Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Historie kyseliny dusičné je historií zlata a válek

 |  8. 10. 2010
 |  Vesmír 89, 592, 2010/10

Kyselina dusičná (HNO3) je silná minerální kyselina, kterou snad objevil již kolem roku 800 n. l. arabský alchymista Abú Músa Džabír Ibn Hajján, známější pod latinizovaným jménem Geber.1) Alchymisté tuto kyselinu nazývali aqua fortis a znali i její směs s kyselinou chlorovodíkovou v poměru přibližně 1 : 3, kterou nazývali aqua regia – královská voda neboli lučavka královská.2) Lučavka královská si svůj název určitě zaslouží. Rozpouští totiž všechny kovy, i ty odolné, jako je platina, palladium či iridium, a horká lučavka rozpouští dokonce i královský kov – zlato. Sehrála proto významnou roli při transmutacích kovů a snaze alchymistů vyrobit zlato a kámen mudrců. Schopnost lučavky královské rozpouštět zlato využil neobyčejným způsobem radiochemik George de Hevesy (1885–1966) z Institutu Nielse Bohra v Dánsku. Když v dubnu 1940 vstupují německá vojska do Dánska a Norska, Hevesy ve snaze zabránit nacistům ukrást dvě zlaté Nobelovy medaile Maxe von Laue a Jamese Francka rozpouští je v lučavce královské. Po skončení války nachází láhev s rozpuštěným zlatem neporušenou ve své laboratoři a za pomocí kovové rtuti získá zlato zpět. Nobelova společnost z něj pak znovu odlévá obě medaile.3)

Dlouho byla kyselina dusičná připravována ze sanytru (nebo též salnytru), dusičnanu draselného neboli ledku draselného.4) Ten byl důležitou surovinou nejen pro přípravu kyseliny dusičné, ale zejména pro přípravu černého střelného prachu, vyráběného právě ze sanytru, síry a dřevěného uhlí. Od objevu střelných zbraní byl sanytr žádanou surovinou. Připravovali jej „sanytrníci“, lidé kteří navštěvovali dobytčí chlévy a z jejich stěn pomocí škrabky a peroutky oškrabávali a smetali „výkvěty“ dusičnanu vápenatého, který se vytvářel na vápnem vybílených stěnách chlévů účinkem zvířecí moči. Tento nevábně zapáchající produkt pak byl dále zpracováván v „sanyternách“. Zde byl v kádi rozpuštěn ve vodě a do kádě byl pomalu a za stálého míchání přidáván roztok potaše. Potaš, uhličitan draselný, byla získávána z dřevného popela. Chemickou reakcí mezi dusičnanem vápenatým a uhličitanem draselným vznikl nerozpustný uhličitan vápenatý, známý z přírody jako vápenec, a v roztoku zůstal dusičnan draselný – sanytr. Odpařením vody se pak získaly krystaly čistého sanytru, žádané suroviny pro výrobu střelného prachu.

Tímto způsobem se v Evropě připravoval sanytr od 14. století, kdy se na bitevních polích začínají uplatňovat palné zbraně a získávají převahu nad zbraněmi sečnými. Poté co byly objeveny v Chile bohaté zásoby chilského ledku s vysokým obsahem, dusičnanu sodného, stal se tento přírodní zdroj nitrátů nejen důležitým dusíkatým hnojivem, ale také surovinou pro výrobu dusičnanu draselného. Sanytrníci přišli o práci a dnes už jen málokdo tuší, že takové řemeslo vůbec existovalo.

S rozvojem chemického průmyslu v 19. století a stále vzrůstající poptávkou po kyselině dusičné se ukázalo, jak důležitou průmyslovou surovinou tato kyselina je. Její směs s kyselinou sírovou, tzv. nitrační směs, je schopna do různých organických sloučenin zavádět nitroskupinu —NO2 a učinit z nich silné výbušniny. Tímto způsobem připravil v roce 1847 italský chemik Ascanio Sobrero nitroglycerin. Ten se stal výchozí surovinou pro výrobu dynamitu, který vynalezl v roce 1866 Alfréd Nobel. Dynamit byl nejvýznamnější trhavinou 19. a 20. století. Jen při budování Panamského průplavu bylo spotřebováno 27 694 tun dynamitu. Bez dynamitu by Panamský průplav nikdy nebyl vybudován a spolu s ním stovky dalších velkých staveb.

Později byly připraveny i další organické nitrosloučeniny, které sehrály významnou úlohu při trhacích pracích, ale také v rozvoji nových zbraní. Nitrací fenolu byl připraven trinitrofenol – kyselina pikrová, která se pod názvem „ekrazit“ používala v rakousko-uherské armádě jako trhavina do dělostřelecké munice a ručních granátů. V roce 1863 připravil německý chemik Joseph Wilbrand nitrací toluenu trinitrotoluen, silnou a bezpečnou trhavinu označovanou jako tritol nebo TNT.5) Ta se brzy stala standardem v oblasti průmyslových trhavin a vojenské munice a dodnes se na účinek TNT přepočítávají i účinky jaderných zbraní. Např. atomová bomba svržená 6. srpna 1945 na Hirošimu měla takové účinky jako 15 000 tun TNT.

Mnoho energie a intelektu vojenských techniků bylo věnováno snaze vyrobit bezdýmý střelný prach. Kouř z černého střelného prachu byl vojákům nejen nepříjemný pro svůj čpavý zápach nutící je ke kašli, ale často zahaloval bitevní pole a činil je nepřehledným. Od roku 1756 se pokoušel vyrobit střelný prach bez síry francouzský chemik a matematik Guillame Le Blond (1704–1781), ale jeho prach špatně hořel a byl v praxi nepoužitelný. V pokusech pak pokračoval Claude Louis Berthollet (1748–1822) za podpory svého učitele, slavného francouzského chemika Antoine Laurenta Lavoisiera. Berthollet objevil chlorečnan draselný, neobyčejně silné oxidační činidlo, silnější než dusičnan draselný. Když se snažil připravit střelný prach s chlorečnanem, došlo k výbuchu, který zcela zničil laboratoř. Všichni pánové byli v té době naštěstí na obědě, ale laboratoř již nebyla obnovena a pokusy byly přerušeny. Zdálo se, že vojáci se dýmu na bojištích nikdy nezbaví.

Pomohla opět kyselina dusičná. Působením této kyseliny na bavlnu připravil Christian Friedrich Schönbein „střelnou bavlnu“. Svým vzhledem se od bavlny nijak nelišila, ale pod úderem kladiva explodovala a při zapálení prudce beze zbytku a dýmu shořela. V roce 1846 předvedl svůj vynález basilejské Přírodovědecké společnosti, jejíž členové jím byli uchváceni.

Stejně tak byli uchvácení vojenští experti. Střelná bavlna nabita do ručnice vykázala značné zvýšení dostřelu a průbojnosti oproti stejné dávce černého prachu. Obchodní využití vynálezu svěřil Schönbein svému příteli, basilejskému bankéři Emanuelu Passavantu-Bachofenovi, a o vynález se začali zajímat zájemci z Francie, Anglie a Ruska. Stejný objev však učinil v témže roce i frankfurtský chemik profesor Rudolf Christian Böttger a Schönbeinovi nezbylo nic jiného, než se s Böttgerem spojit. Oba pak nabídli společně vynález Německému spolku za 100 000 tolarů. Jejich pozici však značně zkomplikoval profesor chemie na Zemědělském ústavu v Brunšviku, Friedrich Julius Otto, který se také považoval za objevitele střelné bavlny. Otto uveřejnil výrobní postup a prohlásil, že se nesrovnává s jeho svědomím, aby tak významný vynález, jehož důsledky se nedají ani dohlédnout, patentoval nebo prodával. Dává prý ho k dispozici celému světu a doufá, že mu vlády států samy poskytnou nějakou odměnu. Nikdy se ovšem žádné odměny nedočkal, ale pánové Schönbein a Böttger kvůli němu jen stěží prodali svůj vynález Rakousku za 30 000 zlatých.

Výroba střelné bavlny byla velmi jednoduchá. Nebylo k ní třeba složitých a nákladných strojních zařízení jako k výrobě černého střelného prachu. Stačilo několik kameninových nádob, v nichž byla bavlna přelita koncentrovanou kyselinou dusičnou. Po několika hodinách působení byla nitrovaná bavlna vyprána vodou, usušena a bylo možno s ní střílet z ručnic i děl. Nebylo proto divu, že výrobou střelné bavlny se začal zabývat kdekdo a nehody byly na denním pořádku. Střelná bavlna měla totiž i řadu nepříjemných vlastností: snadno se rozkládala a sama od sebe vybuchovala. Když v roce 1847 explodovaly ve Francii prachárny v La Bouchet a Vincennes, při nichž přišlo o život mnoho lidí, zdálo se, že střelné bavlně odzvonilo. Nová naděje pro její uplatnění v armádě se objevila, když rodák z Českých Budějovic, setník Wilhelm, svobodný pan Lenk von Wolsberg zjistil, že příčinou samovolných výbuchů střelné bavlny jsou nečistoty v ní obsažené, především tuky. Když bavlnu ještě před nitrací vyvařil v potaši, aby tuky odstranil, a poté ji vypral a usušil, stala se tato výbušnina mnohem bezpečnější, zejména poté, co ještě snížil její teplotu hoření přídavkem vodního skla. Když byl na Lenkův výrobek vypracován příznivý posudek ředitelem Polytechnického institutu v Karlsruhe Jakobem Ferdinandem Redtenbacherem a profesorem Polytechniky ve Vídni Antonem Schrötterem von Kristelli, Rakousko postavilo v roce 1853 zbrusu novou továrnu na výrobu střelné bavlny dle Lenkova postupu – K. K. Schiessvollfabrik v Hirtenbergu. Již o dva roky později měla rakouská armáda pět baterií bronzových děl na střelnou bavlnu, postavených podle Lenkových návrhů. Ale ani továrně v Hirtenbergu se neštěstí nevyhýbala. Po velké explozi v roce 1862 byla téměř zničena, a když v roce 1865 explodovalo i skladiště střelné bavlny u Wiener Neustadt, byla výroba i v Rakousku zastavena.

Snaha o výrobu bezdýmého střelného prachu však neustala a nakonec byla korunována úspěchem. V Anglii, a zejména ve Francii byly vypracovány technologie, které se staly vzorem i pro moderní výrobu tohoto tolik žádaného výrobku. Dnes se vyrábí z bavlněných odpadů z textilní výroby. Také k tomu nezbytná kyselina dusičná se dnes vyrábí jinými postupy a mnohem levněji. Není k tomu nutný ani sanytr, ani chilský ledek, jehož zásoby ostatně již byly v podstatě vyčerpány. Stačí k tomu čpavek (NH3) a kyslík ze vzduchu. Tuto technologii navrhl v roce 1902 německý lékárník Wilhelm Ostwald a v roce 1909 za ni získal Nobelovu cenu za chemii. Metoda spočívala v katalyzované reakci čpavku s kyslíkem při tlaku 5 atmosfér a následném rozpuštění vzniklých oxidů dusíku ve vodě. Když pak další němečtí chemici, Fritz Haber a Carl Bosch, objevili, jak lze vyrábět z obyčejné vody a vzduchu čpavek (vodík z vody a dusík ze vzduchu), stala se kyselina dusičná dostupnou pro všechny průmyslové země. Haberova-Boschova syntéza amoniaku vyřešila jeho vysokou spotřebu v zemědělství, chladírenství, ve výrobě chemikálií i léčiv a otevřela cestu k levné výrobě kyseliny dusičné a řady nitrosloučenin, potřebných k vedení války. Inu, pokrok se nedá zastavit.

Poznámky

1) Amr S. S, Tbakhi A.: Jabir ibn Hayyan. Ann. Saudi Med. 27, 53–54, 2007.

2) Karpenko V.: Minulost kyseliny dusičné: voda, nebo duch? Chem. Listy 103, 696–703, 2009.

3) Levi H.: George De Hevesy: 1 August 1885-5 July 1966. Nucl. Physics A 98, 1–24, 1967.

4) Karpenko V.: Co byla alchymie? Střední Evropa v 16. a 17. století. Chem. Listy 92, 894–911, 1998.

5) Childs J.: A Dictionary of Military History. Basil Blackwell, 1994. ISBN 0-631-16848-6.

RUBRIKA: Glosy

O autorovi

Jiří Patočka

Prof. RNDr. Jiří Patočka, DrSc., (*1939) vystudoval chemii a fyziku na PřF MU v Brně. Je profesorem toxikologie na Zdravotněsociální fakultě JU v Českých Budějovicích a emeritním profesorem Fakulty vojenského zdravotnictví Univerzity obrany v Hradci Králové. Je autorem knih Vojenská toxikologie (2004), Nutricní toxikologie (2008), spoluautor knih Doba jedová 1 a 2 (2011, 2012) a dalších.

Doporučujeme

Přemýšlej, než začneš kreslit

Přemýšlej, než začneš kreslit

Ondřej Vrtiška  |  4. 12. 2017
Nástup počítačů, geografických informačních systémů a velkých dat proměnil tvorbu map k nepoznání. Přesto stále platí, že bez znalosti základů...
Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné