] [45] Urbański proporciona detalles de cinco métodos de producción, y se refiere a este método como el método E (alemán). [38]

Producción y desarrollo en Reino Unido, Estados Unidos y Canadá

A principios de la década de 1940, los principales fabricantes de explosivos estadounidenses, EI du Pont de Nemours & Company y Hercules , tenían varias décadas de experiencia en la fabricación de trinitrotolueno (TNT) y no deseaban experimentar con nuevos explosivos. La artillería del ejército estadounidense mantenía el mismo punto de vista y quería seguir utilizando TNT. [47] El RDX había sido probado por el Arsenal Picatinny en 1929, y se consideró demasiado caro y demasiado sensible. [44] La Armada propuso seguir utilizando picrato de amonio . [47] Por el contrario, el Comité de Investigación de Defensa Nacional (NDRC), que había visitado el Arsenal Real de Woolwich, pensó que eran necesarios nuevos explosivos. [47] James B. Conant , presidente de la División B, deseaba involucrar la investigación académica en esta área. Por lo tanto, Conant estableció un laboratorio de investigación de explosivos experimentales en la Oficina de Minas , Bruceton, Pensilvania , utilizando fondos de la Oficina de Investigación y Desarrollo Científico (OSRD). [44]

Método Woolwich

En 1941, la Misión Tizard del Reino Unido visitó los departamentos del Ejército y la Marina de los EE. UU. y parte de la información entregada incluía detalles del método "Woolwich" de fabricación de RDX y su estabilización mezclándolo con cera de abejas . [44] El Reino Unido solicitaba que los EE. UU. y Canadá, combinados, suministraran 220 toneladas cortas (200 t) (440 000 lb) de RDX por día. [44] William HP Blandy , jefe de la Oficina de Artillería , tomó la decisión de adoptar el RDX para su uso en minas y torpedos . [44] Dada la necesidad inmediata de RDX, la Artillería del Ejército de los EE. UU., a pedido de Blandy, construyó una planta que copiaba el equipo y el proceso utilizados en Woolwich. El resultado fue la Wabash River Ordnance Works dirigida por EI du Pont de Nemours & Company. [48] ​​En ese momento, esta fábrica tenía la planta de ácido nítrico más grande del mundo. [44] El proceso Woolwich era costoso: necesitaba 11 libras (5,0 kg) de ácido nítrico fuerte por cada libra de RDX. [49]

A principios de 1941, el NDRC estaba investigando nuevos procesos. [49] El proceso Woolwich o nitración directa tiene al menos dos desventajas graves: (1) utiliza grandes cantidades de ácido nítrico y (2) se pierde al menos la mitad del formaldehído. Un mol de hexametilentetramina podría producir como máximo un mol de RDX. [50] Se instruyó a al menos tres laboratorios sin experiencia previa en explosivos para desarrollar mejores métodos de producción de RDX; estaban ubicados en las universidades de Cornell , Michigan y Pennsylvania State . [44] [a] Werner Emmanuel Bachmann , de Michigan, desarrolló con éxito el "proceso de combinación" combinando el proceso de Ross y Schiessler utilizado en Canadá (también conocido como el método E alemán) con la nitración directa. [39] [44] El proceso de combinación requería grandes cantidades de anhídrido acético en lugar de ácido nítrico en el antiguo "proceso Woolwich" británico. Idealmente, el proceso de combinación podría producir dos moles de RDX por cada mol de hexametilentetramina. [50]

La producción ampliada de RDX no podía seguir dependiendo del uso de cera de abejas natural para desensibilizar el explosivo como en la composición británica original (RDX/BWK-91/9). Se desarrolló un estabilizador sustituto basado en petróleo en el Laboratorio de Investigación de Explosivos de Bruceton en Pensilvania, y el explosivo resultante se denominó Composición A-3. [44] [51]

Proceso de Bachmann

El Comité Nacional de Investigación de Defensa (NDRC) encargó a tres empresas que desarrollaran plantas piloto. Se trataba de Western Cartridge Company, EI du Pont de Nemours & Company y Tennessee Eastman Company , parte de Eastman Kodak. [44] En Eastman Chemical Company (TEC), un fabricante líder de anhídrido acético, Werner Emmanuel Bachmann desarrolló un proceso de flujo continuo para RDX utilizando una mezcla de nitrato de amonio/ácido nítrico como agente nitrante en un medio de ácido acético y anhídrido acético. El RDX era crucial para el esfuerzo bélico y el proceso de producción por lotes actual era demasiado lento. En febrero de 1942, TEC comenzó a producir pequeñas cantidades de RDX en su planta piloto de Wexler Bend, lo que llevó a que el gobierno de los EE. UU. autorizara a TEC a diseñar y construir Holston Ordnance Works (HOW) en junio de 1942. En abril de 1943, el RDX se estaba fabricando allí. [52] A finales de 1944, la planta de Holston y la Wabash River Ordnance Works , que utilizaban el proceso Woolwich, producían 25.000 toneladas cortas (23.000 t) (50 millones de libras) de Composición B por mes. [53]

El proceso Bachmann produce tanto RDX como HMX , y el producto principal está determinado por las condiciones de reacción específicas. [54]

Composiciones militares

La intención del Reino Unido en la Segunda Guerra Mundial era utilizar RDX "desensibilizado". En el proceso Woolwich original, el RDX se flegmatizaba con cera de abejas, pero más tarde se utilizó cera de parafina , basándose en el trabajo realizado en Bruceton. En caso de que el Reino Unido no pudiera obtener suficiente RDX para satisfacer sus necesidades, parte del déficit se cubrió sustituyéndolo por amatol , una mezcla de nitrato de amonio y TNT. [43]

Se dice que Karl Dönitz afirmó que "un avión no puede matar a un submarino, al igual que un cuervo no puede matar a un topo ". [55] Sin embargo, en mayo de 1942, los bombarderos Wellington comenzaron a desplegar cargas de profundidad que contenían Torpex , una mezcla de RDX, TNT y aluminio, que tenía hasta un 50 por ciento más de poder destructivo que las cargas de profundidad llenas de TNT. [55] Se produjeron cantidades considerables de la mezcla de RDX y TNT en Holston Ordnance Works, y Tennessee Eastman desarrolló un proceso automatizado de mezcla y enfriamiento basado en el uso de cintas transportadoras de acero inoxidable . [56]

Terrorismo

Una bomba Semtex fue utilizada en el atentado del vuelo 103 de Pan Am (conocido también como Lockerbie) en 1988. [57] Un cinturón cargado con 700 g (1,5 lb) de explosivos RDX escondido debajo del vestido del asesino fue utilizado en el asesinato del ex primer ministro indio Rajiv Gandhi en 1991. [58] Los atentados de Bombay de 1993 utilizaron RDX colocado en varios vehículos como bombas. El RDX fue el componente principal utilizado para los atentados con bombas en los trenes de Bombay de 2006 y los atentados con bombas en Jaipur en 2008. [59] [60] También se cree que es el explosivo utilizado en los atentados con bombas en el metro de Moscú de 2010. [ 61]

Se encontraron rastros de RDX en piezas de escombros de los atentados con bombas en apartamentos rusos de 1999 [62] [63] y de los atentados con bombas en aviones rusos de 2004. [64] Los informes del FSB sobre las bombas utilizadas en los atentados con bombas en apartamentos de 1999 indicaron que, si bien el RDX no era parte de la carga principal, cada bomba contenía explosivo plástico utilizado como carga de refuerzo . [65] [66]

Ahmed Ressam , el terrorista del milenio de Al Qaeda , utilizó una pequeña cantidad de RDX como uno de los componentes de la bomba que preparó para detonar en el Aeropuerto Internacional de Los Ángeles en la víspera de Año Nuevo de 1999-2000; la bomba podría haber producido una explosión cuarenta veces mayor que la de un devastador coche bomba . [67] [68]

En julio de 2012, el gobierno keniano arrestó a dos ciudadanos iraníes y los acusó de posesión ilegal de 15 kilogramos (33 libras) de RDX. Según la policía keniana , los iraníes planeaban utilizar el RDX para "ataques contra objetivos israelíes, estadounidenses, británicos y saudíes". [69]

El RDX se utilizó en el asesinato del Primer Ministro libanés Rafic Hariri el 14 de febrero de 2005. [70]

En el ataque de Pulwama de 2019 en la India, Jaish-e-Mohammed utilizó 250 kg de RDX de alto grado . El ataque provocó la muerte de 44 miembros de la Fuerza de Policía de Reserva Central (CRPF), así como del atacante. [71]

Dos cartas bomba enviadas a periodistas en Ecuador estaban camufladas como memorias USB que contenían RDX que detonarían al enchufarse. [72]

Estabilidad

El RDX tiene un alto contenido de nitrógeno y una alta relación oxígeno-carbono (relación O:C), ambos indicadores de su potencial explosivo para la formación de N 2 y CO 2 .

El RDX sufre una transición de deflagración a detonación (DDT) en confinamiento y en determinadas circunstancias. [73]

La velocidad de detonación del RDX a una densidad de 1,80 g/cm 3 es de 8750 m/s. [74]

Comienza a descomponerse aproximadamente a 170 °C y se funde a 204 °C. A temperatura ambiente , es muy estable. Arde en lugar de explotar. Detona solo con un detonador , y no le afecta ni siquiera el fuego de armas pequeñas . Esta propiedad lo convierte en un explosivo militar útil. Es menos sensible que el tetranitrato de pentaeritritol ( PETN ). En condiciones normales, el RDX tiene un factor de insensibilidad de exactamente 80 (RDX define el punto de referencia). [75]

El RDX sublima en el vacío , lo que restringe o impide su uso en algunas aplicaciones. [76]

El RDX, cuando explota en el aire, tiene aproximadamente 1,5 veces la energía explosiva del TNT por unidad de peso y aproximadamente 2,0 veces por unidad de volumen. [56] [77]

El RDX es insoluble en agua, con una solubilidad de 0,05975 g/L a una temperatura de 25 °C. [78]

Toxicidad

La toxicidad de esta sustancia se ha estudiado durante muchos años. [79] El RDX ha provocado convulsiones en personal militar que lo ha ingerido y en trabajadores de municiones que han inhalado su polvo durante su fabricación. Al menos una muerte se atribuyó a la toxicidad del RDX en una planta de fabricación de municiones europea. [80]

Durante la Guerra de Vietnam , al menos 40 soldados estadounidenses fueron hospitalizados por intoxicación con C-4 (que es 91% RDX) desde diciembre de 1968 hasta diciembre de 1969. Los soldados usaban frecuentemente C-4 como combustible para calentar alimentos, y los alimentos generalmente se mezclaban con el mismo cuchillo que se usaba para cortar C-4 en trozos pequeños antes de quemarlos. Los soldados estuvieron expuestos al C-4 ya sea por inhalación de los vapores o por ingestión, lo que fue posible gracias a que muchas partículas pequeñas adheridas al cuchillo se habían depositado en la comida cocinada. El complejo de síntomas incluía náuseas, vómitos, convulsiones generalizadas y confusión postictal prolongada y amnesia; lo que indicaba encefalopatía tóxica . [81]

La toxicidad oral del RDX depende de su forma física; en ratas, se encontró que la DL50 era de 100 mg/kg para el RDX en polvo fino y de 300 mg/kg para el RDX granulado grueso. [80] Se ha informado de un caso de un niño humano hospitalizado por estado epiléptico tras la ingestión de una dosis de 84,82 mg/kg de RDX (o 1,23 g para el peso corporal del paciente de 14,5 kg) en forma de "explosivo plástico". [82]

La sustancia tiene una toxicidad baja a moderada con una posible clasificación de carcinógeno humano . [83] [84] [85] Sin embargo, se están realizando más investigaciones y esta clasificación puede ser revisada por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA). [86] [87] La ​​remediación de los suministros de agua contaminados con RDX ha demostrado ser exitosa. [88] Se sabe que es una toxina renal en humanos y altamente tóxica para las lombrices de tierra y las plantas, por lo que los campos de pruebas del ejército donde se usó mucho RDX pueden necesitar someterse a una remediación ambiental. [89] La investigación publicada a fines de 2017 ha generado inquietudes que indican que los funcionarios estadounidenses no han abordado correctamente el problema. [90]

Uso civil

El RDX se ha utilizado como raticida debido a su toxicidad. [91]

Biodegradación

El RDX es degradado por los organismos presentes en los lodos de depuradora , así como por el hongo Phanaerocheate chrysosporium . [92] Tanto las plantas silvestres como las transgénicas pueden fitorremediar los explosivos del suelo y el agua. [93] [94]

Alternativas

Se considera que FOX-7 es un reemplazo aproximadamente 1 a 1 para RDX en casi todas las aplicaciones. [95] [96]

Véase también

Notas

  1. ^ Estos no fueron los únicos laboratorios que trabajaron con RDX: el relato de Gilman de 1953 sobre el método de Ross-Schiessler se basó en trabajos inéditos de laboratorios de las Universidades de Michigan, Pensilvania, Cornell, Harvard, Vanderbilt, McGill (Canadá), Bristol (Reino Unido), Sheffield (Reino Unido), Pennsylvania State College y el departamento de investigación del Reino Unido.

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Bibliografía

Lectura adicional

Enlaces externos

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