Nitroguanidin
| Strukturformel | |||||||||||||||||||
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| Allgemeines | |||||||||||||||||||
| Name | Nitroguanidin | ||||||||||||||||||
| Andere Namen |
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| Summenformel | CH4N4O2 | ||||||||||||||||||
| CAS-Nummer | 556-88-7 | ||||||||||||||||||
| PubChem | 11174 | ||||||||||||||||||
| Eigenschaften | |||||||||||||||||||
| Molare Masse | 104,06 g·mol−1 | ||||||||||||||||||
| Aggregatzustand |
fest | ||||||||||||||||||
| Dichte |
1,78 g·cm−3[1] | ||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt | |||||||||||||||||||
| Löslichkeit |
wenig löslich in kaltem Wasser, löslich in heißem Wasser, sehr wenig löslich in Alkohol[3] | ||||||||||||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||||||||||||
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| Thermodynamische Eigenschaften | |||||||||||||||||||
| ΔHf0 | |||||||||||||||||||
| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | |||||||||||||||||||
Nitroguanidin (abgekürzt auch NiGu oder NQ), ist eine energiereiche, metastabile chemische Verbindung aus der Gruppe der Nitroimine, die als Komponente von Treibladungspulvern und Sicherheits-Sprengstoffen große Bedeutung besitzt.
Nitroguanidin selbst ist ein sehr unempfindlicher Sprengstoff, der sich durch eine besonders niedrige Detonationsenergie auszeichnet, aber dennoch eine Detonationsgeschwindigkeit von 8200 m·s−1 aufweist, die fast so hoch ist wie die von Hexogen (RDX, 8750 m·s−1).
Gewinnung und Darstellung
Nitroguanidin entsteht bei der Einwirkung von kalter konzentrierter Schwefelsäure auf Guanidiniumnitrat. Es kann auch durch die Umsetzung von Dicyandiamid mit Ammoniumnitrat hergestellt werden.[3]
Eigenschaften
Nitroguanidin bildet farblose, orthorhombische, nadelförmige Kristalle aus. Seine röntgenographisch bestimmte Dichte beträgt 1,78 g/cm³, sein Schmelzpunkt liegt bei 239 °C (Subl., Zers.). Nitroguanidin ist nicht hygroskopisch. Es ist schwer löslich in kaltem Wasser, Methanol und Ethanol, löslich in heißem Wasser (langsame Hydrolyse), Säuren und Basen (Zersetzung). Es bildet Additionsverbindungen mit Ketonen und Alkoholen.
Nitroguanidin existiert in zwei Formen: α-Nitroguanidin (stabil) und β-Nitroguanidin. Beide Formen werden durch Umkristallisation aus Wasser, Eisessig oder Ammoniak nicht verändert.
Wird β-Nitroguanidin in 96%iger Schwefelsäure gelöst und die Lösung in Wasser eingetragen, so scheidet sich α-Nitroguanidin ab.
Die thermische Zersetzung der Verbindung wird bei Temperaturen oberhalb von 150 °C relevant.[5] Als Zersetzungsprodukte werden Distickstoffmonoxid, Ammoniak, Stickstoffdioxid, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid beobachtet.[5]
Explosionskenngrößen
Nitroguanidin ist sehr unempfindlich und detoniert nur nach Initiierung mit einem Zündverstärker (Booster). Wichtige Explosionskennzahlen sind:
- Explosionswärme 3062 kJ·kg−1.[3]
- Detonationstemperatur 2800 K bei Maximaldichte berechnet nach [6]
- Detonationsgeschwindigkeit: 8200 m·s−1 bei der Maximaldichte[3]
- Detonationsdruck: 27 GPa [6]
- Detonationstemperatur: 2811 K [6]
- Bleiblockausbauchung 305 cm3/10 g[3]
- Schlagempfindlichkeit bis 50 N·m keine Reaktion[3]
- Reibempfindlichkeit bis 353 N Stiftbelastung keine Reaktion[3]
- Stahlhülsentest bei einem Grenzdurchmesser 1 mm keine Entzündung.[3]
Die Detonationsgeschwindigkeit, vD, des Nitroguanidins steigt, wie bei allen Sprengstoffen, mit dessen Dichte an. vD folgt im Bereich von 0,3–1,78 g·cm−3 folgendem Gesetz: vD = 1,44 + 4,015·Dichte [mm·µs−1][1] (siehe auch nachfolgende Grafik)
Nitroguanidin gehört zu den starken, aber schwer detonierenden Explosivstoffen. Dadurch erklärt sich die starke Abhängigkeit der Detonationsgeschwindigkeit vom Durchmesser. Eine Ladung mit einer Dichte von 0,95 g/cm3 hat in einem Rohr von 20 mm Innendurchmesser eine Detonationsgeschwindigkeit von 4340 m/s.
Verwendung
Nitroguanidin wird in Gas-erzeugenden Sätzen für Airbags und in sogenannten "kalten" Treibladungspulvern verwendet, welche die Läufe schonen und weniger Mündungsfeuer geben. NiGu ist unempfindlicher gegen Schlag, Reibung und Stoß als TNT, mit diesem jedoch hinsichtlich seiner Brisanz (Chemie), Leistung vergleichbar.
Nitroguanidin kommt als feinnadeliges LBDNQ (low bulk density nitroguanidine) sowie als körniges HBDNQ (high bulk density NQ) und sehr selten als kugeliges SHBDNQ (spherical high bulk density NQ) in den Handel.
Nitroguanidin ist ein Baustein für Insektizide aus der am schnellsten wachsenden Stoffklasse der Neonicotinoide, deren wichtigste Vertreter Imidacloprid (Bayer Crop Science), Clothianidin (Takeda, Bayer Crop Science), Thiamethoxam (Syngenta) und Dinotefuran (Mitsui Chemicals) sind.[7]
Struktur
In vielen Quellen z.B. auch [3] wird für Nitroguanidin eine falsche Strukturformel angegeben, wonach NQ ein Nitramin wäre. Allerdings steht durch Neutronenbeugung[8]und 1H- sowie 15N-NMR Experimente [9] eindeutig fest, dass Nitroguanidin ein Nitroimin ist.
Einzelnachweise
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 Terry R. Gibbs, Alphonse Popolato: LASL explosive property data. University of California Press, 1984, ISBN 978-0-52004012-0, S. 52–60 (eingeschränkte Vorschau in der Google Buchsuche).
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 Datenblatt Nitroguanidine bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 27. Januar 2013.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 Köhler, J.; Meyer, R.; Homburg, A.: Explosivstoffe, zehnte, vollständig überarbeitete Auflage,, Wiley-VCH, Weinheim 2008, ISBN 978-3-527-32009-7.
- ↑ Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Zubereitungen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
- ↑ 5,0 5,1 Yanchun Li, Yi Cheng: Investigation on the thermal stability of nitroguanidine by TG/DSC-MS-FTIR and multivariate non-linear regression, in: J. Therm. Anal. Calorim., 2010, 100, S. 949–953 (doi:10.1007/s10973-009-0666-3).
- ↑ 6,0 6,1 6,2 R. Doherty, R. L. Simpson, Comparative Evaluation of several insensitive high explosives, 28th International Annual ICT Conference, June 1997, Karlsruhe, Germany, V-32.
- ↑ P. Maienfisch: Synthesis and Properties of Thiamethoxam and Related Compounds, Z. Naturforsch., 2006, 61b, S. 353–359 (PDF).
- ↑ C. S. Choi: "Refinement of 2-Nitroguanidine by Neutron Powder Diffraction", in: Acta Cryst. B, 1981, 37, S. 1955–1957 (doi:10.1107/S0567740881007735).
- ↑ S. Bulusu, R. L. Dudley, J. R. Autera: "Structure of Nitroguanidine: Nitroamine or Nitroimine? New NMR Evidence from 15N-Labeled Sample and 15N Spin Coupling Constants", in: Magnetic Resonance in Chemistry, 1987, 25, S. 234–238 (doi:10.1002/mrc.1260250311).