Dinitramida de amonio
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| Nombres | |
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| Nombre IUPAC Dinitroazanuro de azanio [1] | |
Otros nombres
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| Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol ) |
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| Araña química |
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| Tarjeta informativa de la ECHA | 100.126.585 |
| Número CE |
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Identificador de centro de PubChem |
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| UNIVERSIDAD |
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Panel de control CompTox ( EPA ) |
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| Propiedades | |
| [NH4 ] [N( NO2 ) 2 ] | |
| Masa molar | 124,06 g/mol |
| Densidad | 1,81 g/ cm3 |
| Punto de fusión | 93 °C (199 °F; 366 K) |
| Punto de ebullición | se descompone a 127 °C (261 °F; 400 K) |
| Estructura [1] | |
a = 6,914 Å , b = 11,787 Å, c = 5,614 Å α = 90,00°, β = 100,40°, γ = 90,00° | |
Unidades de fórmula ( Z ) | 4 |
| Termoquímica | |
Entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298 ) | −148 kJ/mol [2] |
Energía libre de Gibbs (Δ f G ⦵ ) | −150,6 kJ/mol |
| Datos explosivos | |
| Sensibilidad a los golpes | Bajo [2] |
| Sensibilidad a la fricción | Bajo |
| Peligros | |
| Etiquetado SGA : | |
    | |
| Peligro | |
| H201 , H228 , H302 , H371 | |
| P210 , P230 , P240 , P241 , P250 , P260 , P264 , P270 , P280 , P301+P312 , P309+P311 , P330 , P370+P378 , P370+P380 , P372 , P373 , P401 , P405 , P501 | |
| Compuestos relacionados | |
Otros cationes | Guanilurea dinitramida |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 °C [77 °F], 100 kPa). | |
La dinitramida de amonio ( ADN ) es un compuesto inorgánico con la fórmula química [ N H 4 ][N(N O 2 ) 2 ] . Es la sal de amonio del ácido dinitramínico HN(NO 2 ) 2 . Está formada por cationes amonio [NH 4 ] + y aniones dinitramida − N(NO 2 ) 2 . El ADN se descompone con el calor para dejar solo nitrógeno , oxígeno y agua .
Es un excelente oxidante sólido para cohetes con un impulso específico ligeramente superior al del perclorato de amonio y, lo que es más importante, no deja humos corrosivos de cloruro de hidrógeno . Esta propiedad también es de interés militar porque el humo sin halógenos es más difícil de detectar. Se descompone en gases de baja masa molecular, lo que contribuye a un mayor rendimiento sin crear temperaturas excesivas si se utiliza en propulsores de armas o cohetes . Sin embargo, la sal de dinitramida es más propensa a la detonación a altas temperaturas y a los golpes en comparación con el perclorato .
La empresa Eurenco Bofors produjo el LMP-103S como sustituto 1 a 1 de la hidracina disolviendo dinitramida de amonio al 65 %, [NH 4 ]N(NO 2 ) 2 , en una solución acuosa al 35 % de metanol y amoníaco. El LMP-103S tiene un impulso específico un 6 % mayor y una densidad de impulso un 30 % mayor que el monopropelente de hidracina . Además, la hidracina es altamente tóxica y cancerígena , mientras que el LMP-103S es solo moderadamente tóxico. El LMP-103S es de clase 1.4S de las Naciones Unidas, lo que permite su transporte en aviones comerciales, y se demostró en el satélite Prisma en 2010. No se requiere un manejo especial. El LMP-103S podría reemplazar a la hidracina como el monopropelente más comúnmente utilizado. [3] [4]
Se informa que el monopropelente basado en ADN FLP-106 tiene propiedades mejoradas en relación con LMP-103S, incluido un mayor rendimiento ( ISP de 259 s frente a 252 s) y densidad (1,362 g/cm 3 frente a 1,240 g/cm 3 ). [5]
Historia
La dinitramida de amonio fue inventada en 1971 en el Instituto Zelinsky de Química Orgánica en la URSS . Inicialmente, toda la información relacionada con este compuesto fue clasificada debido a su uso como propulsor de cohetes , particularmente en misiles balísticos intercontinentales Topol-M . En 1989, la dinitramida de amonio se sintetizó de forma independiente en SRI International . [6] SRI obtuvo patentes estadounidenses e internacionales para el ADN a mediados de la década de 1990, momento en el que científicos de la ex Unión Soviética revelaron que habían descubierto el ADN 18 años antes. [6]
Mezclas de propulsores
El ADN se puede mezclar con propelentes convencionales como la nitrocelulosa para mejorar su equilibrio de oxígeno . [7] Uno de los desafíos del uso del ADN es su higroscopicidad . Hu et al. han investigado la posibilidad de reducir la higroscopicidad del ADN mediante la cocristalización con 3,4-diaminofurazano . [8]
También existe interés en utilizar ADN para fabricar monopropulsores líquidos . Cuando el ADN se cocristaliza con un éter corona ( 18C6 ), la higroscopicidad se reduce en gran medida, pero también lo hace su rendimiento como explosivo. [9] El ADN se mezcló con nitratos de amina para reducir su punto de fusión para su uso como monopropulsor líquido. La temperatura de inicio del ADN se mantuvo esencialmente sin cambios, pero se observó cierta reacción cruzada con los nitratos de amina. [10] Kim et al. también han examinado mezclas de ADN con peróxido de hidrógeno como un posible monopropulsor líquido. [11]
Preparación
Existen al menos 20 vías de síntesis diferentes que producen dinitramida de amonio. En el laboratorio, la dinitramida de amonio se puede preparar mediante nitración del ácido sulfámico o de sus sales (en este caso, sulfamato de potasio) a bajas temperaturas:
El proceso se lleva a cabo bajo luz roja, ya que el compuesto se descompone mediante fotones de mayor energía . Los detalles de la síntesis permanecen clasificados.
Otras fuentes [¿ quién? ] informan de la síntesis de amonio a partir de nitrato de amonio , ácido nítrico anhidro y ácido sulfúrico fumante (óleum) que contiene un 20% de trióxido de azufre libre . Se debe añadir una base distinta del amoníaco antes de que se descomponga el ácido dinitramida. El producto final se obtiene por cristalización fraccionada .
Otra síntesis conocida como el método de síntesis de uretano requiere cuatro pasos de síntesis y da como resultado un rendimiento de hasta el 60%. [12] El carbamato de etilo se nitra con ácido nítrico :
- CH 3 CH 2 −O−C(=O)−NH 2 + HNO 3 → CH 3 CH 2 −O−C(=O)−NH−NO 2 + H 2 O
y luego reaccionó con amoniaco para formar la sal de amonio de N -nitrouretano:
- CH 3 CH 2 −O−C(=O)−NH−NO 2 + NH 3 → [CH 3 CH 2 −O−C(=O)−N − −NO 2 ][NH+4]
Éste se nitra nuevamente con pentóxido de nitrógeno para formar dinitrocarbamato de etilo y nitrato de amonio :
Finalmente, el tratamiento con amoniaco separa nuevamente la dinitramida de amonio deseada y regenera el material de partida de uretano:
- CH 3 CH 2 −O−C(=O)−N(NO 2 ) 2 + 2 NH 3 → CH 3 CH 2 −O−C(=O)−NH 2 + [NH+4][ − N( NO2 ) 2 ]
Referencias
- ^ abcd "Dinitramida de amonio". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . Consultado el 18 de julio de 2024 .
- ^ ab Östmark, H.; Bemm, U.; Langlet, A.; Sandén, R.; Wingborg, N. (1 de junio de 2000). "Las propiedades de la dinitramida de amonio (ADN): parte 1, propiedades básicas y datos espectroscópicos". Revista de Materiales Energéticos . 18 (2–3): 123–138. Código Bib : 2000JEnM...18..123O. doi :10.1080/07370650008216116. ISSN 0737-0652. S2CID 94304770.
- ^ "Propelente verde LMP 103S". ecaps.se . Consultado el 25 de abril de 2024 .
- ^ Persson, Mathias; Anflo, Kjell; Friedhoff, Pete (2019). "Herencia de vuelo de los sistemas de propulsión ecológica de alto rendimiento (HPGP) basados en dinitramida de amonio (ADN)". Propulsores, explosivos, pirotecnia . 44 (9): 1073–1079. doi :10.1002/prep.201900248. ISSN 0721-3115.
- ^ Larsson, Anders; Wingborg, Niklas (14 de febrero de 2011). "Propulsores ecológicos basados en dinitramida de amonio (ADN)" (PDF) . En Hall, Jason (ed.). Avances en tecnologías de naves espaciales. InTech. doi : 10.5772/13640 . ISBN. 978-953-307-551-8.
- ^ ab "Sales de dinitramida: ADN más otras sales". SRI International . Archivado desde el original el 26 de mayo de 2012. Consultado el 15 de abril de 2012 .
- ^ Wang, Qiong; Wang, Xiao-Hong; Pan, Qing; Chang, Hai; Yu, Hong-Jian; Pang, Wei-Qiang (3 de marzo de 2023). "Comportamientos térmicos y mecanismo de interacción de la dinitramida de amonio con nitrocelulosa". Moléculas . 28 (5) – vía Academic Search Ultimate.
- ^ Hu, Dongdong; Wang, Yinglei; Xiao, Chuan; Hu, Yifei; Zhou, Zhiyong; Ren, Zhongqi (septiembre de 2023). "Estudios sobre dinitramida de amonio y cocristal de 3,4-diaminofurazano para ajustar la higroscopicidad". Revista china de ingeniería química . 61 : 157–164 – vía Elsevier Science Direct.
- ^ Qiao, Shen; Li, Hong-zhen; Yang, Zong-wei (junio de 2022). "Disminución de la higroscopicidad de la dinitramida de amonio (ADN) mediante cocristalización". Energetic Materials Frontiers . 3 (2): 84–89 – vía Elsevier Science Direct.
- ^ Matsunaga, Haroki; Katoh, Katsumi; Habu, Hiroto; Noda, Masaru; Miyake, Atsumi (noviembre de 2018). "Comportamiento térmico de mezclas de dinitramida amónica y nitrato de amina". Revista de Análisis Térmico y Calorimetría . 135 : 2677–2685 - a través de Academic Search Ultimate.
- ^ Kim, Ju Won; Bhosale, Vikas Khandu; Kim, Kyu-Seop; Lee, Seung Ho; Kwon, Sejin (2 de febrero de 2022). "Monopropulsor de dinitramida de amonio-H2O2 catalíticamente reactivo a temperatura ambiente para microsatélites". Avances en la investigación espacial . 69 (3): 1631–1644 - vía Elsevier Science Direct.
- ^ US 5714714, Stern, Alfred G.; Koppes, William M. y Sitzmann, Michael E. et al., "Proceso para preparar dinitramida de amonio", publicado el 3 de febrero de 1998, asignado a EE. UU., Secretario de la Marina
Lectura adicional
 | Este artículo incluye una lista de referencias generales , pero carece de suficientes citas en línea correspondientes . ( febrero de 2012 ) |
- Combustibles para cohetes modernos> PDF> Biblioteca en línea Hesiserman
- Libro de texto de química 1999 Prentice Press, Nueva York
- Subbiah Venkatachalam; Gopalakrishnan Santhosh; Kovoor Ninan Ninan (2004). "Una descripción general de las rutas sintéticas y las propiedades de la dinitramida de amonio (ADN) y otras sales de dinitramida". Propelentes, explosivos, pirotecnia . 29 (3): 178–187. doi :10.1002/prep.200400043.
- Chen, Fu-yao; Xuan, Chun-lei; Lu, Qiang-qiang; Xiao, Lei; Yang, Jun-qing; Hu, Yu-bing; Zhang, Guang-Pu; Wang, Ying-lei; Zhao, Feng-qi; Hao, Ga-zi; Jiang, Wei (enero de 2023). "Una revisión sobre la dinitramida de amonio oxidante de alta energía: su síntesis, descomposición térmica, higroscopicidad y aplicación en materiales energéticos". Tecnología de defensa . 19 : 163-195. doi : 10.1016/j.dt.2022.04.006 . ISSN 2214-9147.
