Химия - Нитрометан - Получение

01 марта 2011


Оглавление:
1. Нитрометан
2. Получение
3. Взрывчатые свойства
4. Очистка

В химической промышленности нитрометан обычно получают деструктивным нитрованием низших алканов, например, пропана, 50-70 % азотной кислотой при 400—700 °C. В этом процессе также получается нитроэтан, 1-нитропропан, 2-нитропропан. Смесь разделяется фракционированием.

В лаборатории нитрометан может быть получен по следующей реакции

ClCH₂COONa + NaNO₂ + H₂O → CH₃NO₂ + NaCl + NaHCO₃

или реакцией бромметана с нитритом серебра

CH₃Br + AgNO₂ → CH₃NO₂ + AgBr↓

также реакцией диметилсульфата с нитритом натрия

₂SO₄ + 2NaNO₂ → 2 CH₃NO₂ + Na₂SO₄

Применение

• Основное применение нитрометана — в качестве растворителя, для экстракции ароматических углеводородов, в производстве хлорпикрина, некоторых взрывчатых веществ.
• В качестве реактивного топлива
• Также используется как добавка к топливу для калильных двигателей внутреннего сгорания.
• В качестве топлива для гоночных болидов — «nitro», «Top fuel».

Содержание кислорода в нитрометане позволяет ему гореть с много меньшим количеством атмосферного воздуха по сравнению с углеводородами бензина:

4CH₃NO₂ + 3O₂ → 4CO₂ + 6H₂O + 2N₂

14,7 кг воздуха необходимо для сжигания килограмма бензина, но только 1,7 кг воздуха на один килограмм нитрометана. Так как цилиндр двигателя может содержать только ограниченное количество воздуха при каждом такте, в 8,7 раз больше нитрометана по сравнению с бензином может быть сожжено в один такт. Нитрометан,однако, имеет меньшую плотность энергии: бензин выделяет около 42–44 МДж/кг в то время как, нитрометан даёт 11,3 МДж/кг. Этот расчёт показывает, что нитрометан производит примерно в 2,3 раза больше мощности по сравнению с обычным топливом.

Нитрометан также может быть использован как монопропеллант, т. е. топливо, способное гореть без добавки кислорода, ниже уравнение этой реакции:

4 CH₃NO₂ → 4 CO + 4 H₂O + 2 H₂ + 2 N₂

Нитрометан имеет ламинарную скорость горения 0,5 м/с, таким образом делая его пригодным для высокоскоростных двигателей. Кроме того, температура пламени несколько выше — 2400 °C. Высокая удельная теплота парообразования вместе с высокой скоростью течения приводит к сильному охлаждению подходящего топлива, в результате получаются довольно низкие температуры.

Нитрометан часто используют в богатых воздушно-топливных смесях, поскольку он даёт энергию даже при отсутствии атмосферного кислорода. При использовании богатой воздушно-топливной смеси, часть продуктов сгорания — водород и монооксид углерода. Эти газы часто воспламеняются, иногда впечатляюще, когда очень богатые смеси ещё горящего топлива покидают выхлопные трубы. Очень богатые смеси необходимы, чтобы снизить температуру камеры сгорания, для управления предварительным зажиганием и последующей детонацией. Рабочие детали зависят от свойства смеси и характеристики двигателя.

Небольшое количество гидразина, смешанное с нитрометаном, может ещё больше увеличить выдаваемую мощность. Гидразин образует с нитрометаном взрывоопасную соль, тоже монопропеллант. Эта нестабильная смесь представляет серьёзную опасность и запрещена к применению в авиамодельном топливе.

В авиамоделизме и автомобильном калильном топливе основной ингредиент обычно метанол, с небольшой добавкой нитрометана и 10–20% смазки. Даже умеренные количества нитрометана приводят к увеличении мощности, выдаваемой двигателем, упрощая настройку двигателя.

Просмотров: 6474

<<< Муравьиная кислота