Hidrazin

Sa Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigacija, traži
Hidrazin
HydrazinNeu.svg
Općenito
Hemijski spoj Hidrazin
Druga imena Diamid, Diazan
Molekularna formula N2H4
CAS registarski broj 302-01-2
Kratki opis bezbojna čista tekućina
Svojstva
Molarna masa 32,05 g/mol
Agregatno stanje tekuće
Gustoća 1,01 kg/m3 pri 20°C
Tačka topljenja 1,5 °C
Tačka ključanja 113,5 °C
Pritisak pare 21 hPa pri 20°C
Rastvorljivost miješa se s vodom
Rizičnost
NFPA 704
NFPA 704.svg
4
4
3
 

Hidrazin je spoj dušika sa sumarnom hemijskom formulom N2H4. To je bezbojna, uljasta tekućina, mirisa sličnog amonijaku. Gori gotovo neprimjetnim plamenom. Na tržište dolazi uglavnom kao vodeni rastvor ili kao hidrazin hidrat (H2N−NH2 · H2O).

Proizvodnja[uredi | uredi izvor]

Tehnička proizvodnja[uredi | uredi izvor]

Tehnički posmatrano, postoji mnogo načina za sintezu hidrazina:[1]

\mathrm{NH_3 + OCl^- \longrightarrow NH_2Cl + OH^-}
Rastvor amonijaka i ioni hipohlorita burno reagiraju u hloramin i ione hidroksida.
\mathrm{NH_2Cl + NH_3 + OH^- \longrightarrow N_2H_4 + Cl^- + H_2O}
Pri visokom pritisku se u rastvor upumpava amonijak kao gas u velikim količinama, pri čemu se zagrijava na oko 400 K, te se odvija reakcija pri kojoj nastaje hidrazin.
\mathrm{2\,NH_3 + OCl^- + 2\,Me_2C\!=\!O \longrightarrow}\mathrm{\ Me_2C\!=\!N\!-\!N\!=\!CMe_2 + 3\,H_2O + Cl^-}
Amonijak sa acetonom daje ketazin, proizvod kondenzacije jednog ketona sa hidrazinom.
\mathrm{Me_2C\!=\!N\!-\!N\!=\!CMe_2 + 2\,H_2O \longrightarrow}\mathrm{\  N_2H_4 + 2\,Me_2C\!=\!O}
Ketazin se hidrolizira pod pritiskom od 8 do 12 bara pri temperaturi od 180 °C u hidrazin.
  • Pechiney-Ugine-Kuhlmannov proces: Tehnički unaprijeđen i usavršen proces se sastoji od oksidacije amonijaka sa vodik peroksidom (H2O2) u prisustvu metiletil ketona kao katalizatora za ketazin kao i acetamida i natrijum hidrogenfosfata kao aktivatora.
\mathrm{2\,NH_3 + H_2O_2 + 2\,R_2C\!=\!O \longrightarrow}\mathrm{\  R_2C\!=\!N\!-\!N\!=\!CR_2 + 4\,H_2O}
Amonijak reagira sa ketonom dajući ketazin i vodu.
\mathrm{R_2C\!=\!N\!-\!N\!=\!CR_2 + 2\,H_2O \longrightarrow N_2H_4 + 2\,R_2C\!=\!O}
Nastali ketazin se može kao i kod Bayerovog procesa putem hidrolize lahko prevesti u hidrazin.
Prednosti ovog procesa u odnosu na dva prethodno spomenuta su manja potrošnja energije i nekorištenje otrovnih hlorida.

Laboratorijska proizvodnja[uredi | uredi izvor]

  • Uvođenjem hlora u 20%-tni rastvor uree te kasnije dodavanje 20%-tne natron sode. Prinos reakcije iznosi oko 50%.
Prvo se dobijaju amidni ioni putem deprotoniranja, zatim elekrofilna halogenacija amidnih iona, a potom slijedi drugo deprotoniziranje. Hlorni amidi se spontano raspadaju na acilnitrite i jedan ion hlorida. Acil nitriti se skladište do izocijanata, koji putem adicije vode prelaze u nepostojanu karbamidnu kiselinu, a koja se odmah raspada na ugljik dioksid i hidrazin. Nastali ugljik dioksid se odstranjuje putem spajanja sa natronskom sodom dajući natrijum karbonat.
\mathrm{CO(NH_2)_2 + Cl_2 + 4 \ NaOH \longrightarrow N_2H_4 + Na_2CO_3 + 2 \ NaCl + 2 \  H_2O}
Urea, hlor i rastvor natrijum hidroksida reagiraju do hidrazina, natrijum karbonata i natrijum hlorida.
  • Monohidrat se može dobiti također iz hidrazinsulfata i kalijum hidroksida, dodavanje vode i zatim destilacijom rastvora. Prinos ove reakcije, po teoriji, je 25%:
\mathrm{H_6N_2SO_4 + 2 \ KOH \longrightarrow N_2H_4 \cdot H_2O + K_2SO_4}
  • Daljnja mogućnost pravljenja suhog hidrazina je cijepanje hidrazij-soli sa amonijakom:[2]
\mathrm{N_2H_4\cdot HCl + NH_3 \longrightarrow N_2H_4 + NH_4Cl}
\mathrm{N_2H_4\cdot H_2SO_4 + 2\ NH_3 \longrightarrow N_2H_4 + (NH_4)_2SO_4}

Osobine[uredi | uredi izvor]

Hidrazin pokazuje dinamičku viskoznost od 0,9·10-3 Pa·s. Čisti hidrazin se može pri zagrijavanju disproporcionirati eksplozivno na amonijak i dušik.

\mathrm{\ 3 \ N_2H_{4(l)} \longrightarrow 4 \ NH_{3(g)} + N_{2(g)}}

Koncentrirani rastvori su u spoju sa oksidacionim sredstvima jako eksplozivni. Hidrazin se također može uz pomoć katalizatora raspasti.

Kiselo-bazne osobine[uredi | uredi izvor]

Hidrazin je dvovalentna baza sa baznom konstantom pKb1 6,07; pKb2 = 15, mada je slabija od amonijaka pKb = 4,75. Reagira kao dvovalentna baza sa kiselinama dajući dvije vrste hidrazinij soli (ime je analogno amonijumu sa općom formulom [H2N−NH3]+X i [H3N−NH3]2+2X. Sa hlorovodoničnom kiselinom daje hidrazinij monohlorid ([H2N−NH3]Cl) i hidrazinij dihlorid ([H3N−NH3]Cl2). Sa sumpornom kiselinom daje hidrazinij sulfat ([H3N−NH3]SO4) i dihidrazinij sulfat ([H2N-NH3]2SO4).

U prisustvu veoma jakih baza (pKb >> 0), hidrazin može djelovati također i kao kiselina. Tako putem reakcije natrij hidrida ili natrij amida sa hidrazinom može nastati izuzetno oksidacijski osjetljiv natrij hidrazid, u kojem postoje hidrazid anioni (N2H3-). Nasuprot toga, reagiraju hidrazid ioni sa vodom praktično u potpunosti dajući hidroksid ione i hidrazin.

Upotreba[uredi | uredi izvor]

Gorivo[uredi | uredi izvor]

Kontejner sa hidrazinom kao pogonskim gorivom za svemirsku sondu MESSENGER.

Iz razloga svojih jako reaktivnih osobina, hidrazin se upotrebljava kao raketno gorivo, koje sa oksidatorima poput didušik tetraoksidom ili dušičnom kiselinom čini hipergolnu kombinaciju goriva. Hidrazin se ne koristi samo u čistom obliku nego i u smjesi sa 1,1-dimetil hidrazinom sa naprijed navedenim oksidatorima. Poznate smjese u raznim koncentracijama oba sastojka su aerozin 50 i UH 25. Također i hidrazin posebno se koristi u korekturnim pogonima gdje se katalitički raspada.

Hidrazin se koristi kao pogonsko gorivo koje je lahko skladištiti u mnogim raketama, satelitima i svemirskim sondama. Međutim, to može dovesti i do većih opasnosti po okoliš u slučaju neuspješnog lansiranja raketa. Međutim, kada satelit odnosno raketa dođe do orbite i potroši svo gorivo, spremnici hidrazina (koji su kuglastog oblika) se odvajaju od nje te padaju kroz atmosferu. Pri tom se oni zagrijavaju a eventualno preostali hidrazin se raspada.

Kod katastrofe Chellengera nije utvrđena kontaminacija hidrazinom. Nakon uspješnog slijetanja Shuttle-a, umjesto prvih sigurnosnih mjera i provjera, zaustavljeni šatl se ispituje na istjecanje hidrazina. Tek kada je ovaj test negativan, na mjesto sletanja se upućuju ostala pomoćna vozila, koja vrše njegovo hlađenje i iskrcavanje.

Hidrazin se u avio-saobraćaju koristi naprimjer kod lovca F-16 kao gorivo za pomoćne energetske agregate.[3][4]

Hidrazin služi za elektrohemijsku proizvodnju električne energije u sekundarnim ćelijama i u alkalnim gorivim ćelijama, koji se najčešće u svemirskoj tehnologiji, u podmornicama (gdje se osim toga koristi i kao intergralna komponenta sistema za spašavanje) te u drugim oblastima vojne industrije.

Redukcijsko sredstvo/Inhibitor korozije[uredi | uredi izvor]

Razrijeđeni rastvori hidrazina se koriste i kao reagensi u laboratorijama kao i za deoksigeniranje (oslobađanje od kisika) vode u bojlerima u termocentralama. Njegova upotreba se proširila i na uklanjanje ostataka kisika nakon ozračenja toplotnih sistema, za zaštitu protiv manjeg ulaska kisika u područje kondenzatora kao i za katalitičko odstranjivanje kisika iz dodatnih vodenih rezervoara. Prednost hidrazina je da se pri njegovoj reakciji stvara isključivo dušik i voda.[5] Pored deoksigeniranja, postiže se i povećanje pH-vrijednosti u sistemu voda-para.

U hemijskim sintezama, hidrazin se koristi najčešće kao jaki nukleofil (takozvani alfa-efekat) i kao redukciono sredstvo za karbonilne grupe (Wolff-Kishnerova reakcija) ili kao izvor vodika pri katalitičkoj hidrogenaciji[6].

Sigurnosna upozorenja[uredi | uredi izvor]

Hidrazin je otrovan. U pokusima na životinjama pokazao se da izaziva rak i djeluje izuzetno otrovno na vodene organizme. Hidrazin se također može apsorbovati putem kože. Najveća dopuštena tehnička koncentracija hidrazina na radnom mjestu iznosi 0,13 mg·m−3[7][8].

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ A.F.Holleman, E.Wiberg. Lehrbuch der Anorganischen Chemie. Walter de Gruyter & Co. Berlin 1995, 101. izdanje, ISBN 3-11-012641-9
  2. ^ G. Brauer (Hrsg.), Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 2. izd., vol. 1, Academic Press 1963, str. 469-72.
  3. ^ General Flugsicherheit in der Bundeswehr (Hrsg.): Hilfe bei Flugunfällen (izdanje 2004, PDF 2,8 MB). izdanje 2005: str 10.
  4. ^ General Flugsicherheit in der Bundeswehr (Hrsg.): Hilfe bei Flugunfällen (izdanje 2007, PDF 6,4 MB). izdanje 2007: str. 10.
  5. ^ K. Hancke, S. Wilhelm: Wasseraufbereitung: Chemie und chemische Verfahrenstechnik. Spinger, 2003, str. 249. ISBN 3-540-06848-1
  6. ^ F. Zymalkokowski: Katalytische Hydrierung, Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart 1965
  7. ^ http://www.tu-chemnitz.de/mb/InstBF/ufa/gesetze/trgs/102/an6.htm
  8. ^ http://www.vbg.de/apl/tr/trgs608/4.htm
Commons logo
U Wikimedijinom spremniku se nalazi još materijala vezanih uz: