Nitro Compound

  Most of Explosive molecules have a common property that they contain a nitro group(NO2 ).In other worlds,nitro group (NO2)gives molecules the abilities to explode.

  Gunpowder,the first explosive mixture, was first used in ancient China,Arabia,and India as fireworks.The three main component of Gunpowder are Nitrate salt(KNO3),sulfur and carbon.When these three components react with each other,4KNO3+7C+S→3CO+2N2+K2CO3+K2S,a high energy is released(explosion) and dense smoke is formed(particle of potassium carbonate and sulfide).

  Explosion must meet three requirements,production of gases, heats and a very short period.High amount of heat can make gases increase rapidly and the expanded gases is known as shock wave.Shock wave is what we called explosion.However,if the reaction were to occur slowly,the heat would dissipate and the gases would not expand,so the reaction must be very fast to form a explosion. The higher the temperature,the larger the volume of gas,the faster the reaction,the shorter the time.In explosive reactions,N2 molecules are always formed.Nitrogen atom is a very stable molecule,a lot of energy is needed to break it.So when nitrogen atoms are formed,they will release tons of energy as well.

  In fact,explosives do not get oxygen needed  from air,but from themselves.The author cited two examples here,p-nitrotoluene and p-aminobenzoic acid.p-nitrotoluene and p-aminobenzoic are isomers,they have same chemical formula but different structures.p-nitrotoluene can be explosive but p-aminobenzoic is not explosive at all.Nitrogen atoms tend to grab oxygen atoms needed form neighbors.As we can see,in p-nitrotoluene,oxygen is attached to nitrogen atom ,which makes it explosive.Conversely,in p-aminobezoic,oxygen atoms are on opposite side of nitrogen atom,that is why p-nitrotoluene is explosive but p-aminobenzoic is not.

  Despite the requirements needed to make molecules explosive,what factors decide the explosiveness?The explosiveness of a nitrated molecule depends on the number of nitro groups attached.For example,Nitrotoluene can be made from Toluene by adding one nitro group(NO2),and Dinitrotoluene can be made by adding two nitro groups,so as Trinitrotoluene(TNT)by adding three nitro groups.And the explosiveness order of these three molecules is TNT>Dinitrotoluene>Nitrotoluene.

  Nitro compounds also have medical values.An Italian chemist,Ascanio Sobrero,he dripped glycerol into a cooled mixture of sulfuric and nitric acid.He got a substance:nitroglycerin.Nitroglycerin is much more powerful than Gunpowder ,it can explode when heated or struck,and it is so unstable that a safe way to detonate Nitroglycerin was needed.What he did to this new substance was he tasted it,he felt violent headache and great weakness of limbs.Later investigation showed that the headache and limb weakness were caused by the dilation of blood vessels.From then on,the medical values of nitroglycerin were discovered,and it is used as a medicine due to its effect dilating blood vessels.

  Alfred Bernard Nobel,a great scientist,discovered a good way to detonate and keep Nitroglycerin.He used an explosion of very small amount of gunpowder to detonate a larger explosion of nitroglycerin.This method is still being used today.And he mixed kieselguhr with nitroglycerin.kieselguhr can dilute nitroglycerin and make it controllable.

  Nitroglycerin/kieselguhr could not be used as propellant for projectiles,because it was so powerful that no guns could withstand the explosion.Picric acid and trinitrotoluene were widely used during world war one.Picric acid was soon replaced by trinitrotoluene(TNT),because picric would become hard to denotate once it gets wet,and picric acid was so sensitive that it exploded before shells penetrate armor plate.

  TNT and picric acid look very similar to each other,the OH group in a picric acid is replaced by CH3 group,becoming a TNT.TNT works better than picric acid,TNT can not be affected by damp,and has a very low melting point which makes TNT less sensitive and have a greater ability to penetrate armors.

  

  Ammonia,NH3,is a crucial molecule during World War one,ammonia was the starting material for making Nitrate acid(HNO3),which was needed to made explosives,but nitrates could not be found in nature,nitrates were water soluble and they tend to be dissolved away.Thankfully,Chile saltpeter contained high amount of sodium nitrate which could be made into HNO3 from the liquid mixture of sodium nitrate and sulfuric acid through a reaction:

NaNO3+H2SO4→NaHSO4+HNO3

Nitric acid（HNO3) is driven off because nitric acid has a lower boiling point than sulfuric acid(H2SO4),NaHSO4 will become separated from the liquid mixture because it is solid.

  Chile saltpeter contains high amount of sodium nitrate and it is also the main source of sodium nitrate.During world war one,supplies of Chile saltpeter to Germany were cut of by a British naval blockade.Finding new source of ammonia became necessary.Fritz Haber,a German chemist,discovered a way to make synthetic ammonia,

N2+3H2→2NH3

Air contains 20 percent of oxygen and 80 percent of nitrogen,and ammonia can be produced within a high pressure and high temperature condition from air.Despite the uses of ammonia for war,ammonia are widely used in agriculture field as fertilizer,increasing the production of crops.Nowadays，about 140 million tons of ammonia is produced every year and much of them are used as ammonium nitrate（NH4NO3)，which is a crucial fertilizer for agriculture field.However,ammonium had been used by terrorists,and caused quite a lot economic and public damages to our society.Pentaerythritoltetranitrate（PETN) is favored by terrorists，for it can be pressed into any shape and has a little odor，which can not be found by dogs.

  Even though nitro compound is the main component of explosives,which has killed so many people’s lives,but nitro compounds have also done a lot of goods things for us.For example,nitro compounds are essential molecules to build tunnels and nitro compounds are also widely used in medicines.Nothing is perfect,it all depends on how we use it.