El nitrometano , a veces abreviado simplemente como "nitro", es un compuesto orgánico con la fórmula química CH
3NO
2. Es el compuesto nitro orgánico más simple . Es un líquido polar comúnmente utilizado como disolvente en una variedad de aplicaciones industriales, como en extracciones, como medio de reacción y como disolvente de limpieza. Como intermediario en la síntesis orgánica , se utiliza ampliamente en la fabricación de pesticidas, explosivos, fibras y recubrimientos. [12] El nitrometano se utiliza como aditivo de combustible en diversos deportes de motor y pasatiempos, por ejemplo, carreras de resistencia Top Fuel y motores de combustión interna en miniatura en aviones de radio control , de línea de control y de vuelo libre .
El nitrometano se produce industrialmente combinando propano y ácido nítrico en fase gaseosa a 350–450 °C (662–842 °F). Esta reacción exotérmica produce los cuatro nitroalcanos de importancia industrial: nitrometano, nitroetano , 1-nitropropano y 2-nitropropano . En la reacción intervienen radicales libres, entre ellos los radicales alcoxilo del tipo CH 3 CH 2 CH 2 O, que se originan por homólisis del correspondiente éster de nitrito . Estos radicales alcoxi son susceptibles a reacciones de fragmentación C-C, lo que explica la formación de una mezcla de productos. [12]
Se puede preparar con otros métodos que tengan valor educativo. La reacción del cloroacetato de sodio con nitrito de sodio en solución acuosa produce este compuesto: [13]
El uso principal del nitrometano es como estabilizador de disolventes clorados, que se utilizan en limpieza en seco , procesamiento de semiconductores y desengrasado. También se utiliza con mayor eficacia como disolvente o agente disolvente de monómeros de acrilato , como los cianoacrilatos (más comúnmente conocidos como "superpegamentos"). [12] También se utiliza como combustible en algunas formas de carreras. Puede usarse como explosivo cuando se gelifica con varios porcentajes de agente gelificante. Este tipo de mezcla se llama PLX . Otras mezclas incluyen ANNM y ANNMAl, mezclas explosivas de nitrato de amonio, nitrometano y polvo de aluminio.
Como disolvente orgánico, se considera altamente polar (ε r = 36 a 20 °C y μ = 3,5 Debye), pero es aprótico y posee una basicidad de Lewis muy baja. Por tanto, es un raro ejemplo de disolvente polar que también se coordina débilmente. Esto lo hace útil para disolver especies fuertemente electrófilas y cargadas positivamente. Sin embargo, su acidez relativamente alta y sus propiedades explosivas (ver más abajo) limitan sus aplicaciones.
El nitrometano es un ácido carbónico relativamente ácido . Tiene un pK a de 17,2 en solución de DMSO . Este valor indica un pKa acuoso de aproximadamente 11. [14] Es tan ácido porque el anión admite una estructura de resonancia estabilizadora alternativa:
El ácido se desprotona sólo lentamente. La protonación de la base conjugada O 2 NCH 2 − , que es casi isostérica con el nitrato , ocurre inicialmente en el oxígeno. [15]
En la síntesis orgánica, el nitrometano se emplea como componente básico de un carbono . [16] [17] Su acidez le permite sufrir desprotonación, lo que permite reacciones de condensación análogas a las de los compuestos carbonílicos. Así, bajo catálisis básica, el nitrometano se agrega a los aldehídos en 1,2-adición en la reacción del nitroaldol . Algunos derivados importantes incluyen los pesticidas cloropicrina (Cl 3 CNO 2 ), beta-nitroestireno y tris(hidroximetil)nitrometano ((HOCH 2 ) 3 CNO 2 ). La reducción de este último da tris(hidroximetil)aminometano, (HOCH 2 ) 3 CNH 2 , más conocido como tris , un tampón ampliamente utilizado . En una síntesis orgánica más especializada , el nitrometano sirve como donante de Michael, agregándose a compuestos carbonílicos α,β-insaturados mediante adición 1,4 en la reacción de Michael .
El nitrometano se utiliza como combustible en las carreras de motor, especialmente en las carreras de resistencia , así como en modelos de barcos a motor, automóviles , aviones y helicópteros controlados por radio . En este contexto, el nitrometano se conoce comúnmente como "combustible nitro" o simplemente "nitro", y es el ingrediente principal del combustible utilizado en la categoría " Top Fuel " de las carreras de resistencia.
El contenido de oxígeno del nitrometano le permite arder con mucho menos oxígeno atmosférico que los combustibles convencionales. Durante la combustión de nitrometano, el óxido nítrico (NO) es uno de los principales productos de emisión junto con el CO 2 y el H 2 O. [18] El óxido nítrico contribuye a la contaminación del aire, la lluvia ácida y el agotamiento de la capa de ozono. Estudios recientes (2020) [19] sugieren que la ecuación estequiométrica correcta para la quema de nitrometano es:
La cantidad de aire necesaria para quemar 1 kg (2,2 lb) de gasolina es 14,7 kg (32 lb), pero sólo se necesitan 1,7 kg (3,7 lb) de aire para 1 kg de nitrometano. Dado que el cilindro de un motor sólo puede contener una cantidad limitada de aire en cada carrera, se puede quemar 8,6 veces más nitrometano que gasolina en una sola carrera. El nitrometano, sin embargo, tiene una energía específica más baja: la gasolina proporciona alrededor de 42 a 44 MJ /kg, mientras que el nitrometano proporciona sólo 11,3 MJ/kg. [ cita necesaria ] Este análisis indica que el nitrometano genera aproximadamente 2,3 veces la potencia de la gasolina cuando se combina con una cantidad determinada de oxígeno. [ cita necesaria ]
El nitrometano también se puede utilizar como monopropulsor , es decir, un propulsor que se descompone para liberar energía sin oxígeno añadido. La siguiente ecuación describe este proceso:
El nitrometano tiene una velocidad de combustión laminar de aproximadamente 0,5 m/s, algo superior a la de la gasolina, por lo que es adecuado para motores de alta velocidad. También tiene una temperatura de llama algo más alta de aproximadamente 2400 °C (4350 °F). El alto calor de vaporización de 0,56 MJ/kg junto con el alto flujo de combustible proporciona un enfriamiento significativo de la carga entrante (aproximadamente el doble que el del metanol), lo que resulta en temperaturas razonablemente bajas. [ cita necesaria ]
El nitrometano se utiliza normalmente con mezclas ricas de aire y combustible porque proporciona energía incluso en ausencia de oxígeno atmosférico. Cuando se utilizan mezclas ricas de aire y combustible, el hidrógeno y el monóxido de carbono son dos de los productos de la combustión. Estos gases a menudo se encienden, a veces de manera espectacular, cuando las mezclas normalmente muy ricas del combustible aún ardiendo salen por los puertos de escape. Son necesarias mezclas muy ricas para reducir la temperatura de las partes calientes de la cámara de combustión con el fin de controlar el preencendido y la posterior detonación. Los detalles operativos dependen de la mezcla particular y de las características del motor. [ cita necesaria ]
Una pequeña cantidad de hidracina mezclada con nitrometano puede aumentar aún más la producción de energía. Con el nitrometano, la hidrazina forma una sal explosiva que vuelve a ser un monopropulsor. Esta mezcla inestable representa un grave peligro para la seguridad. La Asociación Nacional de Hot Rod y la Academia de Aeronáutica Modelo no permiten su uso en competiciones. [20]
En el combustible incandescente para modelos de aviones y automóviles , el ingrediente principal es generalmente metanol con algo de nitrometano (del 0% al 65%, pero rara vez más del 30%, y del 10 al 20% de lubricantes (normalmente aceite de ricino y/o aceite sintético )). Incluso cantidades moderadas de nitrometano tienden a aumentar la potencia creada por el motor (ya que el factor limitante suele ser la entrada de aire), lo que hace que el motor sea más fácil de ajustar (ajustarlo para obtener la relación aire/combustible adecuada).
No se sabía que el nitrometano fuera un explosivo potente hasta que un vagón cisterna cargado con él explotó el 1 de junio de 1958 . [21] Después de muchas pruebas [ cita necesaria ] , se dio cuenta de que el nitrometano era un explosivo alto más energético que el TNT [ cita necesaria ] , aunque el TNT tiene una mayor velocidad de detonación (VoD) y brisance [ cita necesaria ] . Ambos explosivos son pobres en oxígeno y se obtienen algunos beneficios al mezclarlos con un oxidante , como el nitrato de amonio . El nitrometano puro es un explosivo insensible con una VoD de aproximadamente 6.400 m/s (21.000 pies/s), pero aun así se pueden utilizar inhibidores para reducir los peligros. Se especuló que la explosión del vagón cisterna [ cita necesaria ] se debió a la compresión adiabática , un peligro común a todos los explosivos líquidos. Esto ocurre cuando las pequeñas burbujas de aire arrastradas se comprimen y se sobrecalientan con rápidos aumentos de presión. Se pensó que un operador cerró rápidamente una válvula creando un aumento de presión de tipo " martillo ". [ cita necesaria ]
Si se mezcla con nitrato de amonio , que se utiliza como oxidante, forma una mezcla explosiva conocida como ANNM .
El nitrometano se utiliza como explosivo modelo, junto con el TNT. Tiene varias ventajas como modelo explosivo sobre el TNT, a saber, su densidad uniforme y la falta de especies sólidas posteriores a la detonación que complican la determinación de la ecuación de estado y cálculos adicionales.
El nitrometano reacciona con soluciones de hidróxido o metóxido de sodio en alcohol para producir una sal insoluble de nitrometano. Esta sustancia es un explosivo sensible que se convierte en nitrometano en condiciones ácidas y se descompone en agua para formar otro compuesto explosivo, el metazonato de sodio, que tiene un color marrón rojizo:
La reacción del nitrometano con hidróxido de sodio sólido es hipergólica .
Los gases de escape de un motor de combustión interna cuyo combustible incluye nitrometano contendrán vapor de ácido nítrico , que es corrosivo y, cuando se inhala, provoca una reacción muscular que imposibilita la respiración. El residuo a base de ácido nítrico condensado que queda en un motor modelo alimentado con combustible incandescente después de una sesión de vuelo modelo también puede corroer sus componentes internos, lo que generalmente exige el uso de una combinación de queroseno para neutralizar el ácido nítrico residual y un "después del funcionamiento". "aceite" (a menudo la variedad de aceite conservante popular "aceite para herramientas neumáticas" de menor viscosidad ) para lubricación y protección contra tales daños, cuando dicho motor se almacena.
El nitrometano es un disolvente popular en química orgánica y electroanalítica. Puede purificarse enfriándolo por debajo de su punto de congelación, lavando el sólido con éter dietílico frío y luego destilándolo. [22]
{{cite book}}: Mantenimiento CS1: DOI inactivo a partir de abril de 2024 ( enlace )