Space Shuttle e chimica

Per fornire la spinta allo Space Shuttle durante la fase di decollo occorre una energia elevatissima e quindi la navicella è dotata del Solid Rocket Booster ovvero un razzo a propellente solido.

Il conto alla rovescia che avviene quando lo Space Shuttle è mandato in orbita è la fase più emozionante della missione spaziale.  Quando si sente pronunciare il fatidico numero zero avviene l’accensione dei razzi  il decollo.

Composizione della miscela di propellente nello Space Shuttle

La miscela di propellente contiene:

• il perclorato di ammonio (NH₄)ClO₄ in qualità di ossidante al 69.6% in massa
• alluminio come carburante
• ossido di ferro quale catalizzatore allo 0.4% in massa
• un legante di tipo polimerico al 12.04% in massa
•  un agente polimerizzante all’1.96% in peso.

Le due reazioni di ossidoriduzione che avvengono sono:

 2 (NH₄)ClO_4(s) + 2 Al_(s) → Al₂O_3(s) + 2 HCl_(g) + 2 NO_(g) + 3 H₂O_(g)

 6 (NH₄)ClO_4(s) + 10 Al_(s) →  5 Al₂O_3(s) +  6 HCl_(g) + 3 N_2(g) + 9 H₂O_(g)

L’ossido di alluminio  è un solido bianco e viene disperso nei prodotti gassosi creando quella tipica scia bianca caratteristica dei lanci dello Shuttle.

Si noti che in entrambe le reazioni l’alluminio, l’azoto e il cloro variano il loro numero di ossidazione: nella prima reazione l’alluminio passa da numero di ossidazione zero a +3 e il cloro passa da numero di ossidazione +7 a – 1.

Nella prima reazione  l’azoto passa da numero di ossidazione – 3 a +2 mentre nella seconda reazione  passa da numero di ossidazione -3 a 0.

La reazione, estremamente esotermica,  riscalda l’interno del booster a propellente solido alla temperatura di 3200 °C portando all’espansione dei gas che sono in grado di sollevare lo Shuttle.

I booster a propellente solido producono circa il 71% dell’energia necessaria e la parte rimanente viene fornita da un’ulteriore reazione di ossidoriduzione dalla reazione tra idrogeno e ossigeno:

2 H₂ + O₂ → 2 H₂O

che è molto esotermica e il calore generato porta la temperatura a oltre 3300 °C; ciò provoca l’espansione del vapore acqueo con un’ulteriore spinta verso l’alto.

… e via nello spazio