Nitrocelulose

Neste post, descrevemos e mostramos como fazer o que chamamos de algodão-pólvora. É válido lembrar, que este tipo de experimento deve ser realizado com todo cuidado.

A nitrocelulose pode ser preparada fazendo a imersão de pedaços de algodão em uma mistura de 30 mL de ácido nítrico (HNO3) com 70 mL de ácido sulfúrico (H2SO4). A mistura deve ser feita em um béquer de 250 mL, em banho de gelo, adicionando primeiramente o ácido sulfúrico e em seguida, com cuidado, o ácido nítrico. Os pedaços de algodão (aproximadamente 0,7 g) são imersos nesta mistura. Foram realizados testes de tempo de reação e acreditamos que um tempo mínimo de 10 minutos é suficiente para ocorrer a nitração. Após decorrido o tempo, retira-se os pedaços de algodão e coloca-se em um béquer contendo água, para retirar o excesso de ácido. Em seguida, adiciona-se em uma solução de NaHCO3 1 mol/L para neutralizar o excesso de ácido. Por fim, lava-se em água corrente os pedaços de algodão e espera-se secar completamente.

Todo o procedimento e o resultado do processo pode ser visualizado neste vídeo:

Aviso: Ácido nítrico e ácido sulfúrico são ácidos fortes e poderosos agentes oxidantes, que podem causar sérias queimaduras. Além disso, o ácido sulfúrico é um poderoso agente desidratante. Uma vez que a mistura de ácido nítrico e sulfúrico causa um considerável aquecimento, este procedimento deve ser realizado em banho de gelo. Esta mistura é extremamente perigosa.

A nitrocelulose, também chamada de trinitrocelulose, é formada por meio da reação orgânica de nitração da celulose ((C6H10O5)n). O algodão é quase 100% celulose. Esse tipo de reação ocorre por meio do ácido nítrico (HNO3), em que há a substituição de um átomo de hidrogênio por um grupo NO2, originando um nitrocomposto e água. O ácido sulfúrico atua como um catalisador da reação. A reação pode ser representada por:

No caso mencionado, ocorre uma trinitração da celulose. A celulose é um polissacarídeo, pois cada molécula sua é formada por 10 000 ou mais moléculas de β-glicose que se uniram por condensação, ou seja, é um polímero natural. Sua fórmula básica é (C6H10O5)n e suas longas cadeias atingem massas moleculares de ordem de 400.000 u.

A nitrocelulose obtida tem o aspecto semelhante ao próprio algodão, porém meio amarelada e áspera. A fórmula dessa macromolécula, que também é um polímero, é mostrada abaixo:

O algodão-pólvora é uma nitrocelulose o qual contém de 12,5-13,5% de nitrogênio. A equação da decomposição (queima) da nitrocelulose pode ser representada como:

O composto contém oxigênios suficientes para conversão completa dos produtos gasosos. Nesta demostração, a decomposição da nitrocelulose não é explosiva devido as condições abertas e o método de ignição.

Referências:
- Bassam Z. Shakhashiri, Chemical Demonstration, vol. 1`
- Brasil Escola: http://educador.brasilescola.com/estrategias-ensino/nitrocelulose-algodao-polvora.htm