Harnstoffnitrat

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Allgemeine Infos
Harnstoffnitrat ist ein Sekundärsprengstoff welcher sehr unempfindlich ist gegenüber Schock, Schlag und Reibung. Allerdings ist er auch sehr schwer zu zünden, vor allem in größeren Mengen und zudem auch noch hygroskopisch. Das bedeutet, er zieht Wasser aus der Luft an und wird so schnell unbrauchbar.

 

Er kam z.B. beim ersten Anschlag auf das World Trade Center 1993 zum Einsatz, wurde dann aber aufgrund seiner eher niedrigen Sprengkraft und der schweren Zündung durch andere Sprengstoffe verworfen. Wenn man bedenkt, wie billig 25kg Harnstoffsäcke sind und die niedrige Säurekonzentration, die man theoretisch benötigt, wird er allerdings für uns schon wieder interessant. Noch interessanter ist jedoch die Umformung von Harnstoffnitrat zu Nitroharnstoff über Schwefelsäure.

 

Die Detonationsgeschwindigkeit entspricht der von gutem ANFO oder HMTD. Die geringe Dichte ist ein gewisses Problem, genau wie die schwere Zündung. Kleine Mengen bis 30g kann man mit 1,5g HMTD zünden, solange der Sprengstoff knochentrocken ist. Größere Mengen brauchen unbedingt einen Booster und müssen ebenfalls extrem trocken sein. Sobald Harnstoffnitrat ein wenig feucht wird ist es kaum noch möglich, eine richtige „Durchzündung“ zu erreichen. Um die Sprengkraft zu steigern kann man Harnstoffnitrat noch mit Ammoniumnitrat oder Aluminiumpulver mischen, auch eine Nitrierung zum starken Nitroharnstoff mit konzentrierter Schwefelsäure ist möglich.

 

 

Warnhinweise
– Salpetersäure ist sehr ätzend! Unbedingt Schutzhandschuhe und Atemschutz tragen!
– Beim Arbeiten mit Harnstoffnitrat immer Schutzbrille und Atemschutz tragen!

 

 

Eigenschaften
Summenformel: CH5N3O4
CAS-Nummer: 124-47-0
Molare Masse : 123,07g/mol
Dichte: 1,69 g/cm3
Schmelzpunkt: 152 °C
Detonationsgeschwindigkeit: 4000-4500m/s
Bleiblockausbauchung: 270cm3
Schlagempfindlichkeit: keine Reaktion bis 50 Nm
Reibempfindlichkeit: keine Reaktion bis 353 N

 

 

Weiterführende Links
https://xplosives.net/filehost/Ebooks/Lex…nd%202.pdf
https://xplosives.net/wp/sekundaersprengs…offnitrat/
http://www.chemie.de/lexikon/Harnstoffnitrat.html

 

 

Theoretische Berechnungen

CH4N2O+HNO3=CH5N3O4
60,06 g/mol+63,01 g/mol=123,068 g/mol/:60,06
1g+1,04911g=2,04911g/*30
30g+31,473g (100%)=61,4735g

 

 

Für niedrigere Säurekonzentrationen:
31,473 : 0,70  = 44,96g   = 31,8ml HNO3 (70%)
31,473 : 0,60  = 52,45g   = 38,8ml HNO3 (60%)
31,473 : 0,34  = 92,56g   = 76,7ml HNO3 (34%)

 

Die Konzentration von 34% scheint die Mindestkonzentration der Säure zu sein, damit die Reaktion vollständig abläuft. Zudem macht die geringe Säurekonzentration die Synthese sicherer.
1. Material

 

 

Materialien
– 1 Becherglas 250ml
– 1 Becherglas 100ml (zum Wasser umfüllen)
– Tropftrichter (optional)
– Petrischalen
– Glastrichter
– Auffanggefäß (hier Saugflasche)
– 1 Laborthermometer
– 1 Laborlöffel
– Magnetrührer
– Glasschale
– Filter
– Feinwaage

 

 

Chemikalien
1. 30% Säureüberschuss
– 30,00g Harnstoff
– 68,19g Salpetersäure (60%)
– 50ml destilliertes Wasser (oder 75ml, siehe Punkt 1)
– 500ml Ethanol

 

2. 50% Säureüberschuss
– 30,00g Harnstoff
– 78,68g Salpetersäure (60%)
– 50ml destilliertes Wasser (oder 75ml, siehe Punkt 1)
– 500ml Ethanol

 

3. 70% Säureüberschuss
– 30,00g Harnstoff
– 89,16g Salpetersäure (60%)
– 50ml destilliertes Wasser (oder 75ml, siehe Punkt 1)
– 500ml Ethanol

 

 

 

Durchführung
1) Zuerst löst man 30g Harnstoff in ca. 50ml destilliertem Wasser auf. Dies sollte kein Problem darstellen, da bei 20°C theoretisch pro ml Wasser, 1g Harnstoff gelöst werden könnte. Trotzdem kann man dabei die Temperatur auf 50°C erwärmen.
2. Harnstoff abwiegen3. Lösung aufbauen4. Zugabe Harnstoff

 

In der Praxis hat sich gezeigt, das eine Lösung aus 50ml sehr dickflüssig wird und dem Magnetrührer Probleme bereitet. Wer dies vermeiden will kann auch 75ml destilliertes Wasser statt 50ml nehmen

 

 

 

2) Jetzt lässt man die Lösung auf Raumtemperatur abkühlen, baut ein Eisbad auf und stellt das Becherglas hinein
5. Tropftrichter aufbauen

 

 

 

3)  Unter ständigem Rühren wird nun tropfenweise die Salpetersäure hinzugefügt, die Temperatur sollte dabei 25°C nicht übersteigen. Bei den ersten Tropfen passiert noch nichts aber ab der Hinzugabe von ca. 4ml sieht man einen weißen Niederschlag, das Harnstoffnitrat.
6. Säure hinzugabe7. Temperatur von 15-25°C8. Nitrat bildet sich10. 2 Schichten

 

Ab jetzt ist auch ein stetiger Temperaturanstieg zu erkennen, die Temperatur sollte immer gegen 10°C gehalten werden. Ein Tropftrichter hat sich hierbei als sehr nützlich erwiesen.

 

 

 

4) Nach erfolgreicher Hinzugabe der Säure wird noch 10 Minuten weiter umgerührt, das Harnstoffnitrat gefiltert und mit 500ml Ethanol nachgespült.
9. Übersicht über ausfällung11. Filter aufbauen12. Lösung filtern14. Filter innen fern13. Filter innen nah

 

 

 

5) Das Trocknen gestaltet sich am einfachsten auf der Heizung. Frischhaltefolie drunter, Filter darauf und bei Stufe 2-3 des Heizkörpers konnte schon nach 24 Stunden kein Gewichtsverlust mehr durch die Verdampfung von Feuchtigkeit gemessen werden.

 

Das Trocknen im Backofen, wie im großen Sprengmeister erwähnt, kann man sich quasi schenken. Zwar ist Harnstoffnitrat ziemlich unempfindlich gegenüber Wärme aber eine Heizung tut’s ja auch, ebenso ein Trockenschrank oder der gute alte Heizungskeller.

 

 

 

Praktische Ausbeute
1. Ansatz 30% Säureüberschuss
– 30,00g Harnstoff
– 68,19g Salpetersäure (60%)
– 50ml destilliertes Wasser (oder 70ml, siehe Punkt 1)
– 500ml Ethanol

== >    43,94g Harnstoffnitrat

 

2. Ansatz 50% Säureüberschuss
– 30,00g Harnstoff
– 78,68g Salpetersäure (60%)
– 50ml destilliertes Wasser (oder 70ml, siehe Punkt 1)
– 500ml Ethanol

== >    43,99g Harnstoffnitrat

 

3. Ansatz 70% Säureüberschuss
– 30,00g Harnstoff
– 89,16g Salpetersäure (60%)
– 50ml destilliertes Wasser (oder 70ml, siehe Punkt 1)
– 500ml Ethanol

== >    43,79g Harnstoffnitrat

 

15. Trockenes Harnstoffnitrat

 

Wirklich trockenes Harnstoffnitrat ist ein feines weißes Pulver, es ähnelt am ehesten einer Form von Mehl. Beim Arbeiten damit sollte immer eine Schutzbrille und Atemschutz getragen werden, da es im trockenen Zustand schon deutlich staubt.

 

 

 

Waschen mit dest. Wasser
Beim Erstellen der Anleitung wurde zuerst mit destilliertem Wasser anstatt Ethanol gewaschen, da sich das Harnstoffnitrat eher schlecht in kaltem Wasser löst.
Hierbei konnte allerdings festgestellt werden, dass sich etwa 29% doch gelöst hatten. Dieser Rest kristallisierte im Kühlschrank, ohne dass der Gefrierpunkt erreicht wurde, aus, wie auf den folgenden Bildern zu sehen ist.
16. Kristallzylinder im Becherglas17. Kristallzylinder im Becherglas 218 Zylinder ohne glas19 Zylinder nah20. Zylinder Größe21. Sie lösen sich

 

 

 

harnstoff2

 

Bilder aus dem Mikroskop:
a-harnstoffnitrat-kristalle  b-harnstoffnitrat-kristallec-harnstoffnitrat-kristalle  d-harnstoffnitrat-kristalle e-harnstoffnitrat-kristalle  f-harnstoffnitrat-kristalle g-harnstoffnitrat-kristalle  h-harnstoffnitrat-kristalle

 

Fazit
Das mit Ethanol gewaschene Harnstoffnitrat lässt sich sehr gut zerkleinern und ist innerhalb weniger Stunden staubtrocken.
Den Tests nach schein hier das Optimum der praktischen Ausbeute erreicht zu sein und ein Säureüberschuss über 30% ist weniger sinnvoll.