2023 Autor: Bryan Walter | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-24 23:09
Von den Autoren erhaltene Strukturen metallorganischer Gerüste. Die organischen Liganden sind hier Tetrafluorterephthalsäure und die Metalle (von links nach rechts, von oben nach unten) sind Barium, Kalium, Calcium / Strontium, Rubidium / Cäsium
Chemiker aus Großbritannien und der Türkei haben einen neuen Ansatz zur Synthese hochenergetischer oder explosiver Stoffe entwickelt, der auf der Verwendung metallorganischer Gerüste basiert. Darin kombinierten sie ein Oxidationsmittel und einen meist als Gemisch verwendeten Brennstoff zu einer einzigen supermolekularen Struktur, die eine perfekte Vermischung der Komponenten gewährleistet. Die Arbeit wurde in der Zeitschrift Chemical Communications veröffentlicht und kann auf dem Blog der Royal Chemical Society kurz eingesehen werden.
Als Oxidationsmittel wählten die Autoren Nitrate von Alkali- und Erdalkalimetallen - diese Stoffe, Salpeter, wurden traditionell in Pulvermischungen und vielen anderen klassischen pyrotechnischen Zusammensetzungen verwendet. Als Reduktionsmittel dienten in der Regel Kohlenstoffpulver (in Form von Kohle), Schwefel oder verschiedene organische Stoffe. In der neuen Arbeit spielte die organische Komponente gleich zwei Rollen: als Brennstoff und als Rand des molekularen Gerüsts, das ein Oxidationsmittel enthält.
Syntheseschema, in der linken Spalte organische Liganden: von oben nach unten substituierte Terephthal-, Isophthal- und Phthalsäure
Chemiker synthetisierten das neue Material, indem sie substituierte aromatische Dicarbonsäuren und Nitrate in einem organischen Lösungsmittel mischten. Der Selbstorganisationsprozess wurde durch Zugabe einer Base, Triethylamin, gestartet. Als Ergebnis entstand ein weißes kristallines Pulver, dessen energetische Eigenschaften von den Autoren untersucht wurden.
Es stellte sich heraus, dass unter verschiedenen organischen Komponenten das fluorierte Derivat der Phthalsäure der stärkste Effekt ist. Den Autoren gelang es auch, die Verbrennungsgeschwindigkeit des Materials mit seiner Struktur in Beziehung zu setzen. Beispielsweise entsprach das stärkste Gerüst (Tetrafluorterephthalsäure) einer weniger ausgeprägten Verbrennung, und fluorierte Derivate waren bessere Kandidaten für den Einsatz in der Pyrotechnik als unsubstituierte Säuren.
Verbrennung von Komplexen mit Tetrafluorphthalsäure (von links nach rechts) von Calcium, Strontium und Barium
Die Forscher betonen, dass der vorgeschlagene Ansatz eine sehr genaue Kontrolle der Struktur der erhaltenen Materialien ermöglicht. Und sie wiederum ist entscheidend für deren Eigenschaften. Laut Nigel Davis, einem Experten auf dem Gebiet hochenergetischer Verbindungen, können solche metallorganischen Gerüste Kandidaten für eine Sprengstoffinitiierung werden, da sie bereits in Grammmengen eine hohe Intensität chemischer Reaktionen erreichen können. Die Eigenschaften neuer Materialien sind jedoch noch unzureichend untersucht und bedürfen der Klärung, insbesondere ihre Empfindlichkeit und Reibungsbeständigkeit sind noch unbekannt.
Dies ist nicht der erste Versuch, hochenergetische Gerüste zu synthetisieren. 2013 synthetisierte eine Gruppe chinesischer Wissenschaftler einen Silberkomplex mit Gerüststruktur, der jedoch keine ausgeprägte Trennung in oxidierende und reduzierende Komponenten aufwies, zudem ist der von Chemikern verwendete stickstoffhaltige Ligand im Gegensatz zu Phthalsäure-Derivaten schwer zugänglich.
