Tetranitrato de pentaeritritol

Tetranitrato de pentaeritritol (PETN), también conocido como PENT, PENTA, (ПЕНТА< /b>, principalmente en ruso) TEN, corpent o penthrite (o, rara vez y principalmente en alemán, como nitropenta< /b>), es un material explosivo. Es el éster de nitrato del pentaeritritol y es estructuralmente muy similar a la nitroglicerina. Penta se refiere a los cinco átomos de carbono del esqueleto de neopentano. El PETN es un material explosivo muy potente con un factor de efectividad relativo de 1,66. Cuando se mezcla con un plastificante, el PETN forma un explosivo plástico. Junto con RDX, es el ingrediente principal de Semtex.

PETN también se usa como fármaco vasodilatador para tratar ciertas afecciones cardíacas, como el control de la angina.

Historia

El tetranitrato de pentaeritritol fue preparado y patentado por primera vez en 1894 por el fabricante de explosivos Rheinisch-Westfälische Sprengstoff A.G. de Colonia, Alemania. La producción de PETN comenzó en 1912, cuando el gobierno alemán patentó el método mejorado de producción. PETN fue utilizado por el ejército alemán en la Primera Guerra Mundial. También se usó en los cañones automáticos MG FF/M y muchos otros sistemas de armas de la Luftwaffe en la Segunda Guerra Mundial, específicamente en el proyectil Mine de alto explosivo.

Propiedades

PETN es prácticamente insoluble en agua (0,01 g/100 ml a 50 °C), débilmente soluble en solventes no polares comunes como hidrocarburos alifáticos (como la gasolina) o tetraclorometano, pero soluble en algunos otros solventes orgánicos, particularmente en acetona (aproximadamente 15 g/100 g de la solución a 20 °C, 55 g/100 g a 60 °C) y dimetilformamida (40 g/100 g de la solución a 40 °C, 70 g/100 g a 70 °C). El PETN forma mezclas eutécticas con algunos compuestos nitro aromáticos líquidos o fundidos, p. ej. trinitrotolueno (TNT) o tetrilo. Debido al impedimento estérico del resto similar al neopentilo adyacente, el PETN es resistente al ataque de muchos reactivos químicos; no se hidroliza en agua a temperatura ambiente o en soluciones acuosas alcalinas más débiles. El agua a 100 °C o más provoca la hidrólisis de dinitrato; la presencia de ácido nítrico al 0,1% acelera la reacción.

La estabilidad química de PETN es de interés debido a la presencia de PETN en armas envejecidas. Se ha publicado una reseña. La radiación de neutrones degrada el PETN y produce dióxido de carbono y algo de dinitrato y trinitrato de pentaeritritol. La radiación gamma aumenta la sensibilidad a la descomposición térmica del PETN, reduce el punto de fusión unos pocos grados centígrados y provoca el hinchamiento de las muestras. Al igual que otros ésteres de nitrato, el principal mecanismo de degradación es la pérdida de dióxido de nitrógeno; esta reacción es autocatalítica. Se realizaron estudios sobre la descomposición térmica de PETN.

En el medio ambiente, el PETN sufre biodegradación. Algunas bacterias denitran PETN a trinitrato y luego a dinitrato, que luego se degrada aún más. PETN tiene baja volatilidad y baja solubilidad en agua, y por lo tanto tiene baja biodisponibilidad para la mayoría de los organismos. Su toxicidad es relativamente baja y su absorción transdérmica también parece ser baja. Representa una amenaza para los organismos acuáticos. Puede ser degradado a pentaeritritol por hierro.

Producción

La producción se realiza mediante la reacción del pentaeritritol con ácido nítrico concentrado para formar un precipitado que se puede recristalizar en acetona para dar cristales procesables.

Las variaciones de un método publicado por primera vez en la patente estadounidense 2.370.437 por Acken y Vyverberg (1945 para Du Pont) forman la base de toda la producción comercial actual.

Numerosos fabricantes fabrican PETN en forma de polvo o junto con nitrocelulosa y plastificante en forma de láminas plastificadas delgadas (p. ej., Primasheet 1000 o Detasheet). Los residuos de PETN son fácilmente detectables en el cabello de las personas que lo manipulan. La mayor retención de residuos se encuentra en el cabello negro; quedan algunos residuos incluso después del lavado.

Uso de explosivos

Pentaerythritol tetranitrate antes de la cristalización de acetone

El uso más común del PETN es como explosivo de alta luminosidad. Es más difícil de detonar que los explosivos primarios, por lo que dejarlo caer o encenderlo normalmente no causará una explosión (a presión atmosférica es difícil de encender y se quema con relativa lentitud), pero es más sensible a los golpes y la fricción que otros explosivos secundarios como TNT o tetrilo. Bajo ciertas condiciones puede ocurrir una transición de deflagración a detonación.

Rara vez se usa solo, pero se usa principalmente en cargas de refuerzo y explosivas de munición de pequeño calibre, en cargas superiores de detonadores en algunas minas terrestres y proyectiles, y como núcleo explosivo del cordón de detonación. PETN es el menos estable de los explosivos militares comunes, pero se puede almacenar sin un deterioro significativo durante más tiempo que la nitroglicerina o la nitrocelulosa.

Durante la Segunda Guerra Mundial, el PETN se utilizó principalmente en los detonadores de alambre puente explosivo para las bombas atómicas. Estos detonadores de alambre de puente explosivo dieron una detonación más precisa, en comparación con primacord. Se usó PETN para estos detonadores porque era más seguro que los explosivos primarios como la azida de plomo: aunque era sensible, no detonaría por debajo de un umbral de energía. Los cables de puente explosivos que contienen PETN siguen utilizándose en las armas nucleares actuales. En los detonadores de chispa, se utiliza PETN para evitar la necesidad de explosivos primarios; la energía necesaria para una iniciación directa exitosa de PETN por una chispa eléctrica oscila entre 10 y 60 mJ.

Sus características básicas de explosión son:

• Energía de explosión: 5810 kJ/kg (1390 kcal/kg), por lo que 1 kg de PETN tiene la energía de 1,24 kg TNT.
• Velocidad de detonación: 8350 m/s (1,73 g/cm)³), 7910 m/s (1,62 g/cm)³), 7420 m/s (1.5 g/cm³), 8500 m/s (presionado en un tubo de acero)
• Volumen de gases producidos: 790 dm³/kg (otro valor: 768 dm³/kg)
• Temperatura de explosión: 4230 °C
• Saldo de oxígeno: −6.31 átomo -g/kg
• Punto de fusión: 141.3 °C (pura), 140–141 °C (técnica)
• Prueba de bloque de plomo trauzl: 523 cm³ (otros valores: 500 cm³ cuando sellado con arena, o 560 cm³ cuando sellado con agua)
• Diámetro crítico (diámetro mínimo de una varilla que puede sostener la propagación de la detonación): 0.9 mm para PETN a 1 g/cm³, menor para densidades superiores (otro valor: 1,5 mm)

En mezclas

PETN se utiliza en varias composiciones. Es un ingrediente principal del explosivo plástico Semtex. También se utiliza como componente de pentolita, una mezcla 50/50 con TNT. El explosivo extruible XTX8003, utilizado en las ojivas nucleares W68 y W76, es una mezcla de 80 % de PETN y 20 % de Sylgard 182, un caucho de silicona. A menudo se flegmatiza mediante la adición de 5 a 40% de cera o mediante polímeros (que producen explosivos unidos a polímeros); de esta forma se utiliza en algunos proyectiles de cañón de hasta 30 mm de calibre, aunque no es adecuado para calibres superiores. También se utiliza como componente de algunos propulsores de armas y propulsores de cohetes sólidos. El PETN sin flema se almacena y manipula con un contenido de agua de aproximadamente el 10 %. El PETN por sí solo no se puede moldear ya que se descompone explosivamente un poco por encima de su punto de fusión, pero se puede mezclar con otros explosivos para formar mezclas moldeables.

PETN puede ser iniciado por un láser. Un pulso con una duración de 25 nanosegundos y entre 0,5 y 4,2 julios de energía de un láser de rubí de conmutación Q puede iniciar la detonación de una superficie de PETN recubierta con una capa de aluminio de 100 nm de espesor en menos de la mitad de un microsegundo.

PETN ha sido reemplazado en muchas aplicaciones por RDX, que es térmicamente más estable y tiene una vida útil más larga. PETN se puede utilizar en algunos tipos de aceleradores ram. La sustitución del átomo de carbono central por silicio produce Si-PETN, que es extremadamente sensible.

Uso terrorista

Diez kilogramos de PETN se utilizaron en el atentado con bomba en la sinagoga de París en 1980.

En 1983, 307 personas murieron después de que un camión bomba lleno de PETN fuera detonado en el cuartel de Beirut.

En 1983, la "Maison de France" casa en Berlín fue llevada a un colapso casi total por la detonación de 24 kilogramos (53 lb) de PETN por el terrorista Johannes Weinrich.

En 1999, Alfred Heinz Reumayr usó PETN como carga principal para sus catorce artefactos explosivos improvisados que construyó en un intento frustrado de dañar el sistema de oleoductos Trans-Alaska.

En 2001, el miembro de al-Qaeda Richard Reid, el 'bombardero del zapato', usó PETN en la suela de su zapato en su intento fallido de hacer estallar el vuelo 63 de American Airlines de París a Miami. Tenía la intención de utilizar el triperóxido de triacetona sólido (TATP) como detonador.

En 2009, el PETN fue utilizado en un intento de al-Qaeda en la península arábiga de asesinar al viceministro del Interior de Arabia Saudita, el príncipe Muhammad bin Nayef, por parte del terrorista suicida saudí Abdullah Hassan al Asiri. El objetivo sobrevivió y el bombardero murió en la explosión. El PETN estaba oculto en el recto del atacante, lo que los expertos en seguridad describieron como una técnica novedosa.

El 25 de diciembre de 2009, se encontró PETN en la ropa interior de Umar Farouk Abdulmutallab, el 'terrorista de la ropa interior', un nigeriano con vínculos con al-Qaeda en la Península Arábiga. Según los funcionarios encargados de hacer cumplir la ley de EE. UU., había intentado volar el vuelo 253 de Northwest Airlines mientras se acercaba a Detroit desde Amsterdam. Abdulmutallab había intentado, sin éxito, detonar aproximadamente 80 gramos (2,8 oz) de PETN cosido en su ropa interior agregando líquido con una jeringa; sin embargo, solo resultó un pequeño incendio.

En el atentado con bomba en un avión de carga de al-Qaeda en la Península Arábiga de octubre de 2010, se encontraron dos cartuchos de impresora llenos de PETN en el aeropuerto de East Midlands y en Dubái en vuelos con destino a EE. UU. gracias a un aviso de inteligencia. Ambos paquetes contenían bombas sofisticadas escondidas en cartuchos de impresora de computadora llenos de PETN. La bomba encontrada en Inglaterra contenía 400 gramos (14 oz) de PETN, y la encontrada en Dubái contenía 300 gramos (11 oz) de PETN. Hans Michels, profesor de ingeniería de seguridad en el University College London, le dijo a un periódico que 6 gramos (0,21 oz) de PETN, alrededor de 50 veces menos de lo que se usó, serían suficientes para hacer un agujero en una placa de metal el doble de espesor de la piel de un avión. Por el contrario, según un experimento realizado por un equipo de documentales de la BBC diseñado para simular el bombardeo del día de Navidad de Abdulmutallab, utilizando un avión Boeing 747, ni siquiera 80 gramos de PETN fueron suficientes para dañar materialmente el fuselaje.

El 12 de julio de 2017, se encontraron 150 gramos de PETN en la Asamblea de Uttar Pradesh, el estado más poblado de la India.

Detección

A raíz de los planes terroristas con bombas PETN, un artículo en Scientific American señaló que PETN es difícil de detectar porque no se vaporiza fácilmente en el aire circundante. El Los Angeles Times señaló en noviembre de 2010 que la baja presión de vapor de PETN hace que sea difícil de detectar para los perros detectores de bombas.

Se pueden usar muchas tecnologías para detectar PETN, incluidos sensores químicos, rayos X, infrarrojos, microondas y terahercios, algunos de los cuales se han implementado en aplicaciones de detección pública, principalmente para viajes aéreos. El PETN es uno de los explosivos químicos típicamente de interés en esa área, y pertenece a una familia de explosivos químicos comunes a base de nitrato que a menudo se pueden detectar mediante las mismas pruebas.

Un sistema de detección en uso en los aeropuertos consiste en el análisis de muestras obtenidas con hisopos de los pasajeros y su equipaje. Los escáneres de imágenes de cuerpo entero que utilizan ondas electromagnéticas de radiofrecuencia, rayos X de baja intensidad o rayos T de frecuencia de terahercios que pueden detectar objetos ocultos debajo de la ropa no se usan mucho debido al costo, las preocupaciones sobre las demoras resultantes de los viajeros y preocupaciones sobre la privacidad.

Ambos paquetes en el complot de la bomba del avión de carga de 2010 fueron radiografiados sin que se detectaran las bombas. Qatar Airways dijo que la bomba PETN "no pudo ser detectada por rayos X o perros rastreadores entrenados". El Bundeskriminalamt recibió copias de las radiografías de Dubai y un investigador dijo que el personal alemán tampoco habría identificado la bomba. Se siguieron nuevos procedimientos de seguridad aeroportuaria en los EE. UU., en gran parte para proteger contra PETN.

Uso médico

Al igual que la nitroglicerina (trinitrato de glicerilo) y otros nitratos, el PETN también se usa médicamente como vasodilatador en el tratamiento de afecciones cardíacas. Estos medicamentos funcionan liberando el gas de señalización óxido nítrico en el cuerpo. El medicamento para el corazón Lentonitrat es PETN casi puro.

El control del uso oral del fármaco por parte de los pacientes se ha realizado mediante la determinación de los niveles plasmáticos de varios de sus productos de hidrólisis, dinitrato de pentaeritritol, mononitrato de pentaeritritol y pentaeritritol, en plasma mediante cromatografía de gases-espectrometría de masas.