Нитромочевина

Нитромочевина (нитрокарбамид) — белый порошок, образующийся при нитровании мочевины, взрывчатое вещество.

Нитромочевина
Общие
Традиционные названия	нитрокарбамид
Хим. формула	CH₃N₃O₃
Физические свойства
Состояние	белый порошок
Плотность	1,73 г/см³
Термические свойства
Т. плав.	153—155 °C разл.
Химические свойства
Растворимость в воде	20±2 мг/мл
Растворимость в этаноле	17,2±0,6 мг/мл
Растворимость в метаноле	43±8 мг/мл
Растворимость в ацетоне	41±5 мг/мл
Классификация
Номер CAS	556-89-8
PubChem	62372
ChemSpider	56160
Номер EINECS	209-144-0
SMILES
C(=O)(N)N[N+](=O)[O-]
InChI
InChI=1S/CH3N3O3/c2-1(5)3-4(6)7/h(H3,2,3,5)
Приводятся данные для стандартных условий (25 ℃, 100 кПа), если не указано иное.

Восприимчивость к нагреванию и внешним воздействиям

Нагревание: t пл. 158 - 159°С (с разл.). При нагревании на сплаве Вуда до 360°С не вспыхивает.

Чувствительность к удару: При падении груза массой 10 кг с высоты 20 см наблюдалось 2 взрыва из 6 падений. Чувствительность к удару чуть меньше чем у тротила. Восприимчивость к детонации аналогична тротилу.

Чувствительность к трению: при растирании в неглазурованной фарфоровой ступке не наблюдается никакого эффекта (тетрил слабо потрескивает, тринитрофенол дает запах горения, ТНТ так же не дает никакого эффекта).

Восприимчивость к детонации: (в картонной гильзе) при p=0.65 детонирует от 0.25 г гремучей ртути, при p=0.90 не детонирует от 2 г гремучей ртути (КД №8).

Энергетические характеристики

По мощности взрыва превосходит тротил и нитрогуанидин. Фугасность ~310 мл. Теплота образования –55.9ккал/моль. Энтальпия образования -642.5ккал/кг. Теплота взрыва 3.86 МДж/кг. Работоспособность в баллистической мортире 105% от тротила. Скорость детонации 4700 м/с при плотн. 1.0 г/см³. Объем продуктов взрыва 853л/кг.

Обжатие медных столбиков

Вещество	мм
Нитромочевина	5.8
ТНТ	5.9
NH4NO3	0.2

*Тест на обжатие медных столбиков проводился с ВВ запресованных до плотности 1.0 в цинковых гильзах диаметром 30 мм, с толщиной стенок 0.5 мм; детонатор - 10 г пресованного ТНФ.

Испытания в Pb-блоке: Pb-блок - свинцовый блок размером 200 $\times$250 мм, столбик ВВ высотой 25 мм, диаметром 20.5 мм, p 0.9; пересчет расширения в мл на 10 г заряда в таблице ниже:

Pb-блок

Вещество	мл
Нитромочевина	320
Нитрат мочевины	275
Нитрогуанидин	240 (3051)
Нитрат аммония	130 (1601)
ТНТ	315

¹ При подрыве капсюлем-детонатором №8 с ТЭНом.

Скорость детонации нитромочевины

плотность	Скорость детонации, м/сек	Оболочка	Детонатор
0.65	3600	Картонная трубка диаметром 20 мм	10 г пресованной пикриновой кислоты
1.00	4700	20 мм
1.1	5480	Железная трубка диаметром 32 мм с толщиной стенок 3.5 мм
ТНТ с p 1.1	5240	То же	То же

Получение

Нитромочевина образуется при растворении нитрата мочевины в концентрированной, охлажденной ниже 0 °С серной кислоте или олеуме с последующей кристаллизацией продукта из воды. Описан также метод с использованием уксусного ангидрида в качестве водоотнимающего агента.

СН₃N₃O₃ = NH₂.CO.NH.NO₂ образуется при растворении азотно-кислой мочевины (см.) в крепкой, сильно охлажденной (ниже 0°С) серной кислоте (Тиле и Лахман); продукты реакции выливают на лед, осадок растворяют в десятерном по весу количестве воды (при нагревании не выше 55°С) и оставляют раствор медленно кристаллизоваться при обыкновенной температуре.

Физические и химические свойства

XLogP3: 0.46080 (XLogP3 - это атомно-аддитивный метод расчета коэффициента распределения октанол/вода (logP). Он дает значение logP для данного соединения путем суммирования вкладов атомов компонентов и поправочных коэффициентов)

Внешность：Нитромочевина имеет вид твердого кристаллического порошка от бесцветного до белого. Умеренно чувствительна к нагреву и ударам. Чрезвычайно мощное взрывчатое вещество. Разлагается с выделением токсичных паров оксида азота. Может взорваться под воздействием сильного тепла или огня. Основная опасность - это взрыв мгновенного действия, а не летящие снаряды или осколки.

Плотность：1,557г/см3

Температура плавления：158,5 °C (разложение)

Температура кипения：197,01°C (приблизительная оценка)

Коэффициент преломления: 1.5

Характеристики воспламеняемости： Термическое разложение токсичного газообразного оксида азота

Реакции воздуха и воды：Гидролиз происходит в воде

Реактивная группа：Амиды и имиды

Предупреждения о реактивности：Взрывчатый, разрывной, взрывчатое вещество

Профиль реактивности：Взрывоопасные соли ртути или серебра довольно чувствительны к нагреву и ударам, в то время как чистый материал гораздо более нечувствителен. Нитроорганические соединения, такие как НИТРОМОЧЕВИНА, являются как слабыми, так и сильными окислителями. При смешивании с восстановителями, включая гидриды, сульфиды и нитриды, они могут начать активную реакцию, которая завершается детонацией. Нитроалканы являются более мягкими окислителями, но все же бурно реагируют с восстановителями при более высоких температуре и давлении. Нитроалканы вступают в реакцию с неорганическими основаниями с образованием взрывоопасных солей. Присутствие оксидов металлов повышает термочувствительность нитроалканов.

Нитромочевина представляет собой бесцветное кристаллическое вещество, практически не растворимое в холодной воде, но растворимое в этаноле и диэтиловом эфире. При температуре выше 60 °С в присутствии воды легко разлагается с выделением N₂O. Для стабилизации вводят кислые добавки (сульфокислоты, щавелевую кислоту, бисульфаты и др.). Нитромочевина разлагается аммиаком и щелочами.

Нитромочевина обладает сильнокислой реакцией: она вытесняет уксусную кислоту и образует соли, имеющие среднюю реакцию. Её калиевая соль выпадает в осадок при смешении спиртовых растворов нитромочевины и гидроксида калия. Серебряная соль образуется в виде микроскопических призм при прибавлении раствора нитрата серебра к концентрированному водному раствору нитромочевины.

Установлено, что нитромочевина разлагается по следующему механизму. Первоначально она распадается на изоциановую кислоту и нитрамид. Затем нитрамид разлагается на воду и оксид азота(I). Также происходит гидролиз изоциановой кислоты с образованием аммиака и углекислого газа.

${\mathsf {H_{2}N{-}C(O){-}NHNO_{2}}}\rightarrow {\mathsf {HN{=}C{=}O+H_{2}NNO_{2}}};$

${\mathsf {H_{2}NNO_{2}}}\rightarrow {\mathsf {H_{2}O+N_{2}O}};$

${\mathsf {HN{=}C{=}O+H_{2}O}}\rightarrow {\mathsf {NH_{3}+CO_{2}}}$

Спектральные характеристики

В инфракрасном спектре нитромочевина даёт множество полос в области 3400—2700 см^-1, а также полосу колебания карбонильной группы при 1694 см^-1 и полосы поглощения при 1605 и 1305 см^-1 (колебание NO). В протонном ЯМР-спектре наблюдается два сигнала: пик протона, расположенного рядом с нитрогруппой, при 12 м. д. и пик протонов амидной группы при 7,12 м. д. (ацетон-d₆). В спектре ЯМР на ядрах ¹³С присутствует лишь сигнал при 151 м. д. (ДМСО-d₆), относящийся к единственному атому углерода в молекуле.

Применение

В 1915 году нитромочевина была предложена для применения в смесевых промышленных взрывчатых веществах. Самостоятельно не используется из-за низкой химической устойчивости, но является исходным продуктом для получения некоторых других взрывчатых веществ и продуктов химического синтеза. Наряду с нитрогуанидином дает при взрыве относительно «холодное пламя».

Ссылки

http://chemistry-chemists.com/N2_2013/P1/pirosprawka2012.pdf

http://www.studmed.ru/hmelnickiy-l-spravochnik-po-vzryvchatym-veschestvam-chast-ii_b4e9f07101b.html

Литература

• Oxley J. C., Smith J. L., Vadlamannati S., Brown A. C., Zhang G., Swanson D. S., Canino J.,. Synthesis and Characterization of Urea Nitrate and Nitrourea (англ.) // Propellants, Explosives, Pyrotechnics. — 2013. — Vol. 38, no. 3. — P. 335—344. — doi:10.1002/prep.201200178.
• https://www.echemi.com/products/pid_Seven44532-n-nitrocarbamide.html
• https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Nitrourea