dinitramida de amonio

_El dinitramida de amonio ( ADN ) es un compuesto inorgánico con la fórmula química [ NH₄ ] [ N(NO₂ ) ₂ _] . Es la sal _de amonio del ácido dinitramínico HN(NO₂ ₎ ₂ _. Está compuesto por cationes de _amonio [ NH₄ ] ^⁺ y aniones dinitramida ^−N (NO₂ ₎ ₂ _. El ADN se descompone por calor, dejando únicamente nitrógeno , oxígeno y agua.

Es un excelente oxidante sólido para cohetes, con un impulso específico (ISP) ligeramente superior al del perclorato de amonio y, lo que es más importante, no genera humos corrosivos de cloruro de hidrógeno . Esta propiedad también es de interés militar, ya que el humo libre de halógenos es más difícil de detectar. Se descompone en gases de baja masa molecular, lo que contribuye a un mayor rendimiento sin generar temperaturas excesivas si se utiliza en propelentes para armas o cohetes . Sin embargo, la sal de dinitramida es más propensa a la detonación a altas temperaturas y bajo impacto que el perclorato.

Se informa que un monopropelente basado en ADN, FLP-106, tiene propiedades mejoradas y un rendimiento superior (ISP de259  s contra.252  s ) y densidad (1,362  g/cm³ ^frente a (1,240  g/cm³ ⁾ . ^{[ 3 ]}

El dinitramida de amonio se inventó en 1971 en el Instituto Zelinsky de Química Orgánica de la URSS. Inicialmente, toda la información relacionada con este compuesto se clasificó debido a su uso como propulsor de cohetes, en particular en los misiles balísticos intercontinentales Topol-M . En 1989, el dinitramida de amonio se sintetizó de forma independiente en SRI International . SRI obtuvo patentes estadounidenses e internacionales para el ADN a mediados de la década de 1990, momento en el que científicos de la antigua Unión Soviética revelaron que habían descubierto el ADN.18  años antes. ^{[ 4 ]}

El ADN se puede mezclar con propelentes convencionales como la nitrocelulosa para mejorar su balance de oxígeno . ^{[ 5 ]} Uno de los desafíos del uso de ADN es su higroscopicidad . Hu et al. han investigado la posibilidad de reducir la higroscopicidad del ADN mediante la cocristalización con 3,4-diaminofurazano . ^{[ 6 ]}

También existe interés en utilizar ADN para fabricar monopropelentes líquidos . Cuando el ADN se cocristaliza con un éter corona ( 18C6 ), la higroscopicidad se reduce considerablemente, pero también lo hace su rendimiento como explosivo. ^{[ 7 ]} El ADN se mezcló con nitratos de amina para reducir su punto de fusión y poder utilizarlo como monopropelente líquido. La temperatura de inicio de la reacción del ADN se mantuvo prácticamente inalterada, pero se observó cierta reacción cruzada con los nitratos de amina. ^{[ 8 ]} Kim et al. también han examinado mezclas de ADN con peróxido de hidrógeno como un posible monopropelente líquido. ^{[ 9 ]}

Existen al menos 20 rutas de síntesis diferentes que producen dinitramida de amonio. En el laboratorio, la dinitramida de amonio se puede preparar mediante la nitración del ácido sulfámico o sus sales (en este caso, sulfamato de sodio) a bajas temperaturas en presencia de ácido sulfúrico concentrado, seguida de la neutralización del ácido dinitramida intermedio ( HN(NO₂ ₎ ₂ ₎ con amoníaco: ^{[ 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 ]

El proceso se realiza bajo luz roja, ya que el compuesto se descompone por fotones de mayor energía . Una mejora de este método consiste en sintetizar dinitramida de guanilurea (FOX-12) como punto de partida, hacerla reaccionar con hidróxido de potasio (KOH) para formar dinitramida de potasio (KDN) y, finalmente, producir dinitramida de amonio mediante una reacción de metátesis de sales de KDN con sulfato de amonio . ^{[ 10 ]}

Otras fuentes informan sobre 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 mediante cristalización fraccionada .

Otra síntesis conocida como método de síntesis de uretano requiere cuatro pasos de síntesis y da como resultado un rendimiento de hasta el 60%. ^{[ 11 ]} 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 amoníaco para formar la sal de amonio del N -nitroutetano:

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

Este compuesto se nitra nuevamente con pentóxido de nitrógeno para formar dinitrocarbamato de etilo y nitrato de amonio:

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

Finalmente, el tratamiento con amoníaco separa nuevamente el dinitramida de amonio deseado 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(NO ₂ ) ₂ ]