Amonijum perhlorat

Amonijum perhlorat
Identifikacija
CAS broj	7790-98-9 ;
3D model (Jmol)	interaktivna slika;
ChemSpider	23041 ;
ECHA InfoCard	100.029.305
	SMILES N.OCl(=O)(=O)=O; ; ; ; ; ;
Svojstva
Hemijska formula	ClH4NO4
Molarna masa	117,489
	Ukoliko nije drugačije napomenuto, podaci se odnose na standardno stanje materijala (na 25 °C [77 °F], 100 kPa).
	Reference infokutije

Amonijum perhlorat ("AP") je neorgansko hemijsko jedinjenje, sa formulom NH₄ ClO₄, koje ima molekulsku masu od 117,489 Da. To je bezbojna ili belo čvrsta supstanca koja je rastvorljiva u vodi. To je moćan oksidant. U kombinaciji sa gorivom, može se koristiti kao raketno gorivo koje se zove kompozitno gorivo od amonijum perhlorata. Njegova nestabilnost ga je dovela do niza nesreća, kao što je katastrofa u PEPCON-u.

U svom čistom stanju, to je eksploziv (po čemu se razlikuje od kalijum perhlorata). Za razliku od amonijum hlorata, on je stabilno jedinjenje. ^[1] Koristi se kao komponenta nekih eksplozivnih smeša za miniranje, tzv šediti, umesto kalijum hlorata ili perhlorata. Na primer, tokom Prvog svetskog rata, Francuzi su koristili šedit B (82% NH₄ClO₄, 13% dinitrotoluena, 5% ricinusovog ulja) ili jednostavnije mešavine 86–92% NH₄ClO₄ i 14–8 % parafina; korišćeni su za lansiranje projektila sa malom cevnom brzinom, na primer minobacačke granate ili avionske bombe. ^[2] Sličan materijal (78% NH₄ClO₄, 16% parafina i 8% aluminijuma) koristili su Britanci za punjenje nagaznih mina. ^[3]

Zbog veće specifične težine (gustine) amonijum perhlorata, eksplozivi pripremljeni sa njim su jači od onih pripremljenih sa amonijum nitratom. Oni su osetljiviji na trenje i plamen od hloratnih materijala. Njihova upotreba u podzemnom rudarstvu smanjuje mogućnost prisustva hlorovodonika u produktima raspadanja. ^[4]

Amonijum perhlorat je jedan od najčešćih oksidanata u čvrstim raketnim gorivima. Smeše sa njegovim učešćem sagorevaju relativno sporo na nižoj temperaturi i proizvode manje dima od smeša sa kalijum perhloratom. ^[5] Popularna goriva se sastoje od perhloratnog oksidatora i polimera sa više sumpora, koji istovremeno služe kao vezivo i goriv element. ^[6]

Amonijum perhlorat je bio oksidaciono sredstvo korišćeno u SRB motorima.

Proizvodnja

Amonijum perhlorat (AP) se proizvodi reakcijom između amonijaka i perhlorne kiseline. Ovaj proces je glavni izlaz za industrijsku proizvodnju perhlorne kiseline. So se takođe može proizvesti reakcijom metateze soli amonijuma sa natrijum perhloratom. Ovaj proces koristi relativno nisku rastvorljivost NH₄ClO₄, što je oko 10% rastvorljivosti natrijum perhlorata.^[7]

AP se kristališe kao bezbojni romboid.

Dobija se reakcijom perhlorne kiseline sa amonijum hidroksidom:

HClO₄ + NH₄OH → NH₄ClO₄ + H₂O

U laboratorijskim uslovima dobija se iz perhlorne kiseline i amonijum bikarbonata:

{\ce {HClO4 + NH4HCO3 -> NH4ClO4 + CO2 + H2O}}

Ili industrijski se dobija reakcijom razmene između natrijum perhlorata ${\ce {NaClO4}}$ i rastvorljiva so amonijuma kao što je amonijum hlorid, ${\ce {NH4Cl}}$ ili amonijum sulfat ${\ce {(NH4)2SO4}}$ ili amonijum karbonat ${\ce {(NH4)2CO3}}$ :

NaClO₄ + NH₄Cl → NH₄ClO₄ + NaCl

Odvajanje smeše soli je olakšano velikom razlikom u rastvorljivosti amonijum perhlorata i reagenasa i nusproizvoda natrijum hlorida.

Dekompozicija

Kao i većina amonijum soli, amonijum perhlorat se raspada pre nego što se otopi. Blago zagrevanje rezultira proizvodnjom hlorovodonika, azota, kiseonika i vode.

4 NH₄ClO₄ → 4 HCl + 2 N₂ + 5 O₂ + 6 H₂O

Sagorevanje AP je prilično kompleksno i široko se proučava. AP kristali se raspadaju pre nego što se otope, iako je uočen tanak sloj tečnosti na površinama kristala tokom procesa sagorevanja pod visokim pritiskom.^[8] Jako zagrevanje može dovesti do eksplozije. Kompletne reakcije ne ostavljaju nikakve ostatke. Čisti kristali ne mogu da izdrže plamen ispod pritiska od 2 MPa .

AP je oksidator klase 4 (može da se podvrgne eksplozivnoj reakciji) za čestice veće od 15 mikrometara^[9] i klasifikovan je kao eksplozivan za čestice manje od 15 mikrometara.^[10]^[11]

Osobine

Osobina	Vrednost
Broj akceptora vodonika	5
Broj donora vodonika	2
Broj rotacionih veza	0
Particioni koeficijent^[12] (ALogP)	0,0
Rastvorljivost^[13] (logS, log(mol/L))	-0,6
Polarna površina^[14] (PSA, Å²)	106,4

Fizička svojstva

Bezbojni kristali, u normalnim uslovima kristalizuju se u romboedarskom obliku. Gustina 1,95 g/cm³. Iznad 125 °C (257 °F; 398 K) kubična modifikacija je stabilna. Dobro se rastvara u vodi - 20 g na 100 g vode pri 25 °C (77 °F; 298 K).

Kada se zagreje iznad 150 °C (302 °F; 423 K), počinje raspadanje po autokatalitičkom mehanizmu, a reakcija je samoodrživa egzotermna, ponekad se takvo razlaganje naziva „sagorevanjem amonijum perhlorata“, takvo slojevito sagorevanje se dešava u čistom amonijum perhloratu bez aditiva redukcionih agenasa.

Reakcija se završava nakon raspadanja približno 30% supstance, a preostali deo gubi sposobnost da se podvrgne autokatalitičkoj razgradnji. Da bi se povratila svojstva raspadanja, ostatak mora biti rekristalizovan. Kada se zagreje iznad 600 °C (1.112 °F; 873 K), dolazi do potpunog raspadanja, a ne autokatalitički. Ekstremno zagrevanje može izazvati eksploziju.

Hemijska svojstva

Reakcija raspadanja se dešava na 200°C:

{\ce {4NH4ClO4 -> 2Cl2 ^ + 3O2 ^ + 8H2O ^ + 2N2O ^}}

Pri temperaturama većim od 300 °C, raspada se na sledeći način:^[15]^[16]

{\ce {2NH4ClO4 -> Cl2 ^ + O2 ^ + 4H2O ^ + 2NO ^}}

Karakteristične reakcije

Razlaže se proizvodeći hlor, kiseonik, azot i vodu, sa različitim brzinama opisanim gore u zavisnosti od intenziteta zagrevanja.

Aplikacije

Primarna upotreba amonijum perhlorata je u proizvodnji pogonskih goriva na čvrsto gorivo.^[17] Kada se AP pomeša sa gorivom (poput aluminijuma u prahu i/ili sa elastomernim vezivom), može da generiše samoodrživo sagorevanje pri pritiscima daleko ispod atmosferskog pritiska. To je važan oksidant sa višedecenijskom istorijom upotrebe u čvrstim raketnim gorivima – lansiranju u svemir (uključujući raketni potisnik Space Shuttle-a), vojnim, amaterskim i hobi raketama velike snage, kao i u nekim vatrometima.

Neki "lomljivi" epoksidni lepkovi sadrže suspenzije AP. Nakon zagrevanja na 300 °C (572 °F; 573 K), AP razgrađuje organski lepak, razbijajući cementni spoj.

Kao i drugi perhlorati, on je jako oksidaciono sredstvo, što određuje njegovu upotrebu:

kao deo čvrstih raketnih goriva;^[18];
kao deo eksploziva;
u sastavu pirotehničkih smeša.

Upotreba

Važan je oksidant koji se često koristi kao oksidant u raketnim motorima, u kompozitnim pogonskim gorivima poznatim kao kompozitna goriva amonijum perhlorata. Upotreba uključuje pogonsko gorivo na čvrsto gorivo svemirskih šatlova (Space Shuttle), kao i mnoge druge rakete na čvrsto gorivo, amaterske rakete i hobi rakete velike snage, kao i velike rakete za različita lansiranja u svemir i takođe u vojne svrhe.

Toksičnost

Perhlorat sam po sebi ne predstavlja veliku akutnu toksičnost. Na primer, natrijum perhlorat ima LD 50 za pacove je oko 2–4 g/kg i brzo se eliminiše nakon gutanja.^[7] Međutim, pokazalo se da hronična izloženost perhloratima, čak i u niskim koncentracijama, izaziva različite probleme sa štitnom žlezdom, jer se on uzima umesto joda (istiskujući biogeni jod).^[19].

Proizvodnja amonijum perhlorata je opasna. Dana 4. maja 1988. godine u gradu Henderson, blizu Las Vegasa, Nevada, SAD, došlo je do jedne od najvećih nenuklearnih požara i i serije snažnih eksplozija u istoriji SAD u fabrici amonijum perhlorata PEPCON ("Pacific Engineering Production Compani of Nevada"), u kojoj su poginule 2 i povređene oko 372 osobe. Gubici su procenjeni na više od 100 miliona dolara. Najveću eksploziju zabeležila je seizmička stanica u Kaliforniji kao zemljotres jačine do 3,5 stepeni Rihterove skale u radijusu od 1.000 km (620 mi). Razlog su bili zavarivački radovi u magacinima preduzeća, gde je bilo uskladišteno više od 4 hiljade tona amonijum perhlorata.^[20]

Neki video snimci eksplozija se mogu videti na YouTube-u, dovoljno je samo pretražiti PEPCON.

Amonijum perhlorat je komponenta mnogih čvrstih raketnih goriva čijim sagorevanjem nastaje veliki broj supstanci štetnih i opasnih za čoveka: jedinjenja hlora, azotnih oksida, dioksina.

Vidi još

Perhlorna kiselina

Reference

^ Urbański 1967, стр. 279.
^ Urbański 1967, стр. 280.
^ Urbański 1967, стр. 270.
^ Urbański 1967, стр. 279–280.
^ Urbański 1967, стр. 367.
^ Urbański 1967, стр. 369.
^ ^а ^б Helmut Vogt, Jan Balej, John E. Bennett, Peter Wintzer, Saeed Akbar Sheikh, Patrizio Gallone "Chlorine Oxides and Chlorine Oxygen Acids" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH. {{|doi=10.1002/14356007.a06_483}}
^ Boggs, T. L. (1970). „Deflagration Rate, Surface Structure and Subsurface Profile of Self-Deflagrating Single Crystals of Ammonium Perchlorate”. AIAA Journal. 8 (5): 867—873. Bibcode:1970AIAAJ...8..867B. doi:10.2514/3.5780.
^ NFPA 400: Hazardous Materials Code, 2010
^ NFPA 495: Explosive Materials Code, 2010
^ "Development of an Enhanced Hazard Classification System for Oxidizers Research Project, Technical Report", Safety Engineering Laboratories, Inc., The Fire Protection Research Foundation, 13 April 2006
^ Ghose, A.K.; Viswanadhan V.N. & Wendoloski, J.J. (1998). „Prediction of Hydrophobic (Lipophilic) Properties of Small Organic Molecules Using Fragment Methods: An Analysis of AlogP and CLogP Methods”. J. Phys. Chem. A. 102: 3762—3772. doi:10.1021/jp980230o.
^ Tetko IV, Tanchuk VY, Kasheva TN, Villa AE (2001). „Estimation of Aqueous Solubility of Chemical Compounds Using E-State Indices”. Chem Inf. Comput. Sci. 41: 1488—1493. PMID 11749573. doi:10.1021/ci000392t.
^ Ertl P.; Rohde B.; Selzer P. (2000). „Fast calculation of molecular polar surface area as a sum of fragment based contributions and its application to the prediction of drug transport properties”. J. Med. Chem. 43: 3714—3717. PMID 11020286. doi:10.1021/jm000942e.
^ „Разложение неорганических окислителей”. studme.org. Архивирано из оригинала 2017-03-24. г. Приступљено 2017-03-02.
^ „Аммония перхлорат”. Химическая энциклопедия. Архивирано из оригинала 2018-01-04. г. Приступљено 2017-03-03.
^ „"Perchlorate: Overview of Issues, Status, and Remedial Actions"” (PDF). Архивирано из оригинала (PDF) 15. 03. 2012. г. , ITRC, September 2005
^ „Рекордная самодельная ракета сняла свой полет на видео — Популярная механика”. Архивирано из оригинала 12. 03. 2015. г. Приступљено 07. 03. 2015.
^ Helmut Vogt, Jan Balej, John E. Bennett, Peter Wintzer, Saeed Akbar Sheikh, Patrizio Gallone Chlorine Oxides and Chlorine Oxygen Acids in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH. {2{DOI|10.1002/14356007.a06_483}}
^ „Unfallbericht der Henderson-Katastrophe” (PDF). Архивирано из оригинала (PDF) 22. 01. 2021. г. (PDF, englisch; 1,62 MB)

Bibliografija

Urbański, Tadeusz (1967). Chemistry and technology of explosives. III. Oxford: Pergamon Press.

Literatura

Holleman A. F.; Wiberg E. (2001). Inorganic Chemistry (1st изд.). San Diego: Academic Press. ISBN 0-12-352651-5.
Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6.

Spoljašnje veze

Ammonium perchlorate

[FOOTNOTEUrbański1967279-1] Urbański 1967, стр. 279.

[FOOTNOTEUrbański1967280-2] Urbański 1967, стр. 280.

[FOOTNOTEUrbański1967270-3] Urbański 1967, стр. 270.

[FOOTNOTEUrbański1967279–280-4] Urbański 1967, стр. 279–280.

[FOOTNOTEUrbański1967367-5] Urbański 1967, стр. 367.

[FOOTNOTEUrbański1967369-6] Urbański 1967, стр. 369.

[Ullmann-7] а ^б Helmut Vogt, Jan Balej, John E. Bennett, Peter Wintzer, Saeed Akbar Sheikh, Patrizio Gallone "Chlorine Oxides and Chlorine Oxygen Acids" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH. {{|doi=10.1002/14356007.a06_483}}

[8] Boggs, T. L. (1970). „Deflagration Rate, Surface Structure and Subsurface Profile of Self-Deflagrating Single Crystals of Ammonium Perchlorate”. AIAA Journal. 8 (5): 867—873. Bibcode:1970AIAAJ...8..867B. doi:10.2514/3.5780.

[9] NFPA 400: Hazardous Materials Code, 2010

[10] NFPA 495: Explosive Materials Code, 2010

[11] "Development of an Enhanced Hazard Classification System for Oxidizers Research Project, Technical Report", Safety Engineering Laboratories, Inc., The Fire Protection Research Foundation, 13 April 2006

[12] Ghose, A.K.; Viswanadhan V.N. & Wendoloski, J.J. (1998). „Prediction of Hydrophobic (Lipophilic) Properties of Small Organic Molecules Using Fragment Methods: An Analysis of AlogP and CLogP Methods”. J. Phys. Chem. A. 102: 3762—3772. doi:10.1021/jp980230o.

[13] Tetko IV, Tanchuk VY, Kasheva TN, Villa AE (2001). „Estimation of Aqueous Solubility of Chemical Compounds Using E-State Indices”. Chem Inf. Comput. Sci. 41: 1488—1493. PMID 11749573. doi:10.1021/ci000392t.

[14] Ertl P.; Rohde B.; Selzer P. (2000). „Fast calculation of molecular polar surface area as a sum of fragment based contributions and its application to the prediction of drug transport properties”. J. Med. Chem. 43: 3714—3717. PMID 11020286. doi:10.1021/jm000942e.

[15] „Разложение неорганических окислителей”. studme.org. Архивирано из оригинала 2017-03-24. г. Приступљено 2017-03-02.

[16] „Аммония перхлорат”. Химическая энциклопедия. Архивирано из оригинала 2018-01-04. г. Приступљено 2017-03-03.

[17] „"Perchlorate: Overview of Issues, Status, and Remedial Actions"” (PDF). Архивирано из оригинала (PDF) 15. 03. 2012. г. , ITRC, September 2005

[18] „Рекордная самодельная ракета сняла свой полет на видео — Популярная механика”. Архивирано из оригинала 12. 03. 2015. г. Приступљено 07. 03. 2015.

[Ullmann2-19] Helmut Vogt, Jan Balej, John E. Bennett, Peter Wintzer, Saeed Akbar Sheikh, Patrizio Gallone Chlorine Oxides and Chlorine Oxygen Acids in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH. {2{DOI|10.1002/14356007.a06_483}}

[20] „Unfallbericht der Henderson-Katastrophe” (PDF). Архивирано из оригинала (PDF) 22. 01. 2021. г. (PDF, englisch; 1,62 MB)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]