Perclorato di ammonio: Space Shuttle Discovery, sintesi, reazioni
Il perclorato di ammonio NH4ClO4 è un sale inorganico in cui il cloro presenta il suo massimo numero di ossidazione +7
Si presenta come un solido bianco e cristallino solubile in acqua, in alcol e in acetone ma scarsamente solubile nella gran parte dei solventi organici. Il perclorato di ammonio è un agente esplosivo utilizzato come componente di fuochi d’artificio, polveri flash , esplosivi, jet senza fumo e propellenti per razzi . Viene anche utilizzato nei composti ossidanti, incisi o incisivi e come reagente nella chimica analitica
Sintesi del perclorato di ammonio
A livello industriale il perclorato è ottenuto per via elettrolitica in due stadi:
- nel primo stadio avviene l’ossidazione del cloruro di sodio in clorato di sodio secondo la semireazione:
4 Cl– + 36 OH– → 4 ClO3– + 18 H2O + 3 O2 + 36 e–
Il tipo di elettrodo usato quale anodo per questa reazione è la grafite, la magnetite o un elettrodo rivestito di biossido di titanio o ossido di piombo.
- nel secondo stadio avviene l’ossidazione del clorato secondo la semireazione:
ClO3– + H2O → ClO4– + 2 H+ + 2 e–
Il potenziale di questa semireazione è pari a 1.19 V che è prossimo a quello relativo all’ossidazione dell’acqua che è pari a 1.23 V. Per minimizzare la produzione di ossigeno la cella deve operare ad alto potenziale in presenza di elettrodi come platino o ossido di piombo.
Il perclorato può essere ottenuto dalla decomposizione termica del clorato secondo la reazione di disproporzione:
4 ClO3– →3 ClO4– + Cl–
Il perclorato può inoltre essere ottenuto fondendo clorato di potassio e perossido di bario secondo la reazione:
KClO3 + BaO2 → KClO4 + BaO
Per ottenere il perclorato di ammonio si possono sfruttare reazioni di doppio scambio come, ad esempio la reazione tra cloruro di ammonio e perclorato di sodio:
NH4Cl + NaClO4 → NH4ClO4 + NaCl
Al posto del cloruro di ammonio si può usare ammoniaca e acido cloridrico:
NH3 + HCl + NaClO4 → NH4ClO4 + NaCl
Il perclorato di ammonio viene usato nella preparazione di miscele esplosive e trova impiego come ossidante in miscele combustibili solide usate per razzi.
Reazioni
Come la maggior parte dei sali di ammonio, il perclorato di ammonio dà luogo a una decomposizione termica prima che avvenga la fusione secondo la reazione. Tuttavia i prodotti della reazione di decomposizione e la loro quantità sono influenzati dalla temperatura: alla temperatura di circa 200°C vicina alla temperatura di fusione avviene la reazione:
4 NH4ClO4 → 2 N2O + 8 H2O + 2 Cl2 + 3 O2
Oltre i 350°C la reazione diventa esplosiva e i principali prodotti sono:
2 NH4ClO4 → 2 NO + 4 H2O + Cl2 + O2
Nello Space Shuttle Discovery è stato usato un propellente composito costituito da perclorato di ammonio e alluminio. La reazione che avviene e permette alla navicella di avere una spinta verso l’alto sufficiente è:
10 Al + 6 NH4ClO4 → 4 Al2O3 + 2 AlCl3 + 12 H2O +3 N2
La chimica quindi manda in orbita lo shuttle…
