Ethylendinitramin ist eine organische Verbindung, die der Stoffgruppe der Nitramine zugeordnet werden kann. Wie auch andere Stoffe dieser Gruppe besitzt es explosionsgefährliche Eigenschaften und wird als Sprengstoff verwendet.

Geschichte

Die Verbindung wurde erstmals im Jahre 1887 von A.P.N. Franchimont und E.A. Klobbie beschrieben. Der Einsatz als militärische Sprengstoff erfolgte ab 1935.

Darstellung und Gewinnung

Die Synthese geht im ersten Schritt von Harnstoff 1 und Ethylencarbonat 2 aus, aus welchen unter Druck Ethylenharnstoff gebildet wird. Dieser wird anschließend mit Mischsäure nitriert. Der resultierende Dinitroethylenharnstoff ergibt dann unter Abspaltung von Kohlendioxid das Endprodukt Ethylendinitramin 3.

Eigenschaften

Ethylendinitramin bildet orthorhombische, farblose Kristalle. Es ist nicht hygroskopisch. Die Verbindung schmilzt bei 177 °C mit einer Schmelzenthalpie von 29,5 kJ·mol⁻¹. Als zweibasige Säure bildet es die entsprechenden Salze. Die Säurekonstanten betragen pK_a1 5,31 und pK_a2 6,64. Die Blei- und Silbersalze sind schlagempfindlich. Die Verbindung ist durch Schlag, Reibung, Feuer und andere Zündquellen besonders explosionsgefährlich und fällt im Umgang unter das Sprengstoffgesetz. Wichtige Explosionskenngrößen sind:

Tabelle mit wichtigen explosionsrelevanten Eigenschaften:

Sauerstoffbilanz	−32 %
Stickstoffgehalt	37,33 %
Normalgasvolumen	1047 l·kg−1
Explosionswärme	4699 kJ·kg−1 (H2O (l)) 4281 kJ·kg−1 (H2O (g))
Spezifische Energie	1260 kJ·kg−1 (128,5 mt·kg−1)
Bleiblockausbauchung	41,0 cm3·g−1
Detonationsgeschwindigkeit	7570 m·s−1
Verpuffungspunkt	180 °C
Schlagempfindlichkeit	8 Nm

Die Kinetik der thermischen Zersetzung wurde im Temperaturbereich von 184 °C und 254 °C für die Schmelze untersucht. Der Zersetzungsverlauf kann mit einem Zeitgesetz erster Ordnung beschrieben werden. Die Aktivierungsenergie beträgt 127,7 kJ·mol⁻¹, der Arrheniusfaktor 6,31·10¹² s⁻¹. Die Halbwertszeiten betragen bei 184 °C 43 s und bei 254 °C 0,5 s. Die Zersetzung verläuft im Feststoff wesentlich langsamer. Aus der Analyse der Zersetzungsgase wurde ein Zersetzungsverlauf nach

${\displaystyle {\ce {C2H6N4O4 -> 2 N2O + CH3CHO + H2O}}}$

postuliert, wobei auch Nebenreaktionen mit der Bildung von NO und N₂ ablaufen.

Verwendung

Die Verbindung kann in gepressten Ladungen verwendet werden. In Kombination mit Trinitrotoluol können gießbare, Ednatol genannte Gemische erhalten werden.

Einzelnachweise

1. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 J. Köhler, R. Meyer, A. Homburg: Explosivstoffe, zehnte, vollständig überarbeitete Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 2008, S. 122, ISBN 978-3-527-32009-7.
2. 1 2 3 4 5 Eintrag zu Ethylendinitramin. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 30. Juli 2015.
3. ↑ Vorlage:CL Inventory/nicht harmonisiertFür diesen Stoff liegt noch keine harmonisierte Einstufung vor. Wiedergegeben ist eine von einer Selbsteinstufung durch Inverkehrbringer abgeleitete Kennzeichnung von N,N'-dinitroethylenediamine Vorlage:Linktext-Check/Apostroph im Classification and Labelling Inventory der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA), abgerufen am 19. Juli 2019.
4. ↑ Oyumi, Y.; Brill, T.B.: Thermal decomposition of energetic materials. 23. Thermochemical differentiation of cyclic and acyclic nitramines by their phase transitions in Thermochim. Acta 116 (1987) 125–130, doi:10.1016/0040-6031(87)88171-6.
5. ↑ Ivshin, V.P.; Ivshina, T.N.; Smirnova, L.G.; Ponomareva, M.G.: in Zh. Org. Khim. 20 (1984) 7–13.
6. ↑ Aakeröy, C.B.; Wijethunga,T.K.; Desper; J.: Crystal Engineering of Energetic Materials: Co-crystals of Ethylenedinitramine (EDNA) with Modified Performance and Improved Chemical Stability in Chem. Eur. J. 21 (2015) 11029–11037, doi:10.1002/chem.201501721.
7. 1 2 Roth, L.; Weller, U.: Gefährliche Chemische Reaktionen, 65. Ergänzungslieferung, ecomed-Verlag 2011.
8. 1 2 3 4 Robertson, A.J.B.: The thermal decomposition of explosives. Part I. Ethylenedinitramine and tetryl in Trans. Faraday Soc. 44 (1948) 677–682, doi:10.1039/TF9484400677.