Nitroguanidyna

Nitroguanidyna (NGU) jest białą krystaliczną substancją o temperaturze topnienia w granicach 230 – 256 ⁰C. Nitroguanidyna posiada wyraźne właściwości wybuchowe. Detonuje z prędkością 6775 m/s przy gęstości ładunku 1,20 g/cm³ i może detonować z maksymalną prędkością 8200 m/s przy maksymalnej gęstości, która wynosi 1,71 g/cm³. jest mało wrażliwa na bodźce mechaniczne. Nie rozpuszcza się w wielu rozpuszczalnikach organicznych. Dobrze rozpuszcza się w gorącej wodzie. Wykazuje właściwości zasadowe. Nitroguanidyna nie znalazła zastosowania jako kruszący materiał wybuchowy, natomiast była szeroko stosowana jako składnik artyleryjskich prochów bezpłomiennych jako składnik przeciwerozyjny (prochy trój bazowe). Jednakże zaniechano tego ze względu na słabą rozpuszczalność w nitroglicerynie. Jest wykorzystywana jako produkt wyjściowy przy syntezie tetrazenu oraz jako składnik stałych paliw rakietowych do silników marszowych.

Nitroguanidynę otrzymuje się w prosty sposób działając kwasem siarkowym na azotan guanidyny.

Otrzymywanie

Odczynniki:

• Azotan(V) guanidyny
• Kwas siarkowy (VI)
• Woda amoniakalna
• Woda destylowana
• Aceton (opcjonalnie)

Skąd to wziąć?

• Azotan(V) guanidyny - sklepy chemiczne, lub własna synteza poprzez działanie kwasem azotowym(V) na guanidynę lub węglan guanidyny, które również można nabyć w sklepach chemicznych. Synteza samej guanidyny w laboratorium jest kłopotliwa
• Kwas siarkowy – sklepy chemiczne. Można też kupić 38% na stacjach benzynowych i w sklepach motoryzacyjnych jednakże trzeba taki zatężyć
• Woda amoniakalna- sklepy chemiczne. Można też zrobić własną. Nie trzeba wcale tak stężonej jednak lepiej kupić w sklepie chemicznym, z uwagi na jej czystość i cenę,
• Woda destylowana- stacje benzynowe, supermarkety, hipermarkety, sklepy motoryzacyjne

Sprzęt

• Termometr/termopara/elektroniczny termometr
• Mieszadło
• Pipeta/wkraplacz
• Zlewka (kilka sztuk)
• Elektryczna płyta grzejna/ kuchenka elektryczna
• Cylinder miarowy
• Bagietka
• Papierek uniwersalny

Do zlewki wlewamy 50  ml stężonego kwasu siarkowego (VI) i uruchamiamy mieszadło. Odważamy 50 g azotanu(V) guanidyny. Dodajemy powoli małymi porcjami (początkowo trochę szybciej), by temperatura osiągnęła poziom 35-40*C. Gdy temperatura osiągnie 35-40*C utrzymujemy ją na tym poziomie. Warto tutaj trzymać zlewkę w łaźni wodnej. Reakcja jest egzotermiczna. Temperaturę regulujemy tylko za pomocą dodawania azotanu(V) guanidyny i chłodzenia łaźnią wodną. Nie ma potrzeby grzania. Gdy dodamy całość substratu to mieszamy dalej aż roztwór będzie homogeniczny. Następnie sprawdzamy czy jest w miarę klarowny. W przypadku mieszadła może być z tym problem, bo roztwór jest gęsty i przy szybkim mieszaniu pojawią się pęcherzyki powietrza. W tym celu należy poczekać około 5 minut. Jeśli po tym czasie roztwór nie będzie klarowny to mieszamy dalej aż do uzyskania klarowności.

Gdy roztwór zrobi się klarowny przygotowujemy drugą zlewkę umieszczając w niej 150g lodu i 100g wody. Wlewamy do niej nasz roztwór i mieszamy bagietką. Wytrąci się  biały, serowaty, gęsty osad. Jest to nitroguanidyna. Gdy lód stopnieje, sączymy nasz osad. Produkt w zasadzie jest gotowy. Jednakże jest zanieczyszczony resztkami kwasu i będzie nietrwały. W tym celu należy go odkwasić. Osad z sączka przenosimy do zlewki z ZIMNĄ wodą. Pamiętajmy aby woda była bardzo zimna, gdyż woda cieplejsza lub o temperaturze pokojowej znacznie obniży wydajność reakcji. Dodajemy małymi porcjami wodę amoniakalną i po każdym dodaniu sprawdzamy pH. Dodajemy aż odczyn będzie obojętny lub lekko zasadowy. Odkwaszony osad sączymy. Osad jest już oczyszczony. Jednakże, aby nitroguanidyna miała lepsze parametry detonacyjne musimy poddać ją rekrystalizacji. W tym celu po odsączeniu bierzemy go do dużej zlewki i wlewamy do niej 500 ml wody destylowanej (najlepiej gorącej). Zlewkę ustawiamy w łaźni wodnej, a tę ustawiamy na elektrycznej płycie grzejnej. Uruchamiamy mieszadło i grzejemy do około 90*C. Mieszamy i grzejemy tak długo aż się rozpuści. Jeśli osad się nie rozpuści to mieszamy mocniej lub dodajemy wodę.

Gdy nitroguanidyna się rozpuści to odstawiamy płytę grzejną lub ją wyłączamy i czekamy aż temperatura osiągnie 30*C. Gdy to się stanie wstawiamy zlewkę do łaźni z wodą i lodem i czekamy aż osad się wytrąci. Przez ten czas bez przerwy mieszamy bagietką. Osad będzie miał postać białych, cieniutkich igieł Wytrącony osad sączymy, a następnie ubijamy i przemywamy acetonem, by wypłukać resztki wody. Osad suszymy.

UWAGI

• Przy wlewaniu kwasu siarkowego obowiązkowo nosimy okulary. Mieszadło lubi chlapnąć
• Termoparę lub elektroniczny termometr nie dajemy do kwasu nigdy bezpośrednio  tylko przez cienką rurkę wypełnioną wodę zanurzoną w układzie gdzie mierzymy temperaturę
• Dajemy powoli azotan(V) guanidyny często, ale w małych ilościach. Pamiętaj, aby kontrolować temperaturę
• Gdy wszystko jest w porządku nie wydzielają się żadne opary. Zbyt wysoka temperatura powoduje wydzielanie się oparów. W takim wypadku należy ochłodzić układ. Skutkuje to obniżeniem wydajności.
• Sączyć najlepiej próżniowo
• Do odkwaszenia nie musi być stężona woda amoniakalna
• Nie ma konieczności rekrystalizacji ale warto ze względu na podane wyżej przyczyny
• Nie ma potrzeby przemywania osadu nitroguanidyny acetonem, ale warto bo wypłukuje wodę

Literatura:

• J.Köhler, R.Meyer, Explosives, VCH, 1993,
• A. Maranda, S. Cudziło, J. Nowaczewski, A. Papliński , Podstawy chemii materiałów wybuchowych Warszawa 1997,
• S. Cudziło, A. Maranda, J.Nowaczewski, R. Trębiński, W.A. Trzciński Wojskowe materiały wybuchowe Wydawnictwo Wydziału Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Politechniki Częstochowskiej . Częstochowa 2000,
• W.P. Cetner Preparatyka materiałów wybuchowych Wydawnictwo WAT, Warszawa 1986

Artykuł napisał:
Andrzej N.
Dodał:
MaLuTkI