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Alt 04.10.2008, 11:53   #1   Druckbare Version zeigen
herforder111 Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 3
detonative Zersetzung oder Abbrand von Nitroglycerin

Hallo miteinander,
seit längerem beschäftigt mich die Frage, warum Nitroglycerin, aus einer gewissen Höhe auf ein Metallblech getropft, mal detoniert und mal einfach nur ruhig abbrennt. Dies ist natürlich abhängig von der Temperatur, um ca. 250 °C findet die detonative Umsetzung statt, über ca. 270 °C lediglich eine Verbrennung.
Im Buch "CHEMIE UND TECHNOLOGIE DER EXPLOSIVSTOFFE" (Band 2) von T. Urbanski wird für die detonative Umsetzung eine Aktivierungsenergie von 37 kcal im Bereich 215-250 °C angeggeben (also die Detonation), für den ruhigen Abbrand bei ca. 420 °C beträgt die Aktivierungsenergie nur noch 5 kcal (siehe Seite 31 des Buches).
Wer sich das mal als Video ansehen möchte, der kann folgendem Link folgen: mms://u-003-stimms03.uni-tuebingen.de/UT_2003/02/07/UT_20030207_001_gdchvortrag_0001.wmv500.wmv (Zeitmarke: 01:05:04)
Ebenso brennt offen entzündetes Nitroglycerin (in kleinen Mengen) ja auch einfach nur ab, warum kann dann durch einen Hammerschlag eine Detonation stattfinden?
Insbesondere das erste Problem mit den unterschiedlichen Temperaturen finde ich sehr verwirrend, wieso führt eine HÖHERE Temperatur zu einer ruhigen Reaktion und nicht umgekehrt bzw. warum detoniert das NG nicht IMMER ab einer bestimmten Temperatur?
Für Erklärungsvorschläge wäre ich dankbar!
Grüße, Jan
herforder111 ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 04.10.2008, 13:01   #2   Druckbare Version zeigen
herforder111 Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 3
AW: detonative Zersetzung oder Abbrand von Nitroglycerin

...Das sehe ich genauso! Deshalb hab ich ja auch die Aktiverungsenergie zitiert.

Was mich im Grunde an der ganzen Sache stört, ist Folgendes:
Bei einer Detonation wird wesentlich mehr Energie frei als bei einer Verbrennung. Warum tritt dann aber bei höheren Temperaturen die Umsetzung ein, die weniger exotherm ist? Muss man das mit dem Prinzip von le Chatelier begründen (Ein System versucht den äußeren Zwängen auszuweichen)? Bei Römpp Online findet man übrigens zum Stichwort "Detonation" folgendes:

"Die Detonation ist eine mächtige Leistungsverstärkung, was hier veranschaulicht werden soll: Glyceroltrinitrat (Nitroglycerin, NG) ist keine besonders energiereiche chemische Substanz, denn bei der Verbrennung entstehen nur etwa 6700 kJ/kg (1600 kcal/kg). Dieselbe Wärmemenge wird von gerade 100 Gramm Heizöl erzeugt, welches in Luft abbrennt. Beide Stoffe brennen mit etwa 0,01 cm/s ab. Diese Abbrandgeschwindigkeit nimmt mit dem Druck zu, aber auch dadurch, daß die Verbrennung instabil und pulsierend wird, wodurch diese Geschwindigkeit schnell um Größenordnungen zunimmt (Deflagration). Plötzlich können Umsetzungsgeschwindigkeiten von bis zu 2000 m/s entstehen (langsame Detonation) und dann ebenso plötzlich und unvermittelt Umsetzungsgeschwindigkeiten von 7000–8000 m/s (schnelle Detonation), siehe Detonationsgeschwindigkeit.

Würde man (hypothetisch) eine Kugel mit einem Radius von 5,32 cm, was 1 kg NG entspricht, anzünden, so würde sie beinahe neun Minuten abbrennen. Bei einer Umsetzungsgeschwindigkeit von rund 2000 m/s wären nur 26,6 μs und bei 7500 m/s 7 μs nötig, was ein großer qualitativer Sprung ist. Steigert sich die Geschwindigkeit um den Faktor 70 Millionen, so steigt der Druck um den Faktor >250000. Dieser Druck übersteigt bei weitem den Gasdruck, welcher sich beim Umsatz in einem konstanten Volumen entwickeln würde. Die mittlere Umsetzungsleistung entspräche beim Abbrand 12,59 kW, vergleichbar der Leistung einer Heizanlage, 252000 MW bei 2000 m/s und schließlich 957000 MW bei 7500 m/s. Eine solch hohe Leistung wird derzeitig von keinem Einzelkraftwerk erzeugt. Im Grenzfall liegt eine Leistungsverstärkung vom Faktor 7,5 · 107 (75 Millionen) vor, eine Verstärkungsleistung, welche ihresgleichen (sogar im elektronischen Bereich) sucht.

Da 1 kg NG etwa 10000 L heiße Gase erzeugt, werden diese in den oben genannten Zeiten frei, also jeweils ca. 1,1, 22 · 106 und schließlich 86 · 106 m3/Minute. Während die Menge von 1,1 m3/Minute bei der Verbrennung von technischen Systemen, wie z.B. von einem Kamin, aufgenommen werden kann, müßte der vergleichbare Abströmquerschnitt in den anderen Fällen 22 bis 86 Millionen mal größer sein. Eine solche schlagartige Erzeugung von Gasmassen wird mit Explosion oder Detonation bezeichnet."

Trotzdem verstehe ich nicht, warum dies temperaturabhängig ist!

Grüße,
Jan
herforder111 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 04.10.2008, 23:59   #3   Druckbare Version zeigen
mavo90 Männlich
Mitglied
Beiträge: 99
AW: detonative Zersetzung oder Abbrand von Nitroglycerin

Du hast ja jeweils nur eine Aktivierungsenergie bei einer Temperatur angegeben. Es könnte doch auch sein das die Aktivierungsenergie bei 420°C nurnoch 2 kJ/mol f+r die Detonation beträgt, oder nicht?
mavo90 ist offline   Mit Zitat antworten
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nitroglycerin, zersetzung

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