ثنائي نترات الأمونيوم

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

ثنائي نترات الأمونيوم ( ADN ) مركب غير عضوي صيغته الكيميائية [ NH₄ ] [ N(NO₂ ) ₂ ] . وهو ملح الأمونيوم لحمض ثنائي نترات النيك HN(NO₂ ) ₂ . يتكون من كاتيونات الأمونيوم [ NH₄ ] ⁺ وأنيونات ثنائي نترات النيك −N ( NO₂ ) ₂ . يتحلل ADN بالحرارة لينتج عنه النيتروجين والأكسجين والماء فقط .

يُعدّ هذا المركب مؤكسدًا ممتازًا للصواريخ الصلبة، إذ يتميز بدفع نوعي (ISP) أعلى قليلًا من بيركلورات الأمونيوم ، والأهم من ذلك، أنه لا يُخلّف أبخرة كلوريد الهيدروجين المُسببة للتآكل . وتُعدّ هذه الخاصية ذات أهمية عسكرية أيضًا، لأن الدخان الخالي من الهالوجينات يصعب اكتشافه. يتحلل هذا المركب إلى غازات ذات كتلة جزيئية منخفضة، مما يُسهم في تحسين الأداء دون توليد درجات حرارة مرتفعة عند استخدامه في وقود المدافع أو الصواريخ . مع ذلك، فإن ملح ثنائي النتراميد أكثر عرضة للانفجار تحت درجات الحرارة العالية والصدمات مقارنةً بالبيركلورات.

أُفيد أن الوقود الأحادي FLP-106 القائم على ADN يتمتع بخصائص محسنة وأداء أعلى (ISP من259  ثانية مقابل252  ثانية ) والكثافة (1.362  جم/سم³ مقابل (1.240  جم/سم³ ) . [ 3 ]

تاريخ

تم اكتشاف ثنائي نترات الأمونيوم عام 1971 في معهد زيلينسكي للكيمياء العضوية في الاتحاد السوفيتي. في البداية، صُنفت جميع المعلومات المتعلقة بهذا المركب سريةً نظرًا لاستخدامه كوقود دافع للصواريخ، وخاصةً في صواريخ توبول-إم الباليستية العابرة للقارات . في عام 1989، تم تصنيع ثنائي نترات الأمونيوم بشكل مستقل في معهد SRI الدولي . حصل معهد SRI على براءات اختراع أمريكية ودولية لثنائي نترات الأمونيوم في منتصف التسعينيات، وفي ذلك الوقت كشف علماء من الاتحاد السوفيتي السابق عن اكتشافهم لهذا المركب.قبل 18  عامًا . [ 4 ]

مخاليط الوقود الدافع

يمكن مزج مادة ADN مع مواد دافعة تقليدية مثل النيتروسليلوز لتحسين توازن الأكسجين فيها . [ 5 ] ومن التحديات التي تواجه استخدام ADN قابليتها لامتصاص الرطوبة . وقد بحث هو وزملاؤه إمكانية تقليل هذه الخاصية عن طريق التبلور المشترك مع 3،4-ديامينوفورازان . [ 6 ]

هناك اهتمامٌ أيضاً باستخدام ADN لصنع وقود سائل أحادي الدفع . عند بلورة ADN مع إيثر تاجي ( 18C6 )، تنخفض استرطابيته بشكل كبير، ولكن يقلّ أداؤه كمتفجر أيضاً. [ 7 ] تم خلط ADN مع نترات الأمين لخفض درجة انصهاره لاستخدامه كوقود سائل أحادي الدفع. لم تتغير درجة حرارة بدء الاشتعال لـ ADN بشكل أساسي، ولكن لوحظ بعض التفاعل المتبادل مع نترات الأمين. [ 8 ] كما درس كيم وآخرون مخاليط ADN مع بيروكسيد الهيدروجين كوقود سائل أحادي الدفع محتمل. [ 9 ]

تحضير

توجد ما لا يقل عن 20 طريقة تركيبية مختلفة لإنتاج ثنائي نترات الأمونيوم. في المختبر، يمكن تحضير ثنائي نترات الأمونيوم عن طريق نترجة حمض السلفاميك أو أملاحه (هنا سلفامات الصوديوم) في درجات حرارة منخفضة بوجود حمض الكبريتيك المركز، متبوعًا بمعادلة حمض ثنائي نترات الأمونيوم الوسيط ( HN(NO₂ ) ₂ ) بالأمونيا: [ 10 ]

NaSO 3 NH 2 + 2 HNO 3 → NaHSO 4 + HN(NO 2 ) 2 + H 2 O
HN(NO 2 ) 2 + NH 3 → [ NH 4 ] [ N(NO 2 ) 2 ]

تُجرى هذه العملية تحت ضوء أحمر، لأن المركب يتحلل بفعل الفوتونات ذات الطاقة العالية . أما الطريقة المُحسّنة فتعتمد على تصنيع ثنائي نترات غوانيل يوريا (FOX-12) كنقطة بداية، ثم تفاعله مع هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) لتكوين ثنائي نترات البوتاسيوم (KDN)، وأخيرًا إنتاج ثنائي نترات الأمونيوم عبر تفاعل تبادل الأملاح بين KDN وكبريتات الأمونيوم . [ 10 ]

تشير مصادر أخرى إلى تخليق الأمونيوم من نترات الأمونيوم وحمض النيتريك اللامائي وحمض الكبريتيك المدخن (الأوليوم) الذي يحتوي على 20% من ثالث أكسيد الكبريت الحر . يجب إضافة قاعدة أخرى غير الأمونيا قبل تحلل ثنائي نترات الحمض. ويتم الحصول على المنتج النهائي عن طريق التبلور الجزئي .

هناك طريقة أخرى لتخليق اليوريثان تتطلب أربع خطوات وتُنتج مردودًا يصل إلى 60%. [ 11 ] يُنيتَر إيثيل كاربامات باستخدام حمض النيتريك:

CH 3 CH 2 −O−C(=O)−NH 2 + HNO 3 → CH 3 CH 2 −O−C(=O)−NH−NO 2 + H 2 O

ثم تفاعل مع الأمونيا لتكوين ملح الأمونيوم لـ N- نيتروييثان:

CH 3 CH 2 −O−C(=O)−NH−NO 2 + NH 3 → [ CH 3 CH 2 −O−C(=O)−N − −NO 2 ] [ NH + 4 ]

يتم نترجة هذا المركب مرة أخرى باستخدام خماسي أكسيد النيتروجين لتكوين ثنائي نتروكاربامات الإيثيل ونترات الأمونيوم:

[ CH₃CH₂ - O -C(=O)-N -- NO₂ ] [ NH₄⁺ ] + O(NO₂ ) ₂ → CH₃CH₂ - O - C ( =O ) -N ( NO₂ ) ₂ + [ NH₄ ] + NO₃⁻

وأخيرًا، يؤدي المعالجة بالأمونيا مرة أخرى إلى فصل ثنائي نترات الأمونيوم المطلوب وتجديد مادة اليوريثان الأولية:

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(NO 2 ) 2 ]

مراجع

  1. 1 2 "ثنائي نترات الأمونيوم" . pubchem.ncbi.nlm.nih.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18-07-2024 .
  2. 1 2 أوستمارك، هـ؛ بيم، يو. لانجليت، أ. ساندين، ر.؛ وينجبورج، ن. (1 يونيو 2000). "خصائص دينيترامايد الأمونيوم (ADN): الجزء الأول، الخصائص الأساسية والبيانات الطيفية". مجلة المواد النشطة . 18 ( 2– 3): 123– 138. بيب كود : 2000JEnM...18..123O . دوى : 10.1080/07370650008216116 . ردمك 0737-0652 . S2CID 94304770 .  
  3. ↑ لارسون، أندرس؛ وينغبورغ، نيكلاس (14 فبراير 2011). "الوقود الأخضر القائم على ثنائي نترات الأمونيوم (ADN)" (ملف PDF) . في: هول، جيسون (محرر). التطورات في تقنيات المركبات الفضائية . InTech. doi : 10.5772/13640 . ISBN 978-953-307-551-8.
  4. ↑ "أملاح ثنائي نترات الأمونيوم: ADN بالإضافة إلى أملاح أخرى" . معهد SRI الدولي . مؤرشف من الأصل بتاريخ 26-05-2012 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15-04-2012 .
  5. ↑ وانغ، تشيونغ؛ وانغ، شياو-هونغ؛ بان، تشينغ؛ تشانغ، هاي؛ يو، هونغ-جيان؛ بانغ، وي-تشيانغ (3 مارس 2023). " السلوك الحراري وآلية تفاعل ثنائي نترات الأمونيوم مع النيتروسليلوز" . مجلة Molecules . 28 (5): 2346. doi : 10.3390/molecules28052346 . PMC 10005589. PMID 36903591 .  
  6. ^ هو جين تاو ، دونغدونغ. وانغ، ينجلي؛ شياو، تشوان. هو، ييفي؛ تشو، تشى يونغ؛ رن ، تشونغكي (سبتمبر 2023). "دراسات على دينيتراميد الأمونيوم وكريستال 3،4-ديامينوفوزان لضبط الاسترطابية". المجلة الصينية للهندسة الكيميائية . 61 : 157– 164. دوى : 10.1016/j.cjche.2023.01.006 .
  7. ↑ تشياو، شين؛ لي، هونغ-تشن؛ يانغ، زونغ-وي (يونيو 2022). "تقليل استرطابية ثنائي نترات الأمونيوم (ADN) من خلال التبلور المشترك" . مجلة Energetic Materials Frontiers . 3 (2): 84-89 . Bibcode : 2022EMF.....3...84Q . doi : 10.1016/j.enmf.2022.03.001 .
  8. ^ ماتسوناجا، هاروكي؛ كاتوه، كاتسومي؛ هابو، هيروتو؛ نودا، ماسارو؛ مياكي ، أتسومي (نوفمبر 2018). "السلوك الحراري لمخاليط دينتراتاميد الأمونيوم ونترات الأمين". مجلة التحليل الحراري والسعرات الحرارية . 135 (5): 2677-2685 . دوى : 10.1007 / s10973-018-7875-6 .
  9. ^ كيم، جو وون؛ بوسالي، فيكاس خاندو؛ كيم، كيو سوب؛ لي، سيونغ هو؛ كوون ، سيجين (2 فبراير 2022). "درجة حرارة الغرفة التفاعلية الحفزية للأمونيوم ثنائي نيترامايد – H2O2 أحادية الدفع للأقمار الصناعية الصغيرة" . التقدم في أبحاث الفضاء . 69 (3): 1631–1644 . دوى : 10.1016/j.asr.2021.11.022 .
  10. 1 2 تشن، فو ياو؛ شوان، تشون لي؛ لو، تشيانغ تشيانغ؛ شياو، لي. يانغ، جون تشينغ؛ هو، يو بينغ؛ تشانغ، قوانغ بو؛ وانغ، يينغ لي؛ تشاو، فنغ تشي؛ هاو، جا زي؛ جيانغ ، وي (يناير 2023). "مراجعة على دينيتراميد الأمونيوم المؤكسد عالي الطاقة: تركيبه وتحلله الحراري واسترطابيته وتطبيقه في المواد النشطة" . تكنولوجيا الدفاع . 19 : 163– 195. دوى : 10.1016/j.dt.2022.04.006 . ردمك 2214-9147 . 
  11. ↑ براءة الاختراع الأمريكية رقم 5714714 ، ستيرن، ألفريد ج.؛ كوبس، ويليام م.؛ سيتزمان ، مايكل إي . وآخرون، "عملية تحضير ثنائي نترات الأمونيوم"، نُشرت في 3 فبراير 1998، مُخصصة للولايات المتحدة الأمريكية، وزير البحرية.