TKX-50
TKX-50 (Dihydroxylammonium-5,5′-bistetrazolyl-1,1′-diolat) ist eine instabile organische Verbindung, die sowohl als ein Vertreter der Stoffgruppe der Tetrazole als auch der organischen Hydroxylaminsalze angesehen werden kann. Der Stickstoffgehalt im Molekül beträgt 59,3 %.
| Strukturformel | |||||||
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| Allgemeines | |||||||
| Name | TKX-50 | ||||||
| Andere Namen |
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| Summenformel | C2H8N10O4 | ||||||
| Kurzbeschreibung |
farblose Kristalle[1] | ||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||
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| Eigenschaften | |||||||
| Molare Masse | 236,15 g·mol−1 | ||||||
| Aggregatzustand |
fest | ||||||
| Dichte | |||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa). | |||||||
Geschichte
BearbeitenDie erste Synthese und Charakterisierung der Verbindung erfolgte in der Arbeitsgruppe von Thomas M. Klapötke an der Universität München. Die Ergebnisse wurden im Jahr 2012 publiziert.[2]
Gewinnung und Darstellung
BearbeitenDie Herstellung der Verbindung erfolgt durch die Umsetzung von 5,5′-Bistetrazolyl-1,1′-diol (BTO) mit Hydroxylamin. Die Ausgangsverbindung BTO kann relativ einfach aus Glyoxal, Hydroxylamin, Chlor und Natriumazid erhalten werden.[5][6]
Eigenschaften
BearbeitenTKX-50 ist ein kristalliner Feststoff, der keinen Schmelzpunkt zeigt. Die Verbindung tritt in zwei polymorphen Kristallformen auf. Bei etwa 180 °C wird ein Phasenübergang zweiter Ordnung mit einer geringen Wärmekapazitätsänderung von etwa 0,3 J·K−1·mol−1 beobachtet, wobei eine Umwandlung der Tieftemperatur- in eine Hochtemperaturkristallform stattfindet. Dabei ändert sich das Kristallsystem von monoklin mit der Raumgruppe P21/c zu triklin mit der Raumgruppe P1.[7] Die Verbindung ist thermisch instabil. DSC-Messungen zeigen oberhalb von 215 °C eine exotherme Zersetzungsreaktion mit einer Zersetzungswärme von −2200 kJ·kg−1 bzw. −520 kJ·mol−1.[8][5][9] Die Standardbildungsenthalpie basierend auf Messungen mittels Verbrennungskalorimetrie beträgt 473 kJ·mol−1.[10] Die Verbindung ist mechanisch empfindlich gegenüber Schlag und Reibung. Wichtige Explosionskennzahlen sind:
Explosionsrelevante Eigenschaften Sauerstoffbilanz −27,1 %[5] Explosionswärme 6029 kJ·kg−1 %[5] Explosionstemperatur 3957 K[5] Detonationsgeschwindigkeit 9687 m·s−1[5] Detonationsdruck 425 kbar[5] Normalgasvolumen 846 l·kg−1[5] Schlagempfindlichkeit 20 J[2][5] Reibempfindlichkeit 120 N[2][5] Stahlhülsentest Grenzdurchmesser 10 mm, Typ H[11]
Verwendung
BearbeitenWegen der höheren Leistung wie der Detonationsgeschwindigkeit und des Detonationsdrucks im Vergleich zum Beispiel zu RDX oder HMX, der sehr geringen Schlagempfindlichkeit, sowie der relativ einfachen Synthese, ist die Verbindung als neuer Sekundärsprengstoff interessant.[2][12]
Literatur
Bearbeiten- Thomas M. Klapötke: TKX-50: A Highly Promising Secondary Explosive. In: Djalal Trache, Fouad Benaliouche, Ahmed Mekki (Hrsg.): Materials Research and Applications, Select Papers from JCH8-2019. Springer Nature Singapore Pte Ltd., 2021, ISBN 978-981-15-9222-5, S. 1–91, doi:10.1007/978-981-15-9223-2.
- Thomas M. Klapötke: Chemistry of High-Energy Materials. 5th Edition, Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston 2019, ISBN 978-3-11-062438-0, S. 305–311.
Weblinks
BearbeitenEinzelnachweise
Bearbeiten- ↑ Klapötke, T.M.: Energetic Materials Encyclopedia, Vol. A–D, Walter de Gruyter GmbH Berlin/Boston 2021, ISBN 978-3-11-067242-8, S. 482–488.
- ↑ a b c d e Niko Fischer, Dennis Fischer, Thomas M. Klapötke, Davin G. Piercey, Jörg Stierstorfer: Pushing the limits of energetic materials – the synthesis and characterization of dihydroxylammonium 5,5′-bistetrazole-1,1′-diolate. In: Journal of Materials Chemistry. Band 22, Nr. 38, 2012, S. 20418–20422, doi:10.1039/C2JM33646D.
- ↑ Li-Bai Xiao u. a.: Thermal behavior and safety of dihydroxylammonium 5,5′-bistetrazole-1,1′-diolate. In: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. Band 123, Nr. 1, 1. Januar 2016, S. 653–657, doi:10.1007/s10973-015-4830-7.
- ↑ Dieser Stoff wurde in Bezug auf seine Gefährlichkeit entweder noch nicht eingestuft oder eine verlässliche und zitierfähige Quelle hierzu wurde noch nicht gefunden.
- ↑ a b c d e f g h i j Patent DE102011081254A1: Energetische Wirkmasse umfassend ein Dihydroxylammoniumsalz oder Diammoniumsalz. Veröffentlicht am 21. Februar 2013, Erfinder: Thomas M. Klapötke, Niko Fischer, Dennis Fischer, Davin G. Piercey,Jörg Stierstorfer, Marius Reymann.
- ↑ Fischer, N.; Klapötke, T.M.; Reymann, M.; Stierstorfer, J.: Nitrogen-Rich Salts of 1H,1'H-5,5'-Bitetrazole-1,1'-diol: Energetic Materials with High Thermal Stability in Eur. J. Inorg. Chem. 2013, 2167–2180, doi:10.1002/ejic.201201192.
- ↑ Zhipeng Lu, Xianggui Xue, Liya Meng, Qun Zeng, Yu Chi, Guijuan Fan, Hongzhen Li, Zengming Zhang, Fude Nie, Chaoyang Zhang: Heat-Induced Solid−Solid Phase Transformation of TKX-50 in J. Phys. Chem. C 121 (2017) 8262–8271, doi:10.1021/acs.jpcc.7b00086.
- ↑ Hu Niu, Shusen Chen, Qinghai Shu, Lijie Li, Shaohua Jin: Preparation, characterization and thermal risk evaluation of dihydroxylammonium 5, 5′-bistetrazole-1, 1′-diolate based polymer bonded explosive. In: Journal of Hazardous Materials. Band 338, 15. September 2017, S. 208–217, doi:10.1016/j.jhazmat.2017.05.040.
- ↑ Dilip Badgujar, Mahadev Talawar: Thermal and Sensitivity Study of Dihydroxyl Ammonium 5,5′-Bistetrazole-1,1′-diolate (TKX-50)-based Melt Cast Explosive Formulations. In: Propellants, Explosives, Pyrotechnics. Band 42, Nr. 8, 2017, S. 883–888, doi:10.1002/prep.201600168.
- ↑ D. Fischer, V. Golubev, T. M. Klapötke, J. Stierstorfer: Synthesis and Characterization of Novel High-Nitrogen Secondary Explosives. In: Tagungsband die 21. Kalorimetrietage : Braunschweig, 27.-29. Mai 2015 / Veranstalter Gesellschaft für Thermische Analyse e. V., Physikalisch-Technische Bundesanstalt. ISBN 978-3-944659-02-2 (Abstract).
- ↑ Ernst-Christian Koch: High Explosives, Propellants, Pyrotechnics, Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston 2021, ISBN 978-3-11-066052-4, S. 659.
- ↑ D. M. Badgujar, M. B. Talawar, P. P. Mahulikar: Review of Promising Insensitive Energetic Materials. In: Central European Journal of Energetic Materials. Band 14, Nr. 4, 2017, S. 821–843, doi:10.22211/cejem/68905.