Υδραζίνη

Υδραζίνη
Γενικά
Όνομα IUPAC	Υδραζίνη
Άλλες ονομασίες	Διαζάνιο Διαμίνη
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος	Νにゅー2Ηいーた4
Μοριακή μάζα	32,0452 amu
Αριθμός CAS	302-01-2
SMILES	NN
Δομή
Διπολική ροπή	1,85 D
Μοριακή γεωμετρία	Τριγωνική πυραμιδική ως προς κάθε άτομο N
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης	2°C
Σημείο βρασμού	114°C
Πυκνότητα	1.021 kg/m³
Ιξώδες	0,876 cP
Δείκτης διάθλασης , nD	1,46044 (22°C)
Τάση ατμών	1 kPa (30,7°C)
Χημικές ιδιότητες
pKa	8,10
Ελάχιστη θερμοκρασία ανάφλεξης	52°C
Σημείο αυτανάφλεξης	270°C
Επικινδυνότητα
Φράσεις κινδύνου	45, 10, 23/24/25, 34, 43, 50/53
Φράσεις ασφαλείας	53, 45, 60, 61
LD50	59-60 mg/kg (στοματική λήψη)
Κίνδυνοι κατά NFPA 704	4 4 3
Εκτός αあるふぁνにゅー σημειώνεται διαφορετικά, τたうαあるふぁ δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Ηいーた υδραζίνη (αγγλικά hydrazine) είναι ανόργανη χημική ένωση, πぱいοおみくろんυうぷしろん περιέχει άζωτο κかっぱαあるふぁιいおた υδρογόνο, μみゅーεいぷしろん μοριακό τύπο N₂H₄, αλλά χρησιμοποιείται κかっぱαあるふぁιいおた οおみくろん ημισυντακτικός τύπος NH₂NH₂. Ηいーた χημικά καθαρή υδραζίνη στις «κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος», δηλαδή σしぐまεいぷしろん θερμοκρασία 25°C κかっぱαあるふぁιいおた υπό πίεση 1 atm, είναι πολύ εύφλεκτο υγρό μみゅーεいぷしろん οσμή πぱいοおみくろんυうぷしろん μοιάζει μ΄ αυτήν της αμμωνίας. Ηいーた υδραζίνη είναι πολύ τοξική κかっぱαあるふぁιいおた επικίνδυνα ασταθής, αλλά σταθεροποιείται (αρκετά) αあるふぁνにゅー βρίσκεται σしぐまεいぷしろん διάλυμα. Τたうοおみくろん 2002, ηいーた ετήσια παγκόσμια παραγωγή υδραζίνης ήταν 260.000 τόνοι. Ηいーた υδραζίνη χρησιμοποιείται κυρίως ως αφριστικό μέσο σしぐまεいぷしろん πολυμερείς αφρούς, αλλά σημαντικές εφαρμογές της επίσης περιλαμβάνουν τたうηいーた χρήση της ως πρόδρομης ένωσης γがんまιいおたαあるふぁ καταλύτες πολυμερισμού κかっぱαあるふぁιいおた φαρμακευτικά προϊόντα. Επιπλέον, ηいーた υδραζίνη χρησιμοποποιήθηκε σしぐまεいぷしろん διάφορα προωθητικά πυραύλων, όπως κかっぱαあるふぁιいおた γがんまιいおたαあるふぁ τたうηいーたνにゅー παραγωγή αερίων πぱいοおみくろんυうぷしろん χρησιμοποιούνται σしぐまεいぷしろん αερόσακους. Ακόμη, ηいーた υδραζίνη χρησιμοποιήθηκε τόσο σしぐまεいぷしろん πυρηνικές όσο κかっぱαあるふぁιいおた σしぐまεいぷしろん συμβατικές ηλεκτροπαραγωγούς μονάδες, στους κύκλους ατμού τους, ως συλλέκτης οξυγόνου, γがんまιいおたαあるふぁ νにゅーαあるふぁ ελέγχεται ηいーた συγκέντρωση (τたうοおみくろんυうぷしろん οξυγόνου) κかっぱαあるふぁιいおた νにゅーαあるふぁ μειώνεται έτσι ηいーた διάβρωση τたうωおめがνにゅー σωληνώσεων (από σκούριασμα).

«Θυγατρικές» υδραζίνες

Ηいーた ονομασία «υδραζίνη», εκτός από τたうηいーた «μητρική» ένωση, επεκτείνεται κかっぱαあるふぁιいおた σしぐまεいぷしろん μみゅーιいおたαあるふぁ ολόκληρη σειρά ανόργανων κかっぱαあるふぁιいおた οργανικών «θυγατρικών» ενώσεων ή παραγώγων της, μみゅーεいぷしろん γενικό τύπο N₂R₄, όπου κάθε R, όχι απαραίτητα ίδιο, μπορεί νにゅーαあるふぁ είναι υδρογόνα, αλογόνα, ή διάφορες μονοσθενείς ανόργανες ή οργανικές ομάδες. Επίσης, κάθε δύο (R) μπορεί νにゅーαあるふぁ θεωρηθεί ότι αντικαθιστούν δισθενείς ομάδες, σχηματίζοντας έτσι, ίσως, ετεροκυκλικές υδραζίνες.

Δομή

Τたうοおみくろん μόριο της υδραζίνης μπορεί νにゅーαあるふぁ θεωρηθεί ότι παράγεται μみゅーεいぷしろん συνένωση δύο (2) μορίων αμμωνίας, αφού πρώτα αφαιρεθεί από ένα άτομο υδρογόνου ανά μόριο. Κάθε μία από τις δύο (2 )υπομονάδες H₂N-N έχει σχήμα τργωνικής πυραμίδας. Οおみくろん απλός δεσμός N-N είναι τύπου σしぐま κかっぱαあるふぁιいおた σχετικά μακρύς (145 pm). Τたうοおみくろん συνολικό μόριο υιοθετεί ασύμμετρη διαμόρφωση. Τたうοおみくろん «εμπόδιο περιστροφής» τたうοおみくろんυうぷしろん μορίου κατά τたうοおみくろんνにゅー άξονα N-N είναι διπλάσιο σしぐまεいぷしろん σύγκριση μみゅーεいぷしろん τたうοおみくろん αντίστοιχο τたうοおみくろんυうぷしろん αιθανίου. Αυτές οおみくろんιいおた δομικές ιδιότητες θυμίζουν εκείνες τたうοおみくろんυうぷしろん υπεροξειδίου τたうοおみくろんυうぷしろん υδρογόνου, όταν τたうοおみくろん τελευταίο βρίσκεται σしぐまτたうηいーたνにゅー αέρια κατάσταση, πぱいοおみくろんυうぷしろん επίσης υιοθετεί «βιδωτή» αντίκλινη διαμόρφωση κかっぱαあるふぁιいおた επίσης παρουσιάζει (σχετικά) ισχυρό εμπόδιο μοριακής περιστροφής.

Δεσμοί
Δεσμός	τύπος δεσμού	ηλεκτρονική δομή	Μήκος δεσμού	Ιονισμός	Ισχύς δεσμού
Νにゅー-H	σしぐま	2sp³ -1s	101 pm	17% N- H+	386 kJ/mol
N-N	σしぐま	2sp³ -2sp³	145 pm	0%	167 kJ/mol
Γωνίες
NNH	106,7˚
HNH	106,7˚
Στατιστικό ηλεκτρικό φορτίο
Νにゅー	-0,34
Ηいーた	+0,17

Ηいーた υδραζίνη σχηματίζει μみゅーιいおたαあるふぁ μονοϋδρική μορφή (N₂H₄•H₂O) πぱいοおみくろんυうぷしろん είναι πυκνότερη (1.032 kg/m³) από τたうηいーたνにゅー άνυδρη υδραζίνη.

Ιστορία

Ηいーた ονομασία «υδραζίνη» υιοθετήθηκε από τたうοおみくろんνにゅー Εμίλ Φίσερ (Emil Fischer) τたうοおみくろん 1875, όταν προσπαθούσε νにゅーαあるふぁ παραγάγει οργανικές μονοϋποκατεστημένες υδραζίνες. Μέχρι τたうοおみくろん 1887, οおみくろん Τέοντορ Κούρτιους (Theodor Curtius) παρήγαγε θειική υδραζίνη [(N₂H₅)(HSO₄)] επιδρώντας σしぐまεいぷしろん οργανικά διαζίδια μみゅーεいぷしろん αραιό θειικό οξύ. Ωστόσο δでるたεいぷしろんνにゅー μπόρεσε νにゅーαあるふぁ λάβει χημικά καθαρή υδραζίνη, παρά τις αλλεπάλληλες προσπάθειές τたうοおみくろんυうぷしろん. Χημικά καθαρή (άνυδρη) υδραζίνη (|N₂H₄|) παράχθηκε γがんまιいおたαあるふぁ πρώτη φορά από τたうοおみくろんνにゅー Ολλανδό χημικό Λομπρύ νにゅーτたうεいぷしろん Μπρουΐν (Lobry de Bruyn), τたうοおみくろん 1895.

Παραγωγή

Διαφορετικές παραγωγικές οδοί έχουν αναπτυχθεί κατά καιρούς. Τたうοおみくろん νευραλγικό βήμα της σύνθεσης αυτής είναι ηいーた δημιουργία απλού δεσμού N-N. Σしぐまτたうηいーた διεργασία Όλιν Ράσιγκ, οξειδωτικά μみゅーεいぷしろん βάση τたうοおみくろん χλώριο οξειδώνουν αμμωνία, χωρίς τたうηいーたνにゅー παρουσία κετόνης. Σしぐまτたうηいーた μέθοδο τたうοおみくろんυうぷしろん υπεροξειδίου, τたうοおみくろん υπεροξείδιο τたうοおみくろんυうぷしろん υδρογόνου αναλαμβάνει τたうηいーたνにゅー οξείδωση της αμμωνίας, παρουσία κετόνης. Αντί γがんまιいおたαあるふぁ τたうοおみくろん διπλό δεσμό C=N σしぐまεいぷしろん μみゅーιいおたαあるふぁ ιμίνη, ηいーた ουρία διαθέτει δでるたυうぷしろんοおみくろん (2) αμινομάδες συνδεμένες σしぐまεいぷしろん καρβονύλιο γがんまιいおたαあるふぁ οξείδωση.

Οξείδωση αμμωνίας από υποχλωριώδη, μみゅーεいぷしろん ενδιάμεση παραγωγή χλωραμίνης

Ηいーた υδραζίνη παράχθηκε μみゅーεいぷしろん τたうηいーた διεργασία Όλιν Ράσιγκ (Olin Raschig process) από υποχλωριώδες νάτριο κかっぱαあるふぁιいおた αμμωνία, μみゅーιいおたαあるふぁ διεργασία πぱいοおみくろんυうぷしろん ανακοινώθηκε γがんまιいおたαあるふぁ πρώτη φορά τたうοおみくろん 1907. Σύμφωνα μみゅーεいぷしろん τたうηいーた μέθοδο αυτή, παράγεται ενδιάμεσα χλωραμίνη, πぱいοおみくろんυうぷしろん αντιδρά μみゅーεいぷしろん τたうηいーたνにゅー περίσσεια της αμμωνίας, σχηματίζοντας υδραζίνη, αλλά επίσης υδροχλώριο ως παραπροϊόν :

$\mathrm {NH_{3}+NaOCl{\xrightarrow {}}NH_{2}Cl+NaOH}$
$\mathrm {NH_{2}Cl+NH_{3}{\xrightarrow {}}NH_{2}NH_{2}+HCl}$

Οξείδωση αμμωνίας από υποχλωριώδη, μみゅーεいぷしろん ενδιάμεση παραγωγή χλωραμίνης, παρουσία ακετόνης

Ηいーた διεργασία Κεταζίνης Μπάγιερ (Bayer Ketazine Process) ήταν πρόδομη μέθοδος της διεργασίας υπεροξειδίου. Εμπλέκει υποχλωριώδες νάτριο, ως οξειδωτικό, αντί τたうοおみくろんυうぷしろん υπεροξειδίου τたうοおみくろんυうぷしろん υδρογόνου. Όπως οおみくろんιいおた προηγούμενες μέθοδοι μみゅーεいぷしろん υποχλωριώδη, αυτή ηいーた μέθοδος υποφέρει από τたうοおみくろん γεγονός ότι συμπαράγει ένα ισοδύναμο άλατος γがんまιいおたαあるふぁ κάθε παραγώμενο ισοδύναμο υδραζίνης.

Οξείδωση ουρίας από υποχλωριώδη

Μみゅーιいおたαあるふぁ άλλη μέθοδος παραγωγής περιλαμβάνει τたうηいーたνにゅー επίδραση υποχλωριώδους νατρίου κかっぱαあるふぁιいおた υδροξειδίου τたうοおみくろんυうぷしろん νατρίου σしぐまεいぷしろん ουρία:

$\mathrm {NH_{2}CONH_{2}+NaOCl+2NaOH{\xrightarrow {}}NH_{2}NH_{2}+H_{2}O+NaCl+Na_{2}CO_{3}}$

Ηいーた μέθοδος συμπαράγει σημαντικά παραπροϊόντα κかっぱαあるふぁιいおた χρησιμοποιείται κυρίως σしぐまτたうηいーたνにゅー Ασία.

Οξείδωση αμμωνίας από υπεροξείδιο τたうοおみくろんυうぷしろん υδρογόνου

Ηいーた υδραζίνη μπορεί νにゅーαあるふぁ συνθεθεί από αμμωνία κかっぱαあるふぁιいおた υπεροξείδιο τたうοおみくろんυうぷしろん υδρογόνου, μみゅーεいぷしろん τたうηいーた διεργασία υπεροξειδίου, πぱいοおみくろんυうぷしろん επωνομάζεται συχνά διεργασία Πεσινέ-Ουζίν-Κούλμανν (Pechiney-Ugine-Kuhlmann process), κύκλος Ατοφίνα-PCUK ή κかっぱαあるふぁιいおた διεργασία κεταζίνης. Ηいーた καθαρή στοιχειομετρική εξίσωση της διεργασίας είναι ηいーた ακόλουθη:

$\mathrm {NH_{3}+H_{2}O_{2}{\xrightarrow {}}NH_{2}NH_{2}+H_{2}O}$

Κύκλος Ατοφίνα-PCUK

Σしぐまτたうοおみくろんνにゅー κύκλο Ατοφίνα-PCUK (Atofina–PCUK cycle) ηいーた υδραζίνη παράγεται μετά από αρκετά στάδια από μみゅーιいおたαあるふぁ κετόνη, όπως ηいーた προπανόνη ή ηいーた βουανόνη, αμμωνία κかっぱαあるふぁιいおた υπεροξείδιο τたうοおみくろんυうぷしろん υδρογόνου: Αρχικά ηいーた προπανόνη (ή ηいーた βουτανόνη) αντιδρά μみゅーεいぷしろん τたうηいーたνにゅー αμμωνία, δίνοντας 2-προπανιμίνη (ή 2-βουτανιμίνη, αντίστοιχα). Έπειτα, ηいーた 2-προπανιμίνη οξειδώνεται μみゅーεいぷしろん υπεροξείδιο τたうοおみくろんυうぷしろん υδρογόνου σしぐまεいぷしろん 3,3-διμεθυλοξαζιριδίνη, μみゅーιいおたαあるふぁ ετεροκυκλική ένωση, πぱいοおみくろんυうぷしろん περιέχει έναν τριμελή ετεροκυκλικό δακτύλιο μみゅーεいぷしろん άνθρακα, άζωτο κかっぱαあるふぁιいおた οξυγόνο. Μετά, ηいーた 3,3-διμεθυλοξαζιριδίνη επιδράται μみゅーεいぷしろん αμμωνία, παράγοντας 2-προπανυδραζόνη, μみゅーιいおたαあるふぁ ένωση μみゅーεいぷしろん δύο (2) άτομα αζώτου σしぐまτたうηいーた σειρά. Μみゅーεいぷしろん τたうηいーた σειρά της, ηいーた 2-προπανυδραζόνη αντιδρά μみゅーεいぷしろん ισομοριακή ποσότητα προπανόνης, δίνοντας ακετοναζίνη, πぱいοおみくろんυうぷしろん τελικά υδρολύεται παράγοντας υδραζίνη κかっぱαあるふぁιいおた προπανόνη. Αντίθετα μみゅーεいぷしろん τたうηいーた διεργασία Όλιν Ράσιγκ, ηいーた διεργασία αυτή δでるたεいぷしろんνにゅー συμπαράγεται κανένα άλας:

$\mathrm {NH_{3}+CH_{3}COCH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}C=NH+H_{2}O}$
$\mathrm {(CH_{3})_{2}C=NH+H_{2}O_{2}{\xrightarrow {}}H_{2}O+}$ 3,3-διμεθυλοξαζιριδίνη
3,3-διμεθυλοξαζιριδίνη $\mathrm {+NH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}C=NNH_{2}+H_{2}O}$
$\mathrm {(CH_{3})_{2}C=NNH_{2}+CH_{3}COCH_{3}{\xrightarrow {}}(CH_{3})_{2}C=NN=C(CH_{3})_{2}+H_{2}O}$
$\mathrm {(CH_{3})_{2}C=NN=C(CH_{3})_{2}+2H_{2}O{\xrightarrow {}}NH_{2}NH_{2}+2CH_{3}COCH_{3}}$

Ιδιότητες

Ηいーた υδραζίνη, υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, είναι υγρό άχρωμο, μみゅーεいぷしろん λιπαρή υφή, κかっぱαあるふぁιいおた μみゅーεいぷしろん οσμή αμμωνίας.

Ηいーた υδραζίνη έχει βασικές χημικές ιδιότητες, συγκρίσιμες μみゅーεいぷしろん αυτές της αμμωνίας:

$\mathrm {N_{2}H_{4}+H_{2}O\rightleftarrows N_{2}H_{5}^{+}+OH^{-}}$

Οおみくろんιいおた τιμές τたうωおめがνにゅー σχετικών σταθερών είναι Κかっぱ_b1 = 1,3·10^-6 κかっぱαあるふぁιいおた pK_a1 = 8,1. Γがんまιいおたαあるふぁ σύγκριση, οおみくろんιいおた αντίστοιχες τιμές της αμμωνίας είναι K_b = 1,78·10^-5 κかっぱαあるふぁιいおた pK_a = 9,25. Ηいーた υδραζίνη είναι δύσκολο νにゅーαあるふぁ διπρωτονιωθεί:

$\mathrm {N_{2}H_{5}^{+}+H_{2}O\rightleftarrows N_{2}H_{6}^{2+}+OH^{-}}$

Ηいーた δεύτερη σταθερά ισορροπίας είναι pK_a2 = -1,1. Ηいーた θερμότητα καύσης της υδραζίνης μみゅーεいぷしろん οξυγόνο είναι 1,941·10⁷ J/kg.Αναφλέγεται κかっぱαあるふぁιいおた καίγεται μみゅーεいぷしろん σχεδόν αόρατη φλόγα. Είναι ουσία δηλητηριώδης, απορροφάται από τたうοおみくろん δέρμα κかっぱαあるふぁιいおた προκαλεί καρκίνο. Σしぐまεいぷしろん χημικά καθαρή μορφή κかっぱαあるふぁιいおた αあるふぁνにゅー θερμανθεί εκρήγυται ακαριαία κかっぱαあるふぁιいおた αποσυντίθεται προς αμμωνία κかっぱαあるふぁιいおた άζωτο.

$\mathrm {3N_{2}H_{4}{\xrightarrow {}}4NH_{3}+N_{2}}$

Εκρήγνυται αあるふぁνにゅー έρθει σしぐまεいぷしろん επαφή μみゅーεいぷしろん οξειδωτικα υλικά, γがんまιいおた' αυτό κかっぱαあるふぁιいおた διατίθεται σしぐまτたうοおみくろん εμπόριο κυρίως υπό μορφή αραιού διαλύματος.

Μみゅーεいぷしろん τたうηいーたνにゅー χρήση καταλύτη παράγει θερμά αέρια.

Εφαρμογές

Υδραζίνη σしぐまεいぷしろん μπιτόνι πぱいοおみくろんυうぷしろん προορίζεται γがんまιいおたαあるふぁ καύσιμο τたうοおみくろんυうぷしろん πυραύλου τたうοおみくろんυうぷしろん διαστημοπλοίου Μέσεντζερ.

Λόγω της υψηλής αντιδραστικότητας της χρησιμοποιείται ως πολύπλευρο καύσιμο σしぐまεいぷしろん πυραύλους.

• ως Υπεργολικό καύσιμο στους κύριους προωθητικούς πυραύλους
• μみゅーεいぷしろん τたうηいーたνにゅー βοήθεια καταλύτου σしぐまεいぷしろん μικρούς βοηθητικούς πυραύλους

Χρησιμοποιείται επίσης σしぐまτたうηいーたνにゅー παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος κかっぱαあるふぁιいおた σしぐまτたうηいーたνにゅー παραγωγή ατμού υψηλής πίεσης.