Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №7

Эти реакции сопровождаются выделением тепла, соответственно 102 и 119 кДж на 1моль исходного нитрата аммония. Нетрудно заметить, что в молекуле NH₄NO₃ присутствуют одновременно окислитель (N+5) и восстановители (N-3, 0–2). Если энергия, выделяющаяся при распаде такой молекулы, может вызвать аналогичное превращение хотя бы одной из соседних молекул, вполне возможно, что эти реакции будут протекать со взрывом. Увы, это предположение нашло не одно подтверждение. Первый серьезный "эксперимент" — происшествие на складе химического завода в Оппау (Германия, 1921 г.). Там пытались раздробить слежавшуюся массу смеси нитрата и сульфата аммония небольшими зарядами динамита. Масса сдетонировала, в результате погибло около 1000 человек, разрушены сотни зданий. С тех пор произошло более 40 крупных аварий, связанных с детонацией нитрата аммония.

На основе нитрата аммония изготовляют недорогие бризантные смеси — аммоналы (избыток кислорода используется для окисления порошка алюминия) и аммотолы (смесь "кислородоизбыточного" NH₄NO₃ с "кислородонедостаточным" тринитротолуолом СН₃С₆Н₃(NО₂)₃). Аналогичные свойства проявляет другая аммониевая соль — перхлорат.

Способность нитрата аммония к самопроизвольному разложению в присутствии катализатора вы уже проверяли экспериментально (см. "Химию и жизнь" 1993, № 9). Логично предположить, что смесь нитрата аммония с углем будет замечательно гореть по уравнению:

(3) NH₄NO₃ + 0,5С = 2Н₂О + N₂ + 0,5СО₂

Сравним тепловой эффект реакции (3) с тепловым эффектом реакции (4);

(4) 2KNО₃ + 2,5С = К₂О + N₂ + 2,5СО₂

Для реакции (3) получаем:

ΔН°₂₉₈ = [(2∙(-242) + (0,5∙(- 394)) — (-365)] = -316 кДж;

Для реакции (4):

ΔН°₂₉₈ = [(-362) + (2,5∙(-394)] — (2∙(-495)] = -357 кДж.

Но надо учесть, что первая цифра относится к 86 г смеси, а вторая к 232 г. На килограмм стехиометрической смеси нитрата аммония с углем получаем энтальпию — 3674 кДж, а на килограмм нитрата калия с углем —1539 кДж.

Так что, если судить по уравнению (4) и термохимическому расчету, нитрат аммония — идеальный окислитель для пороховой смеси. Однако те из вас, кто видел эту соль, наверное, заметили, что в ней много влажных комков — недаром аммиачную селитру, используемую для удобрения, гранулируют. Очень высокая растворимость нитрата аммония не позволит держать порох сухим, поскольку данная соль впитывает пары воды из воздуха при относительной влажности более 67 % (эта гигроскопическая точка соответствует относительной влажности воздуха над насыщенным раствором соли при 20 °C). Пиротехники знают, что не стоит готовить смеси с солями, гигроскопическая точка которых ниже 75 %.

Гигроскопическая точка нитрата натрия — 77 %, нитрата калия — 92,5 %. В средней полосе относительная влажность воздуха часто превышает 80 %, при этом смеси на основе натриевой и аммиачной селитры быстро отсыреют. А примесь влаги в горючей смеси, как вы помните из предыдущих статей, снижает скорость горения.

Есть еще одна причина того, что смеси с окислителями-солями аммония — горят медленно. Не только известный вам хлорид, но и практически все остальные аммониевые соли способны возгоняться. Причем при возгонке аммиачная селитра начинает разлагаться:

(5) NH₄NO₃ = NH₃ + HNO₃ — 174,4 кДж.

При 200 °C давление паров над нитратом аммония составляет уже 839 Па и равновесие заметно сдвинуто вправо. При более высокой температуре начинаются реакции аммиака с азотной кислотой. Но этим экзотермическим реакциям предшествует эндотермическая стадия возгонки, охлаждающая поверхность горящей смеси. В результате смеси на основе нитрата аммония горят очень медленно, хотя и детонируют. Что ж, придется для будущих фейерверков доставать нитрат калия. В продаже встречаются удобрения — натриевая и аммиачная селитры. Их можно использовать для приготовления калиевой селитры.

Для того чтобы получить нитрат калия из аммиачной селитры, удобнее всего использовать карбонат калия (поташ), который продается в фотомагазинах. Приготовьте насыщенные растворы из рассчитанных количеств солей, слейте их и кипятите под тягой или на открытом воздухе:

(6) 2NH₄NO₃ + К₂СО₃ = 2KNО₃ + 2NH₃ — + СО₂ — + Н₂О

Кстати, эта реакция происходила и в древних ямах-селитряницах, где органические остатки были перемешаны с золой, содержащей много поташа.

Необходимые данные, для того чтобы получить нитрат калия из натриевой селитры, есть в задаче для 8-го (теперь 9-го класса). Попробуйте решить эту задачу самостоятельно.

В вашем распоряжении есть хлорид калия, карбонат калия и нитрат натрия. Растворимость солей (г соли на 100 г воды) при разных температурах приведена в таблице:

ЗАНЯТИЕ № 9