Pollux
06.06.2005, 19:05
Habe mal mein letztes Chemie Referat über Sprengstoffe reingestellt, wenn wer das Thesenblatt brauchen sollte, PM an mich. Einige Namen habe ich zerstückelt, mit Bindestrichen, da sie so während der Präsentation leichter auszusprechen sind.
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Referat Sprengstoffe 20.04.2005
Sehr geehrter Herr Professor, liebe Mitschüler
Ich möchte euch heute die wunderbare Welt der Sprengstoffe näher bringen, zuerst aber ein paar grundlegende Erläuterungen.
Sprengstoffe werden normalerweise chemisch hergestellt. Viele basieren auf Produkten der organischen Chemie und enthalten (fast) immer Stickstoff (N), Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O). Der Sauerstoff ist wichtig, um die chemische Reaktion (die Verbrennung) durchzuführen, der Stickstoff ist wichtig, da der entstehende molekulare Distickstoff (N2) bei seiner Bildung viel Energie abgibt.
Sprengstoffe sind also Verbindungen die unter bestimmten Bedingungen sehr schnell reagieren und dabei eine relativ große Energiemenge in Form von Hitze und einer Druckwelle freisetzen Die Geschwindigkeit, mit der sich die Reaktion im Sprengstoff ausbreitet, bestimmt die Brisanz des Sprengstoffes.
Ich möchte nun die wichtigsten Sprengstoffe vorstellen:
Tri-nitro-toluol (TNT)
Die Summenformel von TNT lautet C7H5N3O6. Es bildet hellgelbe, nadelförmige Kristalle und kann im Vakuum destilliert werden. In Wasser ist es sehr schwer löslich, gut löslich hingegen in Ether Aceton, Benzol und Pyridin. Mit seinem niedrigen Schmelzpunkt von 80,8 °C lässt sich TNT in Wasserdampf schmelzen und kann in Formen gegossen werden. TNT ist des Weiteren giftig und umweltgefährdend.
Herstellung:
Die Herstellung von TNT erfolgt durch direkte Nitrierung von Toluol mit Nitriersäure, welche aus hochprozentiger Schwefel - und Salpetersäure besteht. Der Einsatz von Mono- oder
Di-nitro-toluol als Ausgangsmaterial ist ebenfalls möglich.
Der Anwedungsbereich: ist äußerst weitläufig, vor allem bei militärische Operationen als Gefechtsladung. TNT wird auch für und gewerbliche Zwecke eingesetzt.
Bei der Anwendung muss der Sprengstoff allerdings durch eine Intialzündung zur Detonation gebracht werden; z.B einer Sprengkapsel.
Funktionsprinzip:
Er verdankt seine Explosivität, wie alle homogenen Explosivstoffe, seiner chemischen Instabilität. Chemisch homogene Explosivstoffe bestehen nicht aus einem Gemisch von Brennstoff und Sauerstoffträger sondern nur aus einer einzigen Substanz. Der für die Explosion nötige Brennstoff (Kohlenstoff und der Sauerstoff sind dabei im Molekül der Substanz gebunden, aber durch ein gering aktives Element voneinander getrennt (meist Stickstoff). Durch die Nähe von Brenn- und Sauerstoff auf molekularer Ebene und durch die Feinverteilung im kleinstmöglichen (atomaren) Maßstab kann eine optimale Umsetzung der Reaktionspartner erreicht werden.
Wird der Substanz durch ein geeignetes Verfahren (Erhitzung, Schlag oder beides) Energie zugeführt, wird das begrenzt stabil eingelagerte Stickstoffatom zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff entfernt und die Elemente verbinden sich. Wurde eine ausreichende Menge der Substanz gezündet, erhält die abgegebene Energie diese Reaktion aufrecht und die gesamte Stoffmenge wird umgesetzt. Diese Umsetzung erfolgt in einer sehr schnellen, schmalen Reaktionszone, welche ähnlich einer Welle die Substanz durchläuft. Die Geschwindigkeit dieser Reaktionszone erreicht bei leistungsfähigen Explosivstoffen mehrere tausend Meter pro Sekunde, damit verbunden kommt es zu einem extrem steilen Druck- und Temperaturanstieg.
Ein naher Verwandter des TNT ist das TNB
Tri-nitro-benzol (TNB) mit der Summenformel C6H3N3O6.
Die Herstellung von Tri-nitroto-benzol erfolgt durch direkte Nitrierung von Benzol mit Nitriersäure. Der Einsatz von Mono- oder Di-nitro-benzol als Ausgangsmaterial ist ebenfalls möglich.
Ein weiterer sehr wichtiger Sprengstoff ist das
Tri-amino-trinitro-benzol (kurz TATB)
Es hat die Summenformel C6H6N6O6
TATB ist ein starker und brisanter Sprengstoff, der in seiner Leistung TNT überlegen und zugleich äußerst unempfindlich ist. (wird auch nicht durch Abstürze, Einschüsse etc. gezündet) Somit ist TATB einer der wichtigsten Zündungssprengstoffe moderner Atomwaffen.
Vorallem die extreme Widerstandsfähigkeit wird durch intermolekulare und intramolekulare Wasserstoffbrücken erklärt, welche sich infolge der alternierenden Nitro- und Aminogruppen um den Benzolring ausbilden.
Glycerintrinitrat (Nitroglycerin) und Dynamit
Kommen wir nun zu einem recht bekannten Sprengstoff, dem Glyverintrinitrat.
mit der Summenformel C3H5(ONO2)3. Es handelt sich dabei um eine fabr- und geruchlose Flüssigkeit.
Glycerintrinitrat wird durch die Veresterung der drei Hydroxylgruppen von wasserfreiem Glycerin mit einer Mischung aus Salpetersäure und Schwefelsäure der so genannten Nitriersäure, hergestellt. Dabei dient die Schwefelsäure eigentlich nur dazu, das entstehende Wasser zu binden. Wegen des Sauerstoffüberschusses ist Glycerintrinitrat eine eher instabile Verbindung, die bereits durch eine geringe Aktivierungsenergie zu einer stark exothermen Reaktion gebracht werden kann.
Somit gestalten sich vor allem die Lagerung und der Transport besonders schwierig.
Es ist neben seinen hochexplosiven Eigenschaften des weiteres auch sehr giftig.
Um die Instabilität von Glycerintrinitrat zu umgehen, wird in Diatomit eingelagert. Es ist somit eine wichtigste Komponente für Dynamit. Dynamit besteht aus 1\3 Glycerintrinitrat , einem Teil Diatomit, und einem Drittel Natriumcarbonat. (Soda)
Vorteile: Es ist wesentlich stabiler und somit weitaus transportfähiger.
Nitro-tri-azolon (NTO)
ist eine energiereiche, heterozyklische Verbindung die hauptsächlich in Sicherheitssprengstoffen Anwendung findet.
Die Summenformel lautet C2H2N4O3.
NTO lässt sich durch Nitrierung von 1,2,4-Triazol-5-on (TO) mit 65%iger Salpetersäure bei 65-70°C herstellen. Die Umkristallisation aus Wasser mit Tensiden ergibt die geeignete runde Kornform.
Verwendungszweck ist wie schon erwähnt, aufgrund der erhöhten Unempfindlichkeit primär auf Sicherheitssprengstoffe und Sicherheitsmunition verlagert.
Einen weiteren hochexplosiven Sprengstoff den ich vorstellen möchte
das
Hexogen
----"---- hat die Summenformel C3H6N6O6 und ist ein farbloser, kristalliner Feststoff.
Man gewinnt Hexogen durch Nitrierung von Hexa-methyl-entetramin einem Kondensationsprodukt aus Formalinlösung und Ammoniak.
Das Hexogen-Molekül hat eine ringförmige Struktur mit drei Stickstoffatomen (Triazinring), es ist also ein Heterocyclus.
Die im Hexogen vorhandenen Nitrogruppen (-NO2) treten in vielen Sprengstoffen auf, zum Beispiel auch im TNT oder - als Salpetersäureestergruppe (-O-NO2) - im Nitroglycerin.
Hexogen ist auch der wichtgiste Bestandteil in dem sehr effektiven plastischen Sprengstoff C4.
Die Anwendung ist meistens militärischer Natur.
Ein weiterer Hochleistungssprengstoff ist
Nitropenta, der normalerweise aus Acetaldehyd und Formaldehyd synthetisiert wurde und wird heute durch Nitrierung von Pentaerythrit hergestellt.
Seine Summenformel lautet C5H8N4O12
Die Anwendungsbereiche, sind aufgrund der extremen Schlagempfindlichkeit jedoch sehr eingeschränkt, primäre Anwendung findet Nitropenta in Sprengschnüren.
Oktogen ist der Trivialname von Cyclo-tetra-methylen-tetra-nitramin, einem Sprengstoff mit der Summenformel C4H8N8O8.
Oktogen ist ein heterocyclischer Achtring.
Oktogen hat ähnliche explosive Eigenschaften wie Hexogen und zählt ebenfalls zu einer wichtigen Grundsubstanz militärischer und gewerblicher Sprengstoffe.
Octanitrocuban (kurz ONC)
ist wohl der effektivste Sprengstoff, mit einer Detonationsgeschwindigkeit von sagenhaften 10 km\s und schier unglaublichen 6000° Entfaltungstemperatur.
Die Summenformel lautet (C(NO2))8
Das Molekül hat ein Gerüst von acht Kohlenstoffatomen die einen Würfel bilden. An jedes Kohlenstoffatom ist eine Nitrogruppe gebunden. Es ist ein Derivat des Kohlenwasserstoffs Cuban(C8H8), bei dem die acht Wasserstoffatome des Kubans je durch eine Nitrofunktion ersetzt sind.
Die energiereiche Struktur der Würfelgeometrie sowie die ausgeglichene Sauerstoffbilanz ,die eine Reaktion zu Kohlendioxid (CO2) und Stickstoffgas (N2) ohne weitere Substanzen erlaubt, stellen eine der Voraussetzungen für einen brisanten Sprengstoff dar.
Aufgrund der sehr teuren Produktionsweise (durch die hohe Spannung des Kohlenstoffgerüsts) ist dieser Sprengstoff allerdings seltener und findet auch nur gezielte Anwendung bei präzisen militärischen Zielsetzungen.
Kommen wir nun zum König der Sprengstoffe:
Dem CL20
CL20, auch als Hexa-nitro-iso-wurt-zitan bzw. HNIW bekannt, ist einer der stärksten bekannten chemischen Sprengstoffe und gehört zur Gruppe der Nitramine
Es hat die Summenformel C6H6N12O12 und eine Detonationsgeschwindigkeit von schier unglaublichen 10300 m\s.
Neben der großen Anzahl von Nitrogruppen zeichnet vor allem die hohe Spannung im Molekül für die hohe Explosivkraft verantwortlich. Die Synthese gestaltet sich allerdings sehr aufwendig, somit ist eine ökonomische Produktion bis jetzt nocht nicht möglich ist
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Referat Sprengstoffe 20.04.2005
Sehr geehrter Herr Professor, liebe Mitschüler
Ich möchte euch heute die wunderbare Welt der Sprengstoffe näher bringen, zuerst aber ein paar grundlegende Erläuterungen.
Sprengstoffe werden normalerweise chemisch hergestellt. Viele basieren auf Produkten der organischen Chemie und enthalten (fast) immer Stickstoff (N), Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O). Der Sauerstoff ist wichtig, um die chemische Reaktion (die Verbrennung) durchzuführen, der Stickstoff ist wichtig, da der entstehende molekulare Distickstoff (N2) bei seiner Bildung viel Energie abgibt.
Sprengstoffe sind also Verbindungen die unter bestimmten Bedingungen sehr schnell reagieren und dabei eine relativ große Energiemenge in Form von Hitze und einer Druckwelle freisetzen Die Geschwindigkeit, mit der sich die Reaktion im Sprengstoff ausbreitet, bestimmt die Brisanz des Sprengstoffes.
Ich möchte nun die wichtigsten Sprengstoffe vorstellen:
Tri-nitro-toluol (TNT)
Die Summenformel von TNT lautet C7H5N3O6. Es bildet hellgelbe, nadelförmige Kristalle und kann im Vakuum destilliert werden. In Wasser ist es sehr schwer löslich, gut löslich hingegen in Ether Aceton, Benzol und Pyridin. Mit seinem niedrigen Schmelzpunkt von 80,8 °C lässt sich TNT in Wasserdampf schmelzen und kann in Formen gegossen werden. TNT ist des Weiteren giftig und umweltgefährdend.
Herstellung:
Die Herstellung von TNT erfolgt durch direkte Nitrierung von Toluol mit Nitriersäure, welche aus hochprozentiger Schwefel - und Salpetersäure besteht. Der Einsatz von Mono- oder
Di-nitro-toluol als Ausgangsmaterial ist ebenfalls möglich.
Der Anwedungsbereich: ist äußerst weitläufig, vor allem bei militärische Operationen als Gefechtsladung. TNT wird auch für und gewerbliche Zwecke eingesetzt.
Bei der Anwendung muss der Sprengstoff allerdings durch eine Intialzündung zur Detonation gebracht werden; z.B einer Sprengkapsel.
Funktionsprinzip:
Er verdankt seine Explosivität, wie alle homogenen Explosivstoffe, seiner chemischen Instabilität. Chemisch homogene Explosivstoffe bestehen nicht aus einem Gemisch von Brennstoff und Sauerstoffträger sondern nur aus einer einzigen Substanz. Der für die Explosion nötige Brennstoff (Kohlenstoff und der Sauerstoff sind dabei im Molekül der Substanz gebunden, aber durch ein gering aktives Element voneinander getrennt (meist Stickstoff). Durch die Nähe von Brenn- und Sauerstoff auf molekularer Ebene und durch die Feinverteilung im kleinstmöglichen (atomaren) Maßstab kann eine optimale Umsetzung der Reaktionspartner erreicht werden.
Wird der Substanz durch ein geeignetes Verfahren (Erhitzung, Schlag oder beides) Energie zugeführt, wird das begrenzt stabil eingelagerte Stickstoffatom zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff entfernt und die Elemente verbinden sich. Wurde eine ausreichende Menge der Substanz gezündet, erhält die abgegebene Energie diese Reaktion aufrecht und die gesamte Stoffmenge wird umgesetzt. Diese Umsetzung erfolgt in einer sehr schnellen, schmalen Reaktionszone, welche ähnlich einer Welle die Substanz durchläuft. Die Geschwindigkeit dieser Reaktionszone erreicht bei leistungsfähigen Explosivstoffen mehrere tausend Meter pro Sekunde, damit verbunden kommt es zu einem extrem steilen Druck- und Temperaturanstieg.
Ein naher Verwandter des TNT ist das TNB
Tri-nitro-benzol (TNB) mit der Summenformel C6H3N3O6.
Die Herstellung von Tri-nitroto-benzol erfolgt durch direkte Nitrierung von Benzol mit Nitriersäure. Der Einsatz von Mono- oder Di-nitro-benzol als Ausgangsmaterial ist ebenfalls möglich.
Ein weiterer sehr wichtiger Sprengstoff ist das
Tri-amino-trinitro-benzol (kurz TATB)
Es hat die Summenformel C6H6N6O6
TATB ist ein starker und brisanter Sprengstoff, der in seiner Leistung TNT überlegen und zugleich äußerst unempfindlich ist. (wird auch nicht durch Abstürze, Einschüsse etc. gezündet) Somit ist TATB einer der wichtigsten Zündungssprengstoffe moderner Atomwaffen.
Vorallem die extreme Widerstandsfähigkeit wird durch intermolekulare und intramolekulare Wasserstoffbrücken erklärt, welche sich infolge der alternierenden Nitro- und Aminogruppen um den Benzolring ausbilden.
Glycerintrinitrat (Nitroglycerin) und Dynamit
Kommen wir nun zu einem recht bekannten Sprengstoff, dem Glyverintrinitrat.
mit der Summenformel C3H5(ONO2)3. Es handelt sich dabei um eine fabr- und geruchlose Flüssigkeit.
Glycerintrinitrat wird durch die Veresterung der drei Hydroxylgruppen von wasserfreiem Glycerin mit einer Mischung aus Salpetersäure und Schwefelsäure der so genannten Nitriersäure, hergestellt. Dabei dient die Schwefelsäure eigentlich nur dazu, das entstehende Wasser zu binden. Wegen des Sauerstoffüberschusses ist Glycerintrinitrat eine eher instabile Verbindung, die bereits durch eine geringe Aktivierungsenergie zu einer stark exothermen Reaktion gebracht werden kann.
Somit gestalten sich vor allem die Lagerung und der Transport besonders schwierig.
Es ist neben seinen hochexplosiven Eigenschaften des weiteres auch sehr giftig.
Um die Instabilität von Glycerintrinitrat zu umgehen, wird in Diatomit eingelagert. Es ist somit eine wichtigste Komponente für Dynamit. Dynamit besteht aus 1\3 Glycerintrinitrat , einem Teil Diatomit, und einem Drittel Natriumcarbonat. (Soda)
Vorteile: Es ist wesentlich stabiler und somit weitaus transportfähiger.
Nitro-tri-azolon (NTO)
ist eine energiereiche, heterozyklische Verbindung die hauptsächlich in Sicherheitssprengstoffen Anwendung findet.
Die Summenformel lautet C2H2N4O3.
NTO lässt sich durch Nitrierung von 1,2,4-Triazol-5-on (TO) mit 65%iger Salpetersäure bei 65-70°C herstellen. Die Umkristallisation aus Wasser mit Tensiden ergibt die geeignete runde Kornform.
Verwendungszweck ist wie schon erwähnt, aufgrund der erhöhten Unempfindlichkeit primär auf Sicherheitssprengstoffe und Sicherheitsmunition verlagert.
Einen weiteren hochexplosiven Sprengstoff den ich vorstellen möchte
das
Hexogen
----"---- hat die Summenformel C3H6N6O6 und ist ein farbloser, kristalliner Feststoff.
Man gewinnt Hexogen durch Nitrierung von Hexa-methyl-entetramin einem Kondensationsprodukt aus Formalinlösung und Ammoniak.
Das Hexogen-Molekül hat eine ringförmige Struktur mit drei Stickstoffatomen (Triazinring), es ist also ein Heterocyclus.
Die im Hexogen vorhandenen Nitrogruppen (-NO2) treten in vielen Sprengstoffen auf, zum Beispiel auch im TNT oder - als Salpetersäureestergruppe (-O-NO2) - im Nitroglycerin.
Hexogen ist auch der wichtgiste Bestandteil in dem sehr effektiven plastischen Sprengstoff C4.
Die Anwendung ist meistens militärischer Natur.
Ein weiterer Hochleistungssprengstoff ist
Nitropenta, der normalerweise aus Acetaldehyd und Formaldehyd synthetisiert wurde und wird heute durch Nitrierung von Pentaerythrit hergestellt.
Seine Summenformel lautet C5H8N4O12
Die Anwendungsbereiche, sind aufgrund der extremen Schlagempfindlichkeit jedoch sehr eingeschränkt, primäre Anwendung findet Nitropenta in Sprengschnüren.
Oktogen ist der Trivialname von Cyclo-tetra-methylen-tetra-nitramin, einem Sprengstoff mit der Summenformel C4H8N8O8.
Oktogen ist ein heterocyclischer Achtring.
Oktogen hat ähnliche explosive Eigenschaften wie Hexogen und zählt ebenfalls zu einer wichtigen Grundsubstanz militärischer und gewerblicher Sprengstoffe.
Octanitrocuban (kurz ONC)
ist wohl der effektivste Sprengstoff, mit einer Detonationsgeschwindigkeit von sagenhaften 10 km\s und schier unglaublichen 6000° Entfaltungstemperatur.
Die Summenformel lautet (C(NO2))8
Das Molekül hat ein Gerüst von acht Kohlenstoffatomen die einen Würfel bilden. An jedes Kohlenstoffatom ist eine Nitrogruppe gebunden. Es ist ein Derivat des Kohlenwasserstoffs Cuban(C8H8), bei dem die acht Wasserstoffatome des Kubans je durch eine Nitrofunktion ersetzt sind.
Die energiereiche Struktur der Würfelgeometrie sowie die ausgeglichene Sauerstoffbilanz ,die eine Reaktion zu Kohlendioxid (CO2) und Stickstoffgas (N2) ohne weitere Substanzen erlaubt, stellen eine der Voraussetzungen für einen brisanten Sprengstoff dar.
Aufgrund der sehr teuren Produktionsweise (durch die hohe Spannung des Kohlenstoffgerüsts) ist dieser Sprengstoff allerdings seltener und findet auch nur gezielte Anwendung bei präzisen militärischen Zielsetzungen.
Kommen wir nun zum König der Sprengstoffe:
Dem CL20
CL20, auch als Hexa-nitro-iso-wurt-zitan bzw. HNIW bekannt, ist einer der stärksten bekannten chemischen Sprengstoffe und gehört zur Gruppe der Nitramine
Es hat die Summenformel C6H6N12O12 und eine Detonationsgeschwindigkeit von schier unglaublichen 10300 m\s.
Neben der großen Anzahl von Nitrogruppen zeichnet vor allem die hohe Spannung im Molekül für die hohe Explosivkraft verantwortlich. Die Synthese gestaltet sich allerdings sehr aufwendig, somit ist eine ökonomische Produktion bis jetzt nocht nicht möglich ist