Mixed Oxides of Nitrogen

Der Begriff Mixed Oxides of Nitrogen (meistens abgekürzt zu MON) kommt aus dem Englischen und bedeutet „Gemischte Stickstoffoxide“ bzw. „Stickstoffmischoxide“.

Es handelt sich um Lösungen von Stickstoffmonoxid (NO) in Distickstofftetroxid/Stickstoffdioxid (N₂O₄ / NO₂). Sie können als lagerfähiger Oxidator, beispielsweise in Raketentriebwerken, verwendet werden.<ref name="United States">United States. Chemical Propulsion Information Agency: Chemical Rocket/propellant Hazards. Department of the Air Force, 1973, S. 1 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). </ref> Eine Vielzahl von Mischungsverhältnissen ist in Gebrauch, die oftmals als MON i bezeichnet werden. Hierbei gibt i den prozentualen Gewichtsanteil des Stickstoffmonoxids in dem Gemisch an. MON 1 enthält beispielsweise 1 % Stickstoffmonoxid und MON 3 3 % Stickstoffmonoxid.<ref name="Ashley Chandler Karp, Elizabeth Therese Jens">Ashley Chandler Karp, Elizabeth Therese Jens: Hybrid Rocket Propulsion Design Handbook. Academic Press, 2023, ISBN 978-0-12-816593-5, S. 87 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). </ref><ref>DELEGIERTE VERORDNUNG (EU) 2023/66 DER KOMMISSION vom 21. Oktober 2022 zur Änderung der Verordnung (EU) 2021/821 des Europäischen Parlaments und des Rates in Bezug auf die Liste der Güter mit doppeltem Verwendungszweck. Abgerufen am 9. Dezember 2024. </ref> In der Raumfahrt wird für Raketenantriebe üblicherweise MON 1 oder MON 3 benutzt.<ref>Wilfried Ley, Klaus Wittmann, Willi Hallmann: Handbuch der Raumfahrttechnik. Carl Hanser Verlag GmbH & Company KG, ISBN 978-3-446-45723-2, S. 339 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). </ref>

Zur Herstellung wird das gasförmige Stickstoffmonoxid in flüssigem Distickstofftetroxid/Stickstoffdioxid gelöst.<ref>Philip M. Piper, Taylor B. Groom, Jeremy W. Marcum, Timothee L. Pourpoint: AIAA Propulsion and Energy 2020 Forum. American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2020, Small Batch Synthesis of Mixed Oxides of Nitrogen, doi:10.2514/6.2020-3801. </ref> Es handelt sich dabei jedoch nicht um ein einfaches Gemisch, sondern es findet eine reversible Gleichgewichtsreaktion zwischen Stickstoffmonoxid, dem farblosen Distickstofftetroxid und dem rotbraunen Stickstoffdioxid zum blauen Distickstofftrioxid statt. Zugleich verändert sich die Farbe des Gemischs von rotbraun mit zunehmender Zugabe von Stickstoffmonoxid in Richtung Grün.

<chem>N2O4 <=> 2NO2</chem>

<chem>NO2 + NO <=> N2O3</chem>

In der flüssigen Phase ist kein freies Stickstoffmonoxid enthalten, nur in der Gasphase. Das Gleichgewicht verschiebt sich bei Änderungen von Konzentration, Temperatur und Druck. Bei einem stöchiometrischen Verhältnis von über 1:1, das entspricht etwas mehr als 40 % Gewichtsanteil, verschiebt sich die Reaktion komplett in Richtung Distickstofftrioxid und es bleibt kein Distickstofftetroxid/Stickstoffdioxid in der flüssigen Phase übrig und die Flüssigkeit wird blau.<ref name=":0">Andrew W Head: Nitrogen Tetroxide to Mixed Oxides of Nitrogen: History, Usage, Synthesis, and Composition Determination. 22. November 2021, doi:10.25394/PGS.17003098 (purdue.edu [abgerufen am 1. Juli 2026] Purdue University Graduate School). </ref> Mit steigendem Stickstoffmonoxid-Anteil steigen die Herstellungskosten stark an und die Oxidationskraft nimmt ab. Das Maximum ist MON 40, darüber handelt es sich nicht mehr um MON, sondern um Distickstofftrioxid und NO in der Gasphase.<ref name=":0" /><ref>A. G. Whittaker, R. W. Sprague, S. Skolnik, G. B. L. Smith: Vapor Pressures and Freezing Points of the System Nitrogen Tetroxide—Nitric Oxide. In: Journal of the American Chemical Society. Band 74, Nr. 19, 1952, S. 4794–4797, doi:10.1021/ja01139a021. </ref>

Der Schmelzpunkt des Gemisches (MON) aus Stickstoffmonoxid und Distickstofftetroxid ist wesentlich geringer als der des reinen Distickstofftetroxids von −11 °C (Gefrierpunktserniedrigung). Auch führt eine Erhöhung des NO-Anteils zu einer geringeren Korrosivität des Treibstoffes. Es zeigte sich, dass diese Mischung die in der Raumfahrt üblichen Titantanks nicht angreift, während reines Distickstofftetroxid zur Spannungsrisskorrosion führt. In den Anfangsjahren der Raumfahrt war dieser Zusammenhang unbekannt, da das verwendete Distickstofftetroxid bereits produktionsbedingt Spuren von NO als Verunreinigung enthielt.<ref name=":0" />

Gefahren

MON ist wie seine Bestandteile Stickstoffmonoxid und Distickstofftetroxid bzw. Stickstoffdioxid und das Reaktionsprodukt Distickstofftrioxid sehr giftig, brandfördernd und wie Stickstoffmonoxid auch ätzend.<ref>rocketprops.readthedocs.io (Hrsg.): LPM Unit 29, Mixed Oxides of Nitrogen. (readthedocs.io [PDF]). </ref>

Weblinks

• rocketprops.readthedocs.io (Hrsg.): LPM Unit 29, Mixed Oxides of Nitrogen. (readthedocs.io [PDF]). 
• Andrew Head: Nitrogen Tetroxide to Mixed Oxides of Nitrogen: History, Usage, Synthesis, and Composition Determination. Hrsg.: Purdue University, School of Aeronautics and Astronautics. West Lafayette, Indiana Dezember 2021 (purdue.edu). 
• ASA Information zur geplanten Verwendung von MON-3 bei Planetary Flight Vehicles für den Einsatz auf dem Mars (Memento vom 17. April 2011 im Internet Archive)
• A. G. Whittaker, R. W. Sprague, S. Skolnik, G. B. L. Smith: Vapor Pressures and Freezing Points of the System Nitrogen Tetroxide—Nitric Oxide. In: Journal of the American Chemical Society. Band 74, Nr. 19, Oktober 1952, S. 4794–4797, doi:10.1021/ja01139a021. 

Einzelnachweise

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