Nitroharnstoff

Sucht man nach „Harnstoffnitrat“, findet man sehr viele Infos, anderes als bei „Nitroharnstoff“. Nitroharnstoff wird aus Harnstoffnitrat hergestellt und zwar durch die Dehydratisierung mittels konzentrierter Schwefelsäure. Leider ist über Nitroharnstoff nicht wirklich viel bekannt, auch in vielen englischen Foren sucht man eher vergeblich nach Infos. Von daher konnte hier nur auf die Synthese des großen Sprengmeisters, Meyer und Urbanski zurückgegriffen werden.

 

Nitroharnstoff ist stark hygroskopisch (wasseranziehend) und zersetzt sich in demselben auch relativ schnell. Von daher sollte man ihn sehr gut trocknen, luftdicht verpacken und trocken lagern.

 

 

Warnhinweise
– Schwefelsäure ist ätzend!
– Die Temperatur muss während der gesamten Synthese überwacht werden!

 

 

Eigenschaften

Summenformel:CH3N3O3
CAS-Nummer:556-89-8
Molare Masse:105,1 g/mol
Sauerstoffwert:39,98%
Detonationsgeschwindigkeit:bis 7000 m/s
Schmelzpunkt:159 °C, Zersetzung
Bleiblockausbauchung:310 cm3

 

Weiterführende Links:
https://xplosives.net/filehost/Ebooks/Lex…nd%203.pdf
https://xplosives.net/filehost/Ebooks/Lex…stoffe.pdf
http://www.eliminierung.de/elim01.html

 

 

Dehydratisierung, was ist das?
Dehydratisierung ist im Grunde eine Eliminierung des Wassers aus einer chemischen Verbindung unter Einfluss eines wasserabspaltenden Mittels. Schwefelsäure ist beispielsweise so ein Mittel.

 

Hier kurz anhand der Reaktionsgleichung erklärt:

CH5N3O4+H2SO4=CH3N3O3+H2SO4+H2O

 

Die Schwefelsäure spaltet das Kristallwasser des Harnstoffnitrates ab, 1x CH5N3O4 verliert also 1x H2O, somit bleibt noch 1x CH3N3O3 übrig.

 

Theorie und Ansatz

CH5N3O4+H2SO4=CH3N3O3+H2SO4+H2O
123,07 g/mol+98,079 g/mol=105,1 g/mol+98,079 g/mol+18,0153 g/mol

 

Die Probe ist erfolgreich. Der kleine Unterschied entsteht durch das Auf- und Abrunden.

221,149 g/mol=221,1943 g/mol

 

Fürs Erste wird hier eine theoretische Ausbeute von max. 50 g angepeilt (die zweite Gleichung einfach   : 105,1// * 50 nehmen), also lauten die Mengen:

58,55g CH5N3O4+46,66g H2SO4 (100%)=50,00g CH3N3O3+Rest

 

Die Schwefelsäure hat 96 %, also:

46,66:0,96=48,61g H2SO4

 

Die Synthese an sich wirkt auf den ersten Blick einfach, allerdings ist die Ausbeute und die Löslichkeit von Nitroharnstoff ein entscheidendes Problem. Nitroharnstoff ist gut löslich in Wasser und Aceton. Ein gutes Nachspülen des Produktes mit Wasser ist also kaum möglich (maximal mit eiskaltem Wasser (ab -10°C)), sonst besteht hier die gleiche Problematik wie bei der Harnstoffnitrat Synthese.

Hier wird deshalb mit einem Eis-Salz-Bad gearbeitet. Wie man dieses aufbaut wird hier erklärt:
https://xplosives.net/mybb/thread-28672.html

 

 

Materialien
– 250 ml Becherglas
– 400 ml Becherglas
– Glastrichter
– Filter
– Auffanggefäß
– Gefrierfach
– Salz-Eis-Bad
– Magnetrührer + Rührfisch

 

 

Chemikalien
1. Ansatz (Theoretische Berechnungen) (FAIL)
– 58,55 g Harnstoffnitrat
– 48,61 g Schwefelsäure (96 %)
– 400 ml Ethanol

 

2. Ansatz (100 % Säureüberschuss)
– 58,55 g Harnstoffnitrat
– 97,22 g Schwefelsäure (96 %)
– 400 ml Ethanol

1-materialien

 

 

Fail – Das Unmögliche geschieht
Die Synthese wurde mehrere Male durchlaufen, trotzdem geschah immer wieder zum Ende der Synthese etwas, was eigentlich gar nicht möglich war. Statt durch die Wasserabspaltung Wärme abzugeben, passierte genau das Gegenteil. Die Mischung kühlte sogar unter die Temperatur des Eisbades ab.

Dies ist eigentlich theoretisch unmöglich. Erklären lässt sich das nur durch die hohe Menge an Wasser das während der Synthese entsteht. Dies scheint zu einer Rückreaktion von Wasser und Nitroharnstoff zu Harnstoff zu führen, welches sich dann löst und dabei Energie aus seiner Umgebung aufnimmt. Die Synthese kann also mit der berechneten Säuremenge gar nicht funktionieren, die Schwefelsäure ist schlicht „überfordert“. Darum wird in dieser Anleitung mit 100 % Säureüberschuss gearbeitet.

 

 

Durchführung
1) Zuerst baut man das Salz-Eis-Bad auf, zwar schmilzt das Eis schneller bei der Zugabe von Salz, allerdings kühlt die endotherme Reaktion die Säure um so mehr, Temperaturen unter 0 °C sind so zu halten.

2-aufbau 3-salz-eisbad

 

2) Die Schwefelsäure wird aus dem Gefrierfach geholt und in das eiskalte Becherglas im Eisbad gefüllt.

 

3) Nun fügt man schrittweise und unter ständigem Rühren das Harnstoffnitrat hinzu. Dabei sollte man die Temperatur bei 0 bis -3 °C halten. Wirklich nur schrittweise hinzugeben, die Temperatur steigt sonst zu stark an. Auch die Temperatur des Eisbades sollte man im Auge behalten.

4-temperatur-halten 5-temperatur-eisbad

 

4) Nach vollständiger Zugabe des Harnstoffnitrates wird noch 10 Minuten lang weiter umgerührt.  Als Ergebnis hat man eine sehr zähflüssige Masse, in der man  noch kein Nitroharnstoff erkennen kann.

6-oelige-fluessigkeit

 

5) Diese Masse wird nun in min. 500 ml Eiswasser gegossen. Das Nitroharnstoff fällt aus und wird so schnell es geht gefiltert. Im großen Sprengmeister werden nur 100 ml verwendet, was auch funktioniert, allerdings sollte man die Temperatur unter 5 °C halten – das gelingt nur, wenn man die Zugabe extrem langsam und mit sehr starker Kühlung vollzieht.

7-nitroharnstoff-faellt-aus 8-filtern 9-im-filter 10-noch-nasses-nitroharnstoff

 

 

Die Lösung mit der größeren Menge Eiswasser, wie sie auch in den Patenten gezeigt wird, ist praktikabler, wenn auch etwas Nitroharnstoff im Wasser verloren geht.

 

Nitroharnstoff muss unbedingt gut getrocknet und trocken gelagert werden, da es sich sehr schnell bei Feuchtigkeit zersetzt. Einmal umkristallisieren ist auf jeden Fall zu empfehlen.

Praktische Ausbeute: 32,57 g Nitroharnstoff (65,14 % der Theorie)

 

Zudem hat ChemPlayer auch eine Synthese veröffentlicht, diese ist leicht anders aber auch erfolgreich: