imported>Orci: /* Darstellung und Gewinnung */ Zwischenprodukt ist Dinitroamin, nicht irgendein Salz davon

2026-03-30T20:27:54Z

Darstellung und Gewinnung: Zwischenprodukt ist Dinitroamin, nicht irgendein Salz davon

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{{Infobox Chemikalie
| Strukturformel = [[Datei:Ammonium dinitramide.svg|220px]]
| Name = Ammoniumdinitramid
| Andere Namen = ADN
| Summenformel = H4N4O4
| CAS = {{CASRN|140456-78-6}}
| EG-Nummer = 604-184-9
| ECHA-ID = 100.126.585
| PubChem = 10219428
| ChemSpider = 8394920
| Beschreibung = Farblose Kristalle<ref name="Venkatachalam">Venkatachalam, S.; Santhosh, G.; Ninan, K.N.: ''An Overview on the Synthetic Routes and Properties of Ammonium Dinitramide (ADN) and other Dinitramide Salts'' in [[Propellants, Explosives, Pyrotechnics]] 29 (2004) 178–187, {{DOI|10.1002/prep.200400043}}.</ref>
| Molare Masse = 124,06 g·[[mol]]−1
| Aggregat = fest
| Dichte = 1,812 g·cm−3 (20 °C)<ref name="Explosivstoffe">Köhler, J.; Meyer, R.; Homburg, A.: ''Explosivstoffe'', zehnte, vollständig überarbeitete Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 2008, ISBN 978-3-527-32009-7.</ref>
| Schmelzpunkt = 92,9 [[Grad Celsius|°C]] (Zersetzung ab 135 °C)<ref name="Explosivstoffe"/>
| Siedepunkt =
| Dampfdruck =
| Löslichkeit = sehr gut löslich in Wasser (78,1 Ma%, 20 °C<ref name="Wingborg"> Wingborg N.: ''Ammonium dinitramide–water: interaction and properties'' in [[J. Chem. Eng. Data]] 51 (2006) 1582–1586, {{DOI|10.1021/je0600698}}.</ref>), löslich in [[Methanol]], schwer löslich in [[n-Heptan|''n''-Heptan]], [[Dichlormethan]], [[Butylacetat]]<ref name="Energetic Materials Encyclopedia">[[Thomas M. Klapötke|Klapötke, T.M.]]: ''Energetic Materials Encyclopedia'', de Gruyter, Berlin/Boston 2021, ISBN 978-3-11-062681-0, S. 49–67.</ref>
| Quelle GHS-Kz = NV
| GHS-Piktogramme = {{GHS-Piktogramme|/}}
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| H = {{H-Sätze|/}}
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| P = {{P-Sätze|/}}
| Quelle P = 
| MAK =
}}

'''Ammoniumdinitramid''' (ADN) ist eine anorganische [[chemische Verbindung]] aus der Stoffgruppe der [[Nitramine]]. Es ist das [[Ammonium]]salz des [[Dinitroamin]]s (auch als Dinitraminsäure oder Dinitramid bezeichnet). Die hochenergetische Verbindung wird als [[Oxidator]] für [[Kraftstoff|Raketentreibstoff]]e und als [[Explosivstoff]] verwendet.<ref>{{Patent|Land=DE|V-Nr=10201937| Code=B4| Titel=Verfahren zur Herstellung von mit Additiven versetztem Ammoniumdinitramid (ADN)| A-Datum=2002-01-19| V-Datum=2005-08-04| Anmelder=Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.| Erfinder=Thomas Heintz et al}}</ref>

== Geschichte ==
Ammoniumdinitramid wurde erstmals ab 1971 in der damaligen [[Sowjetunion]] am Zelinskiy Institut für Organische Chemie in einer Arbeitsgruppe des russischen Chemikers [[Wladimir Alexandrowitsch Tartakowski]] entwickelt. Die Arbeiten wurden nicht veröffentlicht, da die Verbindung unter anderem als Raketentreibstoff für die [[Topol-M]]-[[Interkontinentalrakete]]n verwendet wurde. Unabhängig davon wurde die Verbindung 1989 am [[SRI International|SRI-International]]-Institut der [[Stanford University|Stanford-Universität]] neu hergestellt.<ref name="sri">{{cite web|url=https://www.sri.com/psd/research/adn.html |title=Dinitramide Salts: ADN Plus Other Salts |publisher=[[SRI International]] |accessdate=2012-04-15 |url-status=dead |archiveurl=https://web.archive.org/web/20120526005446/http://www.sri.com/psd/research/adn.html |archivedate=2012-05-26 |language=en}}</ref><ref name="Bottaro1997">Bottaro, J.C.; Penwell, P.E.; Schmitt, R.J.: ''1,1,3,3-Tetraoxo-1,2,3-triazapropene Anion, a New Oxy Anion of Nitrogen: The Dinitramide Anion and Its Salts'' in [[J. Am. Chem. Soc.]] 119 (1997) 9405–9410, {{DOI|10.1021/ja9709278}}.</ref> Mit der Offenlegung eines Patents von SRI<ref name="Bottaro Patent"> Bottaro, J.C.; Schmitt, R.J.; Penwell, P.E.; Ross, D.S.: ''Dinitramide Salts and Method of Making Same.'' Patent USA and Foreign, 5,254,324, 1993; International patent application No. WO 91/19669, published Dec 26, 1991.</ref> erfolgten auch wissenschaftliche Publikationen der russischen Wissenschaftler.<ref name="Tartakovsky1">Luk’yanov, O.A.; Anikin, O.V.; Gorelic, V.P.; Tartakovsky, V.A.: in IzV. Akad. Nauk Ser. Khim. 9 (1994) 1546–1549.</ref><ref name="Tartakovsky2">Luk’yanov, O.A.; Gorelic, V.P.; Tartakovsky, V.A.: in IzV. Akad. Nauk Ser. Khim. 9 (1994) 94–97.</ref><ref name="Tartakovsky3">Luk’yanov, O.A.; Konnova, Ya.V.; Klimova, T.A.; Tartakovsky, V.A.: in IzV. Akad. Nauk Ser. Khim. 7 (1994) 1264–1266.</ref>

== Darstellung und Gewinnung ==
Ammoniumdinitramid kann durch eine direkte [[Nitrierung]] von [[Ammoniak]] mittels [[Distickstoffpentoxid]] erhalten werden.<ref name="Explosivstoffe"/><ref name="Frenck1">Frenck, C.: ''Die Synthese von Ammoniumdinitramid aus Ammoniak und Distickstoffpentoxid'' in Wissenschaftliche Schriftenreihe des Fraunhofer ICT, Bd. 33, 2001, ISBN 978-3-8167-5882-2.</ref><ref name="Frenck2">Frenck, C.; Weisweiler, W.: ''Modellierung der Reaktion von Ammoniak mit Distickstoffpentoxid zur Synthese des halogenfreien Oxidators Ammoniumdinitramid für Raketen-Festtreibstoffe'' in [[Chem. Ing. Techn.]] 73 (2001) 1401–1407, {{DOI|10.1002/1522-2640(200111)73:11<1401::AID-CITE1401>3.0.CO;2-9}}.</ref>

:<chem>4 NH3 + 2 N2O5 -> NH4N(NO2)2 + 2 NH4NO3</chem>

Alternativ gewinnt man die Verbindung durch eine [[Ammonolyse]] von Dinitroamin, welche durch stufenweise Nitrierung von [[Urethan]]en, [[β,β′-Iminodipropionitril]] oder [[Nitramid]] entstehen. Die jeweils letzte Stufe der [[Nitrierung]] erfordert stärkste Nitrierreagenzien wie [[Nitroniumtetrafluoroborat]] oder Distickstoffpentoxid.<ref name="Explosivstoffe"/><ref name="Agrawal">J.P. Agrawal, R.D. Hodgon: ''Organic Chemistry of Explosives'', John Wiley & Sons Ltd 2007, ISBN 978-0-470-02967-1, S. 363–364.</ref>

[[Datei:Ammonium dinitramide synthesis01.svg|555px|center]]

== Eigenschaften ==
=== Physikalische Eigenschaften ===
Ammoniumdinitramid besteht aus festen, farblosen [[Kristall]]en. Die Verbindung tritt in zwei [[Polymorphie (Stoffeigenschaft)|polymorphen]] Kristallformen auf.<ref name="Energetic Materials Encyclopedia" /> Die bei Normaldruck existierende α–Form kristallisiert in einem [[Monoklines Kristallsystem|monoklinen Kristallgitter]] mit der [[Raumgruppe]]n mit ''P''21''/c''.<ref name="Gilardi">Gilardi, R.; Flippen-Andersson, J.; George, C.; Butcher, R.J.: ''A New Class of Flexible Energetic Salts: The Crystal Structures of the Ammonium, Lithium, Potassium, and Cesium Salts of Dinitramide'' in [[J. Am. Chem. Soc.]] 119 (1997) 9411–9416, {{DOI|10.1021/ja9709280}}.</ref> Die ebenfalls monokline β–Form existiert bei Drücken oberhalb von 20 GPa.<ref name="Sorescu">Sorescu, D.C; Thompson, D.L.: ''Classical and Quantum Mechanical Studies of Crystalline Ammonium Dinitramide'' in [[J. Phys. Chem. B]] 103 (1999) 6774–6782, {{DOI|10.1021/jp9911447}}.</ref><ref name="Russell">Russell, T.P. Piermarini, G.J.; Block, S.; Miller, P.J.: ''Pressure, Temperature Reaction Phase Diagram for Ammonium Dinitramide'' in J. Phys. Chem. 100 (1996) 3248–3251, {{DOI|10.1021/jp952144j}}.</ref>

Die Verbindung ist in Wasser sehr gut löslich. Die Löslichkeit steigt mit der Temperatur. Das binäre Phasendiagramm mit Wasser zeigt eine [[Eutektikum|eutektische]] Schmelze bei −15,3 °C bei einer Zusammensetzung mit 58 Ma.–% bzw. 16,7 Mol–% Ammoniumdinitramid.<ref name="Wingborg" />
{| class="wikitable left" style="text-align:center; font-size:90%"
|-
| class="hintergrundfarbe6" colspan="13" | '''Löslichkeit in Wasser'''<ref name="Wingborg" />
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" | Temperatur
| in °C || −15 || −10 || 0 || 20
|-
| class="hintergrundfarbe5" align="left" | Löslichkeit
| in Ma.-% || 58,3 || 62,7 || 69,3 || 78,1
|-
|}

=== Chemische Eigenschaften ===
Die Verbindung ist thermisch instabil. Schon ab Temperaturen oberhalb von 55 °C erfolgt in fester Phase eine langsame Zersetzung. Im ersten Reaktionsschritt erfolgt die Spaltung des Salzes als dissoziative Verdampfung in Ammoniak und Dinitraminsäure. Die Nitraminsäure zerfällt dann in [[Distickstoffmonoxid]] und [[Salpetersäure]]. Die Produkte Ammoniak und Salpetersäure bilden im letzten Schritt [[Ammoniumnitrat]].<ref name="Mishra">Mishra, I.B.; Russell, T.P.: ''Thermal stability of ammonium dinitramide'' in [[Thermochim. Acta]] 384 (2002) 47–56, {{DOI|10.1016/S0040-6031(01)00776-6}}.</ref><ref name="Vyazovkin2">Vyazovkin, S.; Wight, C.A.: ''Thermal Decomposition of Ammonium Dinitramide at Moderate and High Temperatures'' in [[J. Phys. Chem. A]] 101 (1997) 7217–7221 {{DOI|10.1021/jp963116j}}.</ref><ref name="Löbbecke">Löbbecke, S.; Krause, H.H.; Pfeil, A.: ''Thermal Analysis of Ammonium Dinitramide Decomposition'' in [[Propellants Explos. Pyrotech.]] 22 (1997) 184–188, {{DOI|10.1002/prep.19970220317}}.</ref> In fester Phase verläuft die Zersetzung mit einer [[Autokatalyse|autokatalytischen]] Kinetik.<ref name="Pavlov">Parlov, A.N.; Grebennikov, V.N.; Nazina, L.D.; Naxin, G.M.; Manelis, G.B.: ''Thermal decomposition of ammonium dinitramide and mechanism of anomalous decay of dinitramide salts'' in [[Russ. Chem. Bull.]] 48 (1999) 50–54.</ref>

:<chem>NH4N(NO2)2 -> NH3 + HN(NO2)2</chem>
:<chem>HN(NO2)2 -> N2O + HNO3</chem>
:<chem>HNO3 + NH3 -> NH4NO3</chem>

Die Zersetzung oberhalb des Schmelzpunktes in flüssiger Phase verläuft als stark exotherme Reaktion. [[Dynamische Differenzkalorimetrie|DSC-Messungen]] zeigen im Temperaturbereich zwischen 130 °C und 230 °C eine Zersetzungsreaktion mit einer spezifischen [[Reaktionsenthalpie]] von −240 kJ·mol−1 bzw. −1960 J·g−1.<ref name="Vyazovkin1">Vyazovkin, S.; Wight, C.A.: ''Ammonium Dinitramide: Kinetics and Mechanism of Thermal Decomposition'' in [[J. Phys. Chem. A]] 101 (1997) 5653–5658, {{DOI|10.1021/jp962547z}}.</ref><ref name="Muravyev">Muravyev, N.V.; Monogarov, K.A.; Bragin, A.A., Fomenkov, I.V.; Pivkina, A.N.: ''HP-DSC study of energetic materials. Part I. Overview of pressure influence on thermal behavior'' in [[Thermochim. Acta]] 631 (2016) 1–7, {{DOI|10.1016/j.tca.2016.03.018}}.</ref><ref name="Matsunaga">Hiroki Matsunaga; Hiroto Habu; Atsumi Miyake: ''Thermal decomposition of the high-performance oxidizer ammonium dinitramide under pressure'' in [[J. Therm. Anal. Calorim.]] 116 (2014) 1227–1232, {{DOI|10.1007/s10973-013-3626-x}}.</ref> Die Analyse der Zersetzungsprodukte mittels [[Thermogravimetrische Analyse|TGA]] gekoppelt mit [[Massenspektrometrie]] oder [[IR-Spektroskopie]] ergibt als Zersetzungsprodukten Ammoniak, Wasser, [[Stickstoffmonoxid]], Distickstoffmonoxid, [[Stickstoffdioxid]], [[Salpetrige Säure]] und Salpetersäure als Reaktionsprodukte.<ref name="Vyazovkin1" /><ref name="Löbbecke" /> Als konkurrierender Zerfallsweg wird eine Bildung von Stickstoffdioxid durch eine direkte N-N-Spaltung gesehen. Das instabile Intermediat HNNO2 zerfällt in Stickstoffmonoxid, Distickstoffmonoxid und Wasser.<ref name="Vyazovkin2" /><ref name="Holleman-Wiberg2017">[[Egon Wiberg|Wiberg, E.]]; [[Nils Wiberg|Wiberg, N.]]; [[Arnold F. Holleman|Holleman, A.F.]]: ''[[Holleman-Wiberg Lehrbuch der Anorganischen Chemie|Anorganische Chemie]]'', 103. Auflage, 2017 Walter de Gruyter GmbH & Co. KG, Berlin/Boston, ISBN 978-3-11-026932-1, S. 820–822, (abgerufen über [[Verlag Walter de Gruyter|De Gruyter]] Online).</ref> Die Schmelze zersetzt sich ebenfalls autokatalytisch, wobei ab 120 °C die Zersetzungskinetik in ein [[Kinetik (Chemie)#Reaktionen erster Ordnung|Reaktion erster Ordnung]] übergeht.<ref name="Pavlov" />

:<chem>NH4N(NO2)2 -> NH3 + HN(NO2)2</chem>
:<chem>HN(NO2)2 -> [HNNO2] + NO2</chem>
:<chem>2 [HNNO2] -> 2 NO + N2O + H2O</chem>

Eine summarische Reaktionsgleichung, die die verschiedenen Zersetzungsreaktion und -produkte berücksicht, kann, wie folgt, formuliert werden:<ref name="Brill">Brill, T.B.; Brush, P.J.; Patil, D.G.: ''Thermal decomposition of energetic materials 58. Chemistry of ammonium nitrate and ammonium dinitramide near the burning surface temperature'' in [[Combustion and Flame|Combust. Flame]] 92 (1993) 178–186, {{DOI|10.1016/0010-2180(93)90206-I}}.</ref>

:<chem>12 NH4N(NO2)2 -> 3 NH3 + 10 N2O + 6 NO2 + 15 H2O + 2 NO + 6 N2 +HNO3 + 2 NH4NO3</chem>

Die Zusammensetzung des Gemischs der Zersetzungsprodukte kann mit verschiedenen Reaktionsbedingungen variieren.<ref name="Vyazovkin1" /><ref name="Vyazovkin2" />

=== Explosionskenngrößen ===
Wichtige Explosionskennzahlen sind:
* [[Sauerstoffbilanz]]: +25,79 %<ref name="Wingborg" />
* [[Explosionswärme]]: 2668 kJ·kg−1 (H2O (g)).<ref name="Explosivstoffe"/>
* [[Sprengstoff#Spezifisches Schwadenvolumen (Normalgasvolumen)|Normalgasvolumen]]: 1084 l·kg−1.<ref name="Explosivstoffe"/>
* [[Sprengstoff#Spezifische Energie|Spezifische Energie]]: 843 kJ·kg−1<ref name="Explosivstoffe"/>
* [[Schlagempfindlichkeit]]: 4 N·m<ref name="Explosivstoffe"/>
* [[Reibempfindlichkeit]]: 64 N<ref name="Explosivstoffe"/>

== Verwendung ==
Ammoniumdinitramid ist ein festes [[Oxidationsmittel]], welches hauptsächlich für [[Raketentreibstoff#Heterogene Festtreibstoffe (Composits)|Mehrkomponenten-Raketenfesttreibstoff]] mit hoher Leistung verwendet wird. ADN und andere ähnliche Verbindungen sind der Gegenstand von mehreren Patenten für eine Verwendung als feste Mehrkomponenten-Raketenfesttreibstoffe und als [[Sprengstoffe]], beides für [[Pyrotechnik|pyrotechnische]] Verwendungen im Allgemeinen und für andere Verwendungen, wie bei Mitteln zum Aufblasen von [[Airbag]]s.<ref>{{Patent| Land=EP| V-Nr=1390323| Code=B1| Titel=Auf Ammoniumdinitritamid basierende flüssige Einkomponenten-Treibmittel mit verbesserter Verbrennungsstabilität und Lagerfähigkeit| A-Datum=2002-05-23| V-Datum=2007-07-04| Anmelder=ECAPS SE| Erfinder=Kjell Anflo, Niklas Wingborg}}</ref> ADN erscheint aufgrund seiner guten [[Sauerstoffbilanz]] und hohen [[Bildungsenthalpie]] als halogenfreies Oxidationsmittel für [[Raketentreibstoff|Raketenfesttreibstoffe]] interessant und ist derzeit Gegenstand intensiver Untersuchungen. Die Abwesenheit von [[Halogen]]en erschwert die [[Radar]]-Detektion der [[Abgas]]spur der [[Rakete]].<ref>[http://www.wissenschaft-online.de/abo/lexikon/chemie/442 Wissenschaft-Online]</ref>
{{Hauptartikel|Ammonium Dinitramide/Glycidyl Azide Polymer Composite Propellant}}

Es ist auch Bestandteil der monergolen flüssigen Treibstoffmischung [[LMP-103S]] für Satellitentriebwerke. Diese könnte das wesentlich giftigere [[Hydrazin]] als monergolen Treibstoff für Raumflugkörper ablösen<ref>{{internetquelle |hrsg=ESA |url=https://www.esa.int/esaCP/SEMPJQ9KF6G_index_0.html |sprache=en |titel=‘Green’ satellite fuel designed to make space safer |datum=2010-03-16 |zugriff=2011-07-09}}</ref>.

== Literatur ==
* Christian Frenck: ''Die Synthese von Ammoniumdinitramid aus Ammoniak und Distickstoffpentoxid'', Wissenschaftliche Schriftenreihe des Fraunhofer ICT 33, Pfinztal 2001, ISBN 978-3-8167-5882-2 [https://www.beck-shop.de/Frenck-Synthese-Ammoniumdinitramid-Ammoniak-Distickstoffpentoxid/productview.aspx?product=847384 Abstract]

== Einzelnachweise ==
<references/>

[[Kategorie:Raketentechnik]]
[[Kategorie:Kraftstoff]]
[[Kategorie:Nitramin]]
[[Kategorie:Ammoniumverbindung]]

Ammoniumdinitramid - Versionsgeschichte

imported>Orci: /* Darstellung und Gewinnung */ Zwischenprodukt ist Dinitroamin, nicht irgendein Salz davon