Red fuming nitric acid

Asam nitrat berasap merah atau Red fuming nitric acid (RFNA) adalah oksidator yang dapat disimpan yang digunakan sebagai propelan roket. Ia terdiri dari asam nitrat (HNO3), dinitrogen tetroksida (N2O4) dan sejumlah kecil air. Warna asam nitrat berasap merah disebabkan oleh dinitrogen tetroksida, yang terurai sebagian membentuk nitrogen dioksida. Nitrogen dioksida larut hingga cairan menjadi jenuh, dan menghasilkan asap beracun dengan bau yang menyesakkan. RFNA meningkatkan sifat mudah terbakar bahan yang mudah terbakar dan sangat eksotermik saat bereaksi dengan air.^[1]^[2]^[3]^[4]

Biasanya digunakan dengan inhibitor (dengan berbagai zat, terkadang rahasia, termasuk hidrogen fluorida ; kombinasi seperti itu disebut RFNA terhambat, IRFNA) karena asam nitrat menyerang sebagian besar bahan wadah. Misalnya, hidrogen fluorida akan membuat logam wadah menjadi pasif dengan lapisan tipis logam fluorida, sehingga hampir tidak dapat ditembus oleh asam nitrat.

Zat ini juga dapat menjadi komponen monopropelan ; dengan zat seperti amina nitrat yang terlarut di dalamnya, zat ini dapat digunakan sebagai satu-satunya bahan bakar dalam roket. Hal ini tidak efisien dan biasanya tidak digunakan dengan cara ini.

Selama Perang Dunia II, militer Jerman menggunakan RFNA di beberapa roket. Campuran yang digunakan disebut S- Stoff (96% asam nitrat dengan 4% besi klorida sebagai katalis pengapian) dan SV-Stoff (94% asam nitrat dengan 6% dinitrogen tetroksida) dan dijuluki Salbei.

RFNA terhambat merupakan oksidator roket orbital ringan yang paling banyak diluncurkan di dunia, Kosmos-3M . Di negara-negara bekas Uni Soviet, RFNA terhambat dikenal sebagai Mélange.

Pemanfaatan lain RFNA meliputi pupuk, zat warna antara, bahan peledak, dan pengasaman farmasi. RFNA juga dapat digunakan sebagai reagen laboratorium dalam fotoengraving dan etsa logam.

Komposisi

IRFNA IIIa: 83.4% HNO₃, 14% NO₂, 2% H₂O, 0.6% HF
IRFNA IV HDA: 54.3% HNO₃, 44% NO₂, 1% H₂O, 0.7% HF
S-Stoff: 96% HNO₃, 4% FeCl₃
SV-Stoff: 94% HNO₃, 6% N₂O₄
AK20: 80% HNO₃, 20% N₂O₄
AK20F: 80% HNO₃, 20% N₂O₄, fluorine-based inhibitor
AK20I: 80% HNO₃, 20% N₂O₄, iodine-based inhibitor
AK20K: 80% HNO₃, 20% N₂O₄, potassium-based inhibitor
AK27I: 73% HNO₃, 27% N₂O₄, iodine-based inhibitor
AK27P: 73% HNO₃, 27% N₂O₄, phosphorus-based inhibitor

Korosi

Kandungan asam fluorida pada IRFNA

Bila RFNA digunakan sebagai oksidator untuk bahan bakar roket, biasanya kandungan HF- nya sekitar 0,6%. Tujuan HF adalah bertindak sebagai penghambat korosi dengan membentuk lapisan fluorida logam pada permukaan bejana penyimpanan.

Kandungan air RFNA

Untuk menguji kadar air, sampel yang digunakan adalah 80% HNO3 , 8–20% NO2 , dan sisanya H2O tergantung pada jumlah NO2 yang bervariasi dalam sampel. Ketika RFNA mengandung HF, terdapat rata-rata H2O % antara 2,4% dan 4,2%. Ketika RFNA tidak mengandung HF, terdapat rata-rata H2O % antara 0,1% dan 5,0%. Ketika pengotor logam dari korosi diperhitungkan, H2O % meningkat, dan H2O % berada di antara 2,2% dan 8,8%.

Korosi logam di RFNA

Baja tahan karat, paduan aluminium, paduan besi, pelat krom, timah, emas dan tantalum diuji untuk melihat bagaimana RFNA mempengaruhi laju korosi masing-masing. Eksperimen dilakukan dengan menggunakan sampel RFNA 16% dan 6,5% dan berbagai zat yang tercantum di atas. Banyak baja tahan karat yang berbeda menunjukkan ketahanan terhadap korosi. Paduan aluminium tidak bertahan sebaik baja tahan karat terutama pada suhu tinggi, tetapi laju korosinya tidak cukup tinggi untuk melarang penggunaan ini dengan RFNA. Timah, emas dan tantalum menunjukkan ketahanan korosi yang tinggi mirip dengan baja tahan karat. Bahan-bahan ini lebih baik karena pada suhu tinggi laju korosi tidak meningkat banyak. Laju korosi pada suhu tinggi meningkat dengan adanya asam fosfat. Asam sulfat menurunkan laju korosi.

Perbandingan propelan roket cair di permukaan laut dan dalam ruang hampa

Data dalam tabel di bawah ini berasal dari buku Huzel & Huang "Modern Engineering for Design of Liquid-Propellant Rocket Engines", 1992, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Washington, (ISBN 1-56347-013- 6); Berisi hasil yang diterbitkan oleh Rocketdyne berdasarkan perhitungan yang dilakukan dengan asumsi pembakaran adiabatik, ekspansi isentropik uniaxial dan penyesuaian berkelanjutan rasio campuran oksidan/bahan bakar sebagai fungsi ketinggian. Perhitungan ini dilakukan untuk tekanan ruang bakar sebesar 1.000 PSI, yaitu 1.000 "pon per inci persegi", yang dalam satuan internasional (SI) setara dengan 6.894.757 Pa. Kecepatan ejeksi pada tekanan yang lebih rendah dapat diperkirakan dengan menerapkan koefisien dari grafik seberang.

Besaran yang ditampilkan dalam tabel ini adalah sebagai berikut:

ratio, perbandingan pencampuran (laju aliran massa oksidan terhadap laju aliran massa bahan bakar)
v _e, kecepatan ejeksi gas buang, dinyatakan dalam meter per detik
ρ, kepadatan nyata propelan, dinyatakan dalam gram per sentimeter kubik
T _C, suhu keseimbangan di ruang bakar, dinyatakan dalam °C
C*, kecepatan karakteristik, dinyatakan dalam meter per detik

Tujuan tabel ini adalah untuk menjelaskan evolusi parameter antara lepas landas dan kedatangan di orbit: di sebelah kiri, nilai di permukaan laut; di sebelah kanan, sama dalam kehampaan. Ini adalah nilai nominal yang dihitung untuk sistem ideal, dibulatkan dalam satuan SI (komposisi dinyatakan dalam persentase massa):

Oksidan	Bahan bakar reduktor	Hiprg	Kriyo	Ekspansi optimal pada 6.895 kPa di permukaan laut					Ekspansi optimal pada 6.895 kPa dalam ruang hampa
Bipropelan kriogenik pengoksidasi LOX, LF2 atau FLOX				ratio Ox/Red	v _e m/s	ρ /cm ³	T _C °C	C* m/s	ratio Ox/Red	v _e m/s	ρ /cm ³	T _C °C	C* m/s
O₂	H₂	Tidak	Ya	4.13	3.816	0,29	2.740	2.416	4.83	4.462	0,32	2.978	2.386
	CH₄	Tidak	Ya	3.21	3.034	0,82	3.260	1.857	3.45	3.615	0,83	3.290	1.838
	C₂H₆	Tidak	Ya	2.89	3.006	0,90	3.320	1.840	3.10	3.584	0,91	3.351	1.825
	RP-1	Tidak	Ya	2.58	2.941	1.03	3.403	1.799	2.77	3.510	1.03	3.428	1.783
	N₂H₄	Tidak	Ya	0,92	3.065	1.07	3.132	1.892	0,98	3.460	1.07	3.146	1.878
	B₂H₆	Tidak	Ya	1.96	3.351	0,74	3.489	2.041	2.06	4.016	0,75	3.563	2.039
70% O₂+ 30 F₂	H₂	Tidak	Ya	4.80	3.871	0,32	2.954	2.453	5.70	4.520	0,36	3.195	2.417
70% O₂+ 30 F₂	RP-1	Tidak	Ya	3.01	3.103	1.09	3.665	1.908	3.30	3.697	1.10	3.692	1.889
70 F₂+ 30% O₂	RP-1	Ya	Ya	3.84	3.377	1.20	4.361	2.106	3.84	3.955	1.20	4.361	2.104
87,8 F₂+ 12,2% O₂	MMH	Ya	Ya	2.82	3.525	1.24	4.454	2.191	2.83	4.148	1.23	4.453	2.186
F₂	H₂	Ya	Ya	7.94	4.036	0,46	3.689	2.556	9.74	4.697	0,52	3.985	2.530
	34,8% Li 65,2% H₂	Ya	Ya	0,96	4.256	0,19	1.830	2.680
	39,3% Li + 60,7 H₂	Ya	Ya						1.08	5.050	0,21	1.974	2.656
	CH₄	Ya	Ya	4.53	3.414	1.03	3.918	2.068	4.74	4.075	1.04	3.933	2.064
	C₂H₆	Ya	Ya	3.68	3.335	1.09	3.914	2.019	3.78	3.987	1.10	3.923	2.014
	MMH	Ya	Ya	2.39	3.413	1.24	4.074	2.063	2.47	4.071	1.24	4.091	1.987
	N₂H₄	Ya	Ya	2.32	3.580	1.31	4.461	2.219	2.37	4.215	1.31	4.468	2.122
	NH₃	Ya	Ya	3.32	3.531	1.12	4.337	2.194	3.35	4.143	1.12	4.341	2.193
Bipropelan kriogenik dengan pengoksidasi oksigen fluorida		Hiprg	Kriyo	Rasio Ox/Red	v _e m/s	ρ /cm ³	T _C °C	C* m/s	Rasio Ox/Red	v _e m/s	ρ /cm ³	T _C °C	C* m/s
OF₂	H₂	Ya	Ya	5.92	4.014	0,39	3.311	2.542	7.37	4.679	0,44	3.587	2.499
	CH₄	Ya	Ya	4.94	3.485	1.06	4.157	2.160	5.58	4.131	1.09	4.207	2.139
	C₂H₆	Ya	Ya	3.87	3.511	1.13	4.539	2.176	3.86	4.137	1.13	4.538	2.176
	RP-1	Ya	Ya	3.87	3.424	1.28	4.436	2.132	3.85	4.021	1.28	4.432	2.130
	N₂H₄	Ya	Ya	1.51	3.381	1.26	3.769	2.087	1.65	4.008	1.27	3.814	2.081
	MMH	Ya	Ya	2.28	3.427	1.24	4.075	2.119	2.58	4.067	1.26	4.133	2.106
	50,5% MMH + 29,8% N₂H₄+ 19,7 H₂O	Ya	Ya	1.75	3.286	1.24	3.726	2.025	1.92	3.908	1.25	3.769	2.018
	B₂H₆	Ya	Ya	3,95	3.653	1.01	4.479	2.244	3,98	4.367	1.02	4.486	2.167
Bipropelan tersimpan dengan oksidan nitrogen		Hiprg	Kriyo	Rasio Ox/Red	v _e m/s	ρ /cm ³	T _C °C	C* m/s	Rasio Ox/Red	v _e m/s	ρ /cm ³	T _C °C	C* m/s
IRFNA III a	MMH	Ya	Tidak	2.59	2.690	1.27	2.849	1.665	2.71	3.178	1.28	2.841	1.655
	UDMH	Ya	Tidak	3.13	2.668	1.26	2.874	1.648	3.31	3.157	1.27	2.864	1.634
	60% UDMH + 40% DETA	Ya	Tidak	3.26	2.638	1.30	2.848	1.627	3.41	3.123	1.31	2.839	1.617
IRFNA IV HDA	MMH	Ya	Tidak	2.43	2.742	1.29	2.953	1.696	2.58	3.242	1.31	2.947	1.680
	UDMH	Ya	Tidak	2.95	2.719	1.28	2.983	1.676	3.12	3.220	1.29	2.977	1.662
	60% UDMH + 40% DETA	Ya	Tidak	3.06	2.689	1.32	2.903	1.656	3.25	3.187	1.33	2.951	1.641
N₂O₄	N₂H₄	Ya	Tidak	1.36	2.862	1.21	2.992	1.781	1.42	3.369	1.22	2.993	1.770
	MMH	Ya	Tidak	2.17	2.827	1.19	3.122	1.745	2.37	3.347	1.20	3.125	1.724
	50% UDMH + 50% N₂H₄	Ya	Tidak	1,98	2.831	1.12	3.095	1.747	2.15	3.349	1.20	3.096	1.731
Bipropelan tersimpan dengan oksidan terhalogenasi		Hiprg	Kriyo	Rasio Ox/Red	v _e m/s	ρ /cm ³	T _C °C	C* m/s	Rasio Ox/Red	v _e m/s	ρ /cm ³	T _C °C	C* m/s
ClF₃	N₂H₄	Ya	Tidak	2.81	2.885	1.49	3.650	1.824	2.89	3.356	1,50	3.666	1.822
ClF₅	N₂H₄	Ya	Tidak	2.66	3.069	1.47	3.894	1.935	2.71	3.580	1.47	3.905	1.934
	MMH	Ya	Tidak	2.82	2.962	1.40	3.577	1.837	2.83	3.488	1.40	3.579	1.837
	86% MMH + 14% N₂H₄	Ya	Tidak	2.78	2.971	1.41	3.575	1.844	2.81	3.498	1.41	3.579	1.844

Referensi

^ Sugur, V. S.; Manwani, G. L. (October 1983). "Problems in Storage and Handling of Red Fuming Nitric Acid". Defence Science Journal. 33 (4): 331–337. doi:10.14429/dsj.33.6188 .
^ Schmidt, Eckart W. (2022). "Red Fuming Nitric Acid". Encyclopedia of Oxidizers. De Gruyter. hlm. 3881–3962. doi:10.1515/9783110750294-029. ISBN 978-3-11-075029-4.
^ Clark, John Drury (23 May 2018). Ignition!: An Informal History of Liquid Rocket Propellants. Rutgers University Press. hlm. 302. ISBN 978-0-8135-9918-2. OCLC 281664.
^ O'Neil, Maryadele J. (2006). The Merck index: an encyclopedia of chemicals, drugs, and biologicals. Merck. hlm. 6576. ISBN 978-0-911910-00-1.

[1] Sugur, V. S.; Manwani, G. L. (October 1983). "Problems in Storage and Handling of Red Fuming Nitric Acid". Defence Science Journal. 33 (4): 331–337. doi:10.14429/dsj.33.6188 .

[EO-2] Schmidt, Eckart W. (2022). "Red Fuming Nitric Acid". Encyclopedia of Oxidizers. De Gruyter. hlm. 3881–3962. doi:10.1515/9783110750294-029. ISBN 978-3-11-075029-4.

[Clark2018-3] Clark, John Drury (23 May 2018). Ignition!: An Informal History of Liquid Rocket Propellants. Rutgers University Press. hlm. 302. ISBN 978-0-8135-9918-2. OCLC 281664.

[4] O'Neil, Maryadele J. (2006). The Merck index: an encyclopedia of chemicals, drugs, and biologicals. Merck. hlm. 6576. ISBN 978-0-911910-00-1.

[1]

[2]

[3]

[4]