O nitrometano, cuja fórmula química é CH3NO2, é o composto mais simples da família de moléculas com grupo funcional nitro. É um líquido polar comummente usado como solvente numa grande variedade de aplicações industriais, como extracções, como meio de reacção ou como produto de limpeza. É também utilizado como intermediário na síntese química de fármacos, pesticidas, explosivos e fibras. O nitrometano é ainda usado como combustível em vários veículos de alta velocidade, e.g. dragters, e em motores de combustão interna de veículos miniatura de comando remoto.
O nitrometano é um líquido viscoso incolor com um odor característico. Trata-se de um composto inflamável que pode explodir quando em contacto com aminas, bases, ácidos fortes ou submetido a altas temperaturas ou a compressão adiabática. A base anidra e os sais de amónio são sensíveis ao choque e o sal de sódio entra em ignição quando em contacto com água. É também incompatível com aminas, ácidos fortes, bases fortes, agentes oxidantes fortes, agentes redutores fortes, cobre, ligas de cobre, chumbo e ligas de chumbo. Possui uma massa molar de 61,04 g / mol, um ponto de fusão de -28,7 °C e um ponto de ebulição de 101,1 °C. Apresenta uma entalpia molar de combustão de -709 kJ / mol (25 °C) e uma entalpia molar de vaporização de 38,3 kJ / mol (25 °C; 34,4 kJ / mol no ponto de ebulição). É solúvel em água (aproximadamente 111 g / L água, a 25 °C), em etanol, éter etílico, acetona, tetracloreto de carbono e soluções alcalinas. Tem uma densidade de 1,1371, uma pressão parcial de vapor de 28 mmHg (20 °C), um valor de pKa de 10,21 (17,2 em DMSO), um índice de refracção de 1,3817 e uma viscosidade de 0,614 cP (25 °C).
Produção
O nitrometano é produzido industrialmente através do tratamento de propano com ácido nítrico a 350-400 ºC. Esta reacção exotérmica produz os quatro nitroalcanos mais relevantes para a indústria: nitrometano, nitroetano, 1-nitropropano e 2-nitropropano. A reacção envolve radicais livres, incluindo radicais alcoxi do tipo CH3CH2CH2O., que se originam via homólise do correspondente éster de nitrilo. Estes radicais alcoxi são susceptíveis a reacções de fragmentação de ligações C-C, daí obter-se uma mistura de produtos. Este composto pode ser produzido em menores escalas, recorrendo-se a outras vias de síntese. A reacção do cloroacetato de sódio com nitrito de sódio em solução aquosa leva à produção de nitrometano, segundo a seguinte equação química:
ClCH2COONa + NaNO2 + H2O → CH3NO2 + NaCl + NaHCO3
Reactividade e Aplicações práticas
Em síntese orgânica, o nitrometano é aplicado como intermediário para adicionar uma unidade de carbono a outras moléculas. A sua relativa acidez permite que este sofra reacções e condensação análogas às dos compostos com grupos carbonilo. Assim, quando em catálise básica, o nitrometano é adicionado a aldeídos, por adição nucleofílica-1,2, via reacção nitroaldol. Alguns derivados desta reacção incluem os pesticidas cloropicrina (Cl3CNO2), beta-nitrostireno e tris(hidroximetil)nitrometano((HOCH2)3CNO2). A redução deste último derivado origina tris(hidroximetil)aminometano, (HOCH2)3CNH2, mais conhecido como tris, um agente tamponante muito conhecido.
O nitrometano também pode servir como dador de Michael, sendo adicionado a carbonilos α,β-insaturados via adição nucleofílica-1,4 na reacção de Michael.
Este composto é usado principalmente como estabilizador de solventes clorinados, os quais são em limpeza a seco, processamento de semicondutores e como desengordurantes. É também muito eficaz como solvente para monómeros de acrilato, como os cianoacrilatos da super-cola.
O nitrometano tem sido utilizado como combustível em corridas de alta velocidade, nomeadamente drag racing e em corridas de modelos de controlo remoto (e.g. carros, aviões, helicópteros). Neste contexto, o nitrometano é conhecido como nitro. O conteúdo em oxigénio deste composto permite a sua combustão com muito menos consumo de oxigénio atmosférico:
4 CH3NO2 + 3 O2 → 4 CO2 + 6 H2O + 2 N2
Para queimar 1 kg de gasolina é necessário o consumo de 14,7 kg de ar, mas a mesma quantidade de nitrometano apenas requer 1,7 kg de ar para a sua combustão. Dado que cada cilindro acomoda um volume fixo de gás em cada ciclo de combustão, o uso de nitrometano permite a injecção de 8,7 vezes mais combustível em cada cilindro. No entanto, a combustão de gasolina gera mais energia específica do que este composto – a gasolina gera 42-44 MJ / kg, enquanto o nitrometano gera 11,3 MJ / kg. Considerando todos estes parâmetros, o uso de nitrometano gera 2,3 vezes mais energia do que a gasolina.
Também é usado como monopropulsor, cuja combustão é efectuada sem se recorrer a oxigénio. A seguinte equação descreve este processo:
2 CH3NO2 → 2 CO + 2 H2O + H2 + N2
O nitrometano possui uma velocidade laminar de combustão de aproximadamente 0,5 m / s, ligeiramente superior à da gasolina, tornando-o viável para motores de alta velocidade. A sua chama também possui uma temperatura mais elevada – cerca de 2400 °C. Também é utilizado em conjunto com misturas com elevado rácio combustível-ar, pois fornece energia mesmo quando na ausência de oxigénio atmosférico. Nestas condições, hidrogénio e monóxido de carbono são produtos da combustão. Estes gases entram em ignição com alguma frequência quando porções de combustível que não for totalmente queimado saem pelo cano de escape. São necessárias misturas muito ricas para reduzir a temperatura da câmara de combustão, por forma a controlar a pré-ignição e a subsequente detonação.
A mistura de uma pequena quantidade de hidrazina com nitrometano pode aumentar ainda mais a potência do motor. Com o nitrometano, a hidrazina forma um sal explosivo que também funciona como monopropulsor. Esta mistura instável constitui um sério risco para a saúde, pelo que a sua utilização é proibida em alguns países, nomeadamente nos Estados Unidos da América. É importante de se notar que a combustão do nitrometano gera vapores de ácido nítrico, que são corrosivos e, quando inalados, causam uma reacção muscular que compromete a respiração. Estes vapores, quando condensam, causam danos internos nos motores. A combinação com querosene permite a neutralização dos resíduos de ácido nítrico.
As propriedades explosivas deste composto eram desconhecidas até 1958, quando uma vagão-cisterna de comboio cheia com nitrometano explodiu. Após vários testes, veio a comprovar-se que o nitrometano é um explosivo mais energético que o TNT, embora possua uma menor velocidade de detonação e uma menor potência de explosão. Quando puro, o nitrometano é um explosivo insensitivo com uma velocidade de detonação de 6400 m / s. Pensa-se que a explosão da cisterna se devesse a compressão adiabática, um perigo comum dos líquidos explosivos. Isto ocorre quando pequenas bolhas de ar que se encontram dissolvidas no líquido se comprimem e sobreaquecem devido a um elevado aumento de pressão. O nitrometano também pode ser misturado com nitrato de amónio, que é um agente oxidante, para formar uma mistura explosiva denominada ANNM (Ammonium Nitrate NitroMethane). Um exemplo do poder destrutivo deste explosivo é o atentado terrorista da cidade de Oklahoma de 1995.
Fontes: Wikipédia, ChemSpider, PubChem
Imagem: HotRod