Nitrato de hidrazina de níquel

Nitrato de hidrazina de níquel, mais conhecido pela sigla NHN (fórmula química: [Ni(N₂H₄)₃](NO₃)₂) é um composto de coordenação muito energético com propriedades explosivas que o colocam entre um explosivo primário e um secundário.

Preparação

Amostra do nitrato de hidrazina de níquel.

A preparação do nitrato de hidrazina de níquel é realizada combinando nitrato de níquel com uma solução diluída de hidrato de hidrazina (64%) em água. É importante manter a solução aquecida a 65 °C. o correspondente a 0,1% em massa do sistema total em dextrina pode ser adicionada para aumentar a densidade aparente de 0,9 mg/cm³ para 1,2 mg/cm³ e facilitar a reação.

A reação química de obtenção deste composto é:

:$\mathrm{N}\mathrm{i}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{⟶}\mathrm{[}\mathrm{N}\mathrm{i}\mathrm{(}{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{3}}\mathrm{]}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}$

NHN produzido com sucesso é um pó de cor violácea com textura de talco quando seco. O nitrato de hidrazina de níquel produzido sem sucesso formará grãos duros que precisam ser esmagados e, em seguida, mantêm uma consistência de grãos de areia. Este último é o resultado da mistura com uma temperatura mais baixa e usando álcool em vez de água como solução de mistura.

Molhar o NHN enxaguado com álcool e, em seguida, proceder a secagem a vácuo é o método preferido para acelerar o processo de secagem do NHN.

Estrutura

Estrutura polimérica do complexo nitrato de tris(hidrazina) níquel II.

O NHN é um complexo de coordenação de estrutura polimérica na qual as moléculas de hidrazina (N₂H₄) atuam como um ligante bidentado usando os dois pares de elétrons não-ligantes dos dois nitrogênios atuando como ligantes-ponte entre os átomos de níquel, os quais são hexacoordenados, formando uma cadeia polimérica catiônica [Ni²⁺(H₂N—NH₂)₃Ni²⁺(H₂N—NH₂)₃]_n, com os íons nitrato como contra-íons.

Propriedades

O NHN é um sólido de cor lilás pouco solúvel em água. É térmica e hidroliticamente estável, facilmente preparado a partir de matérias-primas disponíveis. Seu líquido de preparação pode ser usado repetidamente, o que significa que não há poluição das águas residuais na fabricação industrial. O NHN não é sensível ao impacto, à fricção ou à carga eletrostática, mas é mais sensível à chama. Está demonstrado que o NHN é adequado como substituto da azida de chumbo como carga intermediária em detonadores comerciais.

O nitrato de hidrazina-níquel é um potencial explosivo primário que mostra boa resistência ao impacto, enquanto ainda é facilmente detonado por uma chama.  Isso significa que o sal complexo pode ser mais seguro para manipular do que outros explosivis primários. 

A sensibilidade ao impacto (o valor de altura de queda do martelo no qual a amostra possui 50% de chance de detonação) é de 84 cm. É resistente ao atrito até 10 N, resistente à descarga eletrostática, mas é sensível à chama e explode em contato com um fio aquecido ao rubro. 

Outra vantagem, pequenas quantidades do composto não precisam de confinamento para detonar. O nitrato de hidrazina-níquel mostra excelente potência inicial para um primário. A velocidade de detonação 7 km/s.

Tabela 1. Propriedades Gerais e Estruturais do Nitrato de hidrazina de níquel

Fórmula molecular	Ni(N2H4)3(NO3)2
Massa molecular	278.69
Cor	Púrpura/Violeta claro
Densidade dos cristais (g/cm3)	2.1
Média do tamanho das partículas (μm)	13
Conteúdo de níquel (%)	21.16 (21.06) a
Conteúdo de hidrazina (%)	34.46 (34.45) a
Conteúdo de nitrato (%)	44.47 (44.49) a
Conteúdo de nitrogênio na esfera de coordenação (%)	30.25 (30.14) a
FTIR peaks, (cm−1)	3238, 1630 (NH2); 1356,1321 (-NO3)
Conteúdo de mistura (a 333 K por 10 min) (%)	0.34
Média de massa molecular dos produtos de combustão	27.35
porcentagem de Ni (l) condensável	18
Razão oxigênio-combustível	0.8571
Balanço de oxigênio %	-5.74

^a - Valores teorizados

Tabela 2. Propriedades comparativas de nitrato de hidrazina de níquel e azoteto de chumbo

Propriedades	Nitrato de hidrazina de níquel a	Azoteto de chumbo b
Densidade (g/cm3)	2.12	4.38
Balanço de oxigênio (%)	– 5.74 c	– 5.50
Calor de combustão (kJ/kg)	5225	2635
Calor de formação (kJ/mol)	– 449	469
Calor de explosão (kJ/kg)	4390	1610
Início da decomposição (K)	505.7	463
Pico de decomposição (K)	506.5	618
Sensbilidade à fricção (kgf)	1.6	0.02
Sensibilidade​ ao impacto (cm, 400 g wt, 20 mg amostra, 50% explosão)	21 b	10.5
Sensibilidade​ ESD (J)	0.02 b	0.003
Vol. de gases de detonação (ml/g)	884 c	308
Temperatura de detonação (K)	2342 c	5600
Pressão de detonação (GPa)	20.8 c (1.7 g/cm3)	16.1 (3.0 g/cm3)
Velocidade de detonação (m/s)	7000 b (1.7 g/cm3)	4630 (3.0 g/cm3)

^a Valores experimentais, ^b valores na literatura, and ^c valores teorizados

Detonação

O nitrato de hidrazina-níquel precisa de confinamento para fazer corretamente a deflagração para a transição de detonação. Tubo de aço fino 5/16 "OD, 0.273" ID, parede de 0.020 "é suficiente para que isso ocorra.

A reação de decomposição é:

[Ni(N₂H₄)₃](NO₃)_2(s) → Ni_(s) + 4N_2(g) + 6H₂O_(g)

Segurança

Como um explosivo primário, o NHN é um explosivo relativamente seguro para trabalhar por ter muito menos sensibilidade ao choque e à fricção do que outros explosivos primários, tais como o azoteto de chumbo (Pb(N₃)₂). Por conter níquel e hidrazina na composição, o NHN é considerado altamente tóxico, potencialmente cancerígeno.