Амонијум перхлорат

Амонијум перхлорат
Идентификација
CAS број	7790-98-9 ;
3Д модел (Jmol)	интерактивна слика;
ChemSpider	23041 ;
ECHA InfoCard	100.029.305
	SMILES N.OCl(=O)(=O)=O; ; ; ; ; ;
Својства
Хемијска формула	ClH4NO4
Моларна маса	117,489
	Уколико није другачије напоменуто, подаци се односе на стандардно стање материјала (на 25 °C [77 °F], 100 kPa).
	Референце инфокутије

Амонијум перхлорат ("АП") је неорганско хемијско једињење, са формулом НХ₄ ЦлО₄, које има молекулску масу од 117,489 Da. То је безбојна или бело чврста супстанца која је растворљива у води. То је моћан оксидант. У комбинацији са горивом, може се користити као ракетно гориво које се зове композитно гориво од амонијум перхлората. Његова нестабилност га је довела до низа несрећа, као што је катастрофа у ПЕПЦОН-у.

У свом чистом стању, то је експлозив (по чему се разликује од калијум перхлората). За разлику од амонијум хлората, он је стабилно једињење. ^[1] Користи се као компонента неких експлозивних смеша за минирање, тзв шедити, уместо калијум хлората или перхлората. На пример, током Првог светског рата, Французи су користили шедит Б (82% НХ₄ЦлО₄, 13% динитротолуена, 5% рицинусовог уља) или једноставније мешавине 86–92% НХ₄ЦлО₄ и 14–8 % парафина; коришћени су за лансирање пројектила са малом цевном брзином, на пример минобацачке гранате или авионске бомбе. ^[2] Сличан материјал (78% НХ₄ЦлО₄, 16% парафина и 8% алуминијума) користили су Британци за пуњење нагазних мина. ^[3]

Због веће специфичне тежине (густине) амонијум перхлората, експлозиви припремљени са њим су јачи од оних припремљених са амонијум нитратом. Они су осетљивији на трење и пламен од хлоратних материјала. Њихова употреба у подземном рударству смањује могућност присуства хлороводоника у продуктима распадања. ^[4]

Амонијум перхлорат је један од најчешћих оксиданата у чврстим ракетним горивима. Смеше са његовим учешћем сагоревају релативно споро на нижој температури и производе мање дима од смеша са калијум перхлоратом. ^[5] Популарна горива се састоје од перхлоратног оксидатора и полимера са више сумпора, који истовремено служе као везиво и горив елемент. ^[6]

Амонијум перхлорат је био оксидационо средство коришћено у СРБ моторима.

Производња

Амонијум перхлорат (АП) се производи реакцијом између амонијака и перхлорне киселине. Овај процес је главни излаз за индустријску производњу перхлорне киселине. Со се такође може произвести реакцијом метатезе соли амонијума са натријум перхлоратом. Овај процес користи релативно ниску растворљивост НХ₄ЦлО₄, што је око 10% растворљивости натријум перхлората.^[7]

АП се кристалише као безбојни ромбоид.

Добија се реакцијом перхлорне киселине са амонијум хидроксидом:

ХЦлО₄ + НХ₄ОХ → НХ₄ЦлО₄ + Х₂О

У лабораторијским условима добија се из перхлорне киселине и амонијум бикарбоната:

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

Или индустријски се добија реакцијом размене између натријум перхлората ${\ce {NaClO4}}$ и растворљива со амонијума као што је амонијум хлорид, ${\ce {NH4Cl}}$ или амонијум сулфат ${\ce {(NH4)2SO4}}$ или амонијум карбонат ${\ce {(NH4)2CO3}}$ :

НаЦлО₄ + НХ₄Цл → НХ₄ЦлО₄ + НаЦл

Одвајање смеше соли је олакшано великом разликом у растворљивости амонијум перхлората и реагенаса и нуспроизвода натријум хлорида.

Декомпозиција

Као и већина амонијум соли, амонијум перхлорат се распада пре него што се отопи. Благо загревање резултира производњом хлороводоника, азота, кисеоника и воде.

4 НХ₄ЦлО₄ → 4 ХЦл + 2 Н₂ + 5 О₂ + 6 Х₂О

Сагоревање АП је прилично комплексно и широко се проучава. АП кристали се распадају пре него што се отопе, иако је уочен танак слој течности на површинама кристала током процеса сагоревања под високим притиском.^[8] Јако загревање може довести до експлозије. Комплетне реакције не остављају никакве остатке. Чисти кристали не могу да издрже пламен испод притиска од 2 МПа .

АП је оксидатор класе 4 (може да се подвргне експлозивној реакцији) за честице веће од 15 микрометара^[9] и класификован је као експлозиван за честице мање од 15 микрометара.^[10]^[11]

Особине

Особина	Вредност
Број акцептора водоника	5
Број донора водоника	2
Број ротационих веза	0
Партициони коефицијент^[12] (ALogP)	0,0
Растворљивост^[13] (logS, log(mol/L))	-0,6
Поларна површина^[14] (PSA, Å²)	106,4

Физичка својства

Безбојни кристали, у нормалним условима кристализују се у ромбоедарском облику. Густина 1,95 г/цм³. Изнад 125 °Ц (257 °Ф; 398 К) кубична модификација је стабилна. Добро се раствара у води - 20 г на 100 г воде при 25 °Ц (77 °Ф; 298 К).

Када се загреје изнад 150 °Ц (302 °Ф; 423 К), почиње распадање по аутокаталитичком механизму, а реакција је самоодржива егзотермна, понекад се такво разлагање назива „сагоревањем амонијум перхлората“, такво слојевито сагоревање се дешава у чистом амонијум перхлорату без адитива редукционих агенаса.

Реакција се завршава након распадања приближно 30% супстанце, а преостали део губи способност да се подвргне аутокаталитичкој разградњи. Да би се повратила својства распадања, остатак мора бити рекристализован. Када се загреје изнад 600 °Ц (1.112 °Ф; 873 К), долази до потпуног распадања, а не аутокаталитички. Екстремно загревање може изазвати експлозију.

Хемијска својства

Реакција распадања се дешава на 200°Ц:

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

При температурама већим од 300 °Ц, распада се на следећи начин:^[15]^[16]

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

Карактеристичне реакције

Разлаже се производећи хлор, кисеоник, азот и воду, са различитим брзинама описаним горе у зависности од интензитета загревања.

Апликације

Примарна употреба амонијум перхлората је у производњи погонских горива на чврсто гориво.^[17] Када се АП помеша са горивом (попут алуминијума у праху и/или са еластомерним везивом), може да генерише самоодрживо сагоревање при притисцима далеко испод атмосферског притиска. То је важан оксидант са вишедеценијском историјом употребе у чврстим ракетним горивима – лансирању у свемир (укључујући ракетни потисник Спаце Схуттле-а), војним, аматерским и хоби ракетама велике снаге, као и у неким ватрометима.

Неки "ломљиви" епоксидни лепкови садрже суспензије АП. Након загревања на 300 °Ц (572 °Ф; 573 К), АП разграђује органски лепак, разбијајући цементни спој.

Као и други перхлорати, он је јако оксидационо средство, што одређује његову употребу:

као део чврстих ракетних горива;^[18];
као део експлозива;
у саставу пиротехничких смеша.

Употреба

Важан је оксидант који се често користи као оксидант у ракетним моторима, у композитним погонским горивима познатим као композитна горива амонијум перхлората. Употреба укључује погонско гориво на чврсто гориво свемирских шатлова (Спаце Схуттле), као и многе друге ракете на чврсто гориво, аматерске ракете и хоби ракете велике снаге, као и велике ракете за различита лансирања у свемир и такође у војне сврхе.

Токсичност

Перхлорат сам по себи не представља велику акутну токсичност. На пример, натријум перхлорат има ЛД 50 за пацове је око 2–4 г/кг и брзо се елиминише након гутања.^[7] Међутим, показало се да хронична изложеност перхлоратима, чак и у ниским концентрацијама, изазива различите проблеме са штитном жлездом, јер се он узима уместо јода (истискујући биогени јод).^[19].

Производња амонијум перхлората је опасна. Дана 4. маја 1988. године у граду Хендерсон, близу Лас Вегаса, Невада, САД, дошло је до једне од највећих ненуклеарних пожара и и серије снажних експлозија у историји САД у фабрици амонијум перхлората ПЕПЦОН ("Пацифиц Енгинееринг Продуцтион Цомпани оф Невада"), у којој су погинуле 2 и повређене око 372 особе. Губици су процењени на више од 100 милиона долара. Највећу експлозију забележила је сеизмичка станица у Калифорнији као земљотрес јачине до 3,5 степени Рихтерове скале у радијусу од 1.000 км (620 ми). Разлог су били заваривачки радови у магацинима предузећа, где је било ускладиштено више од 4 хиљаде тона амонијум перхлората.^[20]

Неки видео снимци експлозија се могу видети на YоуТубе-у, довољно је само претражити ПЕПЦОН.

Амонијум перхлорат је компонента многих чврстих ракетних горива чијим сагоревањем настаје велики број супстанци штетних и опасних за човека: једињења хлора, азотних оксида, диоксина.

Види још

Перхлорна киселина

Референце

^ Урбаńски 1967, стр. 279.
^ Урбаńски 1967, стр. 280.
^ Урбаńски 1967, стр. 270.
^ Урбаńски 1967, стр. 279–280.
^ Урбаńски 1967, стр. 367.
^ Урбаńски 1967, стр. 369.
^ ^а ^б Хелмут Вогт, Јан Балеј, Јохн Е. Беннетт, Петер Wинтзер, Саеед Акбар Схеикх, Патризио Галлоне "Цхлорине Оxидес анд Цхлорине Оxyген Ацидс" ин Уллманн'с Енцyцлопедиа оф Индустриал Цхемистрy 2002, Wилеy-ВЦХ. {{|дои=10.1002/14356007.а06_483}}
^ Боггс, Т. L. (1970). „Дефлагратион Рате, Сурфаце Струцтуре анд Субсурфаце Профиле оф Селф-Дефлагратинг Сингле Црyсталс оф Аммониум Перцхлорате”. АИАА Јоурнал. 8 (5): 867—873. Бибцоде:1970АИААЈ...8..867Б. дои:10.2514/3.5780.
^ НФПА 400: Хазардоус Материалс Цоде, 2010
^ НФПА 495: Еxплосиве Материалс Цоде, 2010
^ "Девелопмент оф ан Енханцед Хазард Цлассифицатион Сyстем фор Оxидизерс Ресеарцх Пројецт, Тецхницал Репорт", Сафетy Енгинееринг Лабораториес, Инц., Тхе Фире Протецтион Ресеарцх Фоундатион, 13 Април 2006
^ Гхосе, А.К.; Висwанадхан V.Н. & Wендолоски, Ј.Ј. (1998). „Предицтион оф Хyдропхобиц (Липопхилиц) Пропертиес оф Смалл Органиц Молецулес Усинг Фрагмент Метходс: Ан Аналyсис оф АлогП анд ЦЛогП Метходс”. Ј. Пхyс. Цхем. А. 102: 3762—3772. дои:10.1021/јп980230о.
^ 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”. студме.орг. 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.
^ „"Перцхлорате: Овервиеw оф Иссуес, Статус, анд Ремедиал Ацтионс"” (ПДФ). Архивирано из оригинала (ПДФ) 15. 03. 2012. г. , ИТРЦ, Септембер 2005
^ „Рекордная самодельная ракета сняла свой полет на видео — Популярная механика”. Архивирано из оригинала 12. 03. 2015. г. Приступљено 07. 03. 2015.
^ Хелмут Вогт, Јан Балеј, Јохн Е. Беннетт, Петер Wинтзер, Саеед Акбар Схеикх, Патризио Галлоне Цхлорине Оxидес анд Цхлорине Оxyген Ацидс ин Уллманн’с Енцyцлопедиа оф Индустриал Цхемистрy 2002, Wилеy-ВЦХ. {2{ДОИ|10.1002/14356007.а06_483}}
^ „Унфаллберицхт дер Хендерсон-Катастропхе” (ПДФ). Архивирано из оригинала (ПДФ) 22. 01. 2021. г. (ПДФ, енглисцх; 1,62 МБ)

Библиографија

Урбаńски, Тадеусз (1967). Цхемистрy анд тецхнологy оф еxплосивес. III. Оxфорд: Пергамон Пресс.

Литература

Холлеман А. Ф.; Wиберг Е. (2001). Инорганиц Цхемистрy (1ст изд.). Сан Диего: Ацадемиц Пресс. ИСБН 0-12-352651-5.
Хоусецрофт, C. Е.; Схарпе, А. Г. (2008). Инорганиц Цхемистрy (3. изд.). Прентице Халл. ИСБН 978-0-13-175553-6.

Спољашње везе

Ammonium perchlorate

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

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

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

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

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

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

[Ullmann-7] а ^б Хелмут Вогт, Јан Балеј, Јохн Е. Беннетт, Петер Wинтзер, Саеед Акбар Схеикх, Патризио Галлоне "Цхлорине Оxидес анд Цхлорине Оxyген Ацидс" ин Уллманн'с Енцyцлопедиа оф Индустриал Цхемистрy 2002, Wилеy-ВЦХ. {{|дои=10.1002/14356007.а06_483}}

[8] Боггс, Т. L. (1970). „Дефлагратион Рате, Сурфаце Струцтуре анд Субсурфаце Профиле оф Селф-Дефлагратинг Сингле Црyсталс оф Аммониум Перцхлорате”. АИАА Јоурнал. 8 (5): 867—873. Бибцоде:1970АИААЈ...8..867Б. дои:10.2514/3.5780.

[9] НФПА 400: Хазардоус Материалс Цоде, 2010

[10] НФПА 495: Еxплосиве Материалс Цоде, 2010

[11] "Девелопмент оф ан Енханцед Хазард Цлассифицатион Сyстем фор Оxидизерс Ресеарцх Пројецт, Тецхницал Репорт", Сафетy Енгинееринг Лабораториес, Инц., Тхе Фире Протецтион Ресеарцх Фоундатион, 13 Април 2006

[12] Гхосе, А.К.; Висwанадхан V.Н. & Wендолоски, Ј.Ј. (1998). „Предицтион оф Хyдропхобиц (Липопхилиц) Пропертиес оф Смалл Органиц Молецулес Усинг Фрагмент Метходс: Ан Аналyсис оф АлогП анд ЦЛогП Метходс”. Ј. Пхyс. Цхем. А. 102: 3762—3772. дои:10.1021/јп980230о.

[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”. студме.орг. 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] „"Перцхлорате: Овервиеw оф Иссуес, Статус, анд Ремедиал Ацтионс"” (ПДФ). Архивирано из оригинала (ПДФ) 15. 03. 2012. г. , ИТРЦ, Септембер 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] Хелмут Вогт, Јан Балеј, Јохн Е. Беннетт, Петер Wинтзер, Саеед Акбар Схеикх, Патризио Галлоне Цхлорине Оxидес анд Цхлорине Оxyген Ацидс ин Уллманн’с Енцyцлопедиа оф Индустриал Цхемистрy 2002, Wилеy-ВЦХ. {2{ДОИ|10.1002/14356007.а06_483}}

[20] „Унфаллберицхт дер Хендерсон-Катастропхе” (ПДФ). Архивирано из оригинала (ПДФ) 22. 01. 2021. г. (ПДФ, енглисцх; 1,62 МБ)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]