Bis-oksadiazol - ekološki eksploziv

Eksploziv treba biti štetan - ali ne za bilo koga i bilo kada. U novije doba misli se i na zaštitu okoliša, pa je tako nastala potpuno nova eksplozivna tvar - bis-oksadiazol

Nenad Raos petak, 6. srpnja 2018. u 06:00

Dva najvažnija parametra koja karakteriziraju eksploziv jesu brzina i tlak detonacije. Prvi parametar, detonacijska brzina, govori o brzini širenja eksplozivnog vala, drugi pak parametar, detonacijski tlak, o tlaku koji se pri tome stvara. Sve do 19. stoljeća nije se znalo za ništa bolje od crnog baruta, a to je smjesa drvenog ugljena, sumpora i salitre (kalijeva nitrata). Njegov se udarni val, recimo iz puške kremenjače, širi brizinom od 400 m/s, dakle nešto većom brzinom od brzine zvuka. Pri tome se postiže tlak od 281 MPa (megapaskala) ili, ako vam je draže tako pisati,  0,281 GPa (gigapaskala).

No vratimo se našem vremenu. Eksploziv koji vojska od Drugog svjetskog rata naovamo najviše upotrebljava je trotil, popularni TNT (trinitrotoluol, trinitrotoluen ili, najpreciznije, 1,3,5-trinitrotoluen) desetak je puta jači od crnog baruta: detonacijska mu je brzina 6.940 m/s, a detonacijski tlak 18,9 GPa. Ali to nije sve. TNT se tali na 80 oC, pa se ne mora, poput baruta sipati, nego se može lijevati u granate - poput voska. Usto se ne pali lako, tek pri temperaturi od 300 oC  ili nakon udarca čekićem od dva kilograma pri padu s visine od 65 cm (standarna metoda za određivanje otpornosti eksploziva na udarac). Stoga se bomba ili topovska granata neće upaliti bez upaljača, čak i kad padne iz aviona ili kad top pogodi metu. Sve to govori kako velika detonacijska brzina i visok detonacijski tlak nisu jedino što se očekuje od dobrog eksploziva.

Uz sve navedene vrline koje se očekuju od eksploziva nedavno se pojavila još jedna: on treba i biti i „ekologičan“, što manje štetan za okoliš. I evo ga: zove se bis-oksadiazol, ili – punim imenom – bis(1,2,4-oksadiazol)bis(metilen) dinitrat.  Molekularna mu je formula C6H4N6O8, a ona mi je, kao kemičaru, odmah rekla kako je riječ o eksplozivu jačem od TNT-a, C7H5N3O6.  Najjednostavnije rečeno, što molekula atoma ima više dušikovih i kisikovih atoma i što su ti atomi bliži jedan drugome, eksploziv će biti jači. I doista jest: bis-okadiazol ima detonacijsku brzinu 8.180 m/s i  detonacijski tlak 19,4 GPa – što znači da je oko 1,5 puta jači od trotila. Napravili su ga američki kemičari iz dvaju laboratorija, Los Alamos National Laboratory i Army Research Laboratory, te su njegova svojstva objavili ove godine u šestom broju časopisa Organic Process Research and Development (no sama je tvar sintetizirana još 2016. godine).

TNT se jednostavno proizvodi – nitriranjem toluena. Treba dakle taj aromatski ugljikovodik, toluen (metilbenzen) pomiješati sa smjesom za nitriranje, smjesom koncentrirane (95 %-tne) sumporne i dimeće dušične kiseline (dušična kiselina bez vode u kojoj su otopljeni dušikovi oksidi), a potom sve to grijati na 110 oC – i evo eksploziva.  (Nemojte to raditi kod kuće!) No tu je zamka. Nitriranje je vrlo štetno za okoliš, ako zbog ničega drugog a  ono zbog dušikovih oksida koji se pri tome oslobađaju. Stoga ga tehnolozi u doba „zelene kemije“ (green chemistry) nastoje zamijeniti nečim drugim. „Ima nešto što se zove crvena voda, što je vrsta vode koja ostaje nakon nitriranja TNT“, rekao je za časopis Popular Mechanics David E. Chavez, jedan od kemičara zaslužan za otkriće novog eksploziva (a ja ga odmah ispravljam jer nije „voda“ nego „vodena otopina“, a ne nitrira se TNT nego toluen). „Kada se pak TNT izdvaja, ispire se s mnogo vode, a ta se voda zove ljubičasta voda, koja također utječe na okoliš.“ Sve u svemu, „poprilično je otpada koji se stvara pri proizvodnji TNT.“

Sad će čitatelj reći: imamo novi eksploziv – jači od TNT. No tek smo na početku priče. Kemičari su naime sintetizirali samo 25 grama novog eksploziva, bis-oksadiazola. Trebat će ga proizvesti barem nekoliko kilograma da bi mogao proći sve testove, između ostalog i one toksikološke. A za to će trebati pričekati pet do deset godina. Tek tada ćemo vidjeti imamo li doista novi eko-eksploziv ili nemamo.

Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951. godine, je kemičar, umirovljeni znanstveni savjetnik u trajnome zvanju. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti: napisao je na stotine znanstveno-popularnih članaka, sedam je godina bio glavni urednik Prirode, a sada je urednik rubrike „Kemija u nastavi“ u časopisu Kemija u industriji. Autor je sedam izložbi u Tehničkom muzeju Nikola Tesla u Zagrebu te 13 znanstveno-popularnih knjiga. Posljednja knjiga, s temom postanka života na Zemlji, napisana je na engleskom jeziku (The Cookbook of Life – New Theories on the Origin of Life).