Новости Нефтегазовая пром.
Выставки Наука и технология


Гидразин

Гидразин

гидразин


Гидразин
гидразин
гидразин
гидразин
Систематическое
наименование
Гидразин
Хим. формулаN2H4
Состояниебесцветная жидкость
Молярная масса32,05 г/моль
Плотность1,01 г/см³
Энергия ионизации8,93 ± 0,01 эВ
Т. плав.+2 °C
Т. кип.114 °C
Т. всп.99 ± 0 °F
Пр. взрв.2,9 ± 0,1 об.%
Давление пара10 ± 1 мм рт.ст.
pKa8,1 ± 0,01
Растворимость в водесмешивается
Рег. номер CAS[302-01-2]
PubChem
Рег. номер EINECS206-114-9
SMILES
InChI
RTECSMU7175000
ChEBI15571
Номер ООН2029
ChemSpider
Пиктограммы СГСгидразин гидразин гидразин гидразин
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Гидразин (диамин) H2N—NH2 — бесцветная, чрезвычайно токсичная, сильно гигроскопическая жидкость, с неприятным запахом.

Молекула N2H4 состоит из двух групп NH2, повёрнутых друг относительно друга, что обусловливает полярность молекулы гидразина, μ = 0,62⋅10−29 Кл · м. Смешивается в любых соотношениях с водой, жидким аммиаком, этанолом; в неполярных растворителях растворяется плохо. Образует органические производные: алкилгидразины и арилгидразины.

Был открыт в 1887 году Теодором Курциусом.

гидразин 

Свойства

Термодинамически гидразин значительно менее устойчив, чем аммиак, так как связь N—N не очень прочна: разложение гидразина — экзотермическая реакция, протекающая в отсутствие катализаторов при 200—300 °C:

 3N2H4 → 4NH3 + N2

Переходные металлы (Co, Ni, Cu, Ag) катализируют разложение гидразина. При катализе платиной, родием и палладием основными продуктами разложения являются азот и водород:

 N2H4 → N2 + 2H2

Благодаря наличию двух неподелённых пар электронов у атомов азота, гидразин способен к присоединению одного или двух ионов водорода. При присоединении одного протона получаются соединения гидразиния с зарядом 1+, двух протонов — гидразония с зарядом 2+, содержащие соответственно ионы N2H5+ и N2H62+. Водные растворы гидразина обладают основными свойствами, но его основность значительно меньше, чем у аммиака:

 N2H4 + H2O → [N2H5]+ + OH ,  Kb = 3,0 ⋅ 10−6

(для аммиака Kb = 1,78⋅10−5)

Протонирование второй неподеленной пары электронов протекает ещё труднее:

 [N2H5]+ + H2O → [N2H6]2+ + OH ,  Kb = 8,4 ⋅ 10−16

Известны соли гидразина — хлорид гидразиния (Гидразин солянокислый) N2H5Cl, сульфат гидразиния (Гидразин сернокислый N2H6SO4 и т. д. Иногда их формулы записывают N2H4 · HCl, N2H4 · H2SO4 и т. д. и называют гидрохлорид гидразина, сульфат гидразина и т. д. Большинство таких солей растворимо в воде.

 N2H4 + HCl → [N2H5]Cl

Соли гидразина бесцветны, почти все хорошо растворимы в воде. К числу важнейших относится сульфат гидразина N2H4 · H2SO4.

Гидразин как восстановитель

Гидразин — энергичный восстановитель. В растворах гидразин обычно также окисляется до азота:

 4KMnO4 + 5N2H4 + 6H2SO4 ⟶ 5N2 + 4MnSO4 + 2K2SO4 + 16H2O

Восстановить гидразин до аммиака можно только сильными восстановителями, такими, как  Sn2+,  Ti3+, водородом в момент выделения (Zn + HCl):

 N2H4 + Zn + 4HCl ⟶ 2NH4Cl + ZnCl2

Окисляется кислородом воздуха до азота, аммиака и воды. Известны многие органические производные гидразина. Гидразин, а также гидразин-гидрат, гидразин-сульфат, гидразин-хлорид, широко применяются в качестве восстановителей золота, серебра, платиновых металлов из разбавленных растворов их солей. Медь в аналогичных условиях восстанавливается до закиси.

В органическом синтезе гидразин применяется для восстановления карбонильной группы альдегидов и кетонов до метиленовой по Кижнеру — Вольфу (реакция Кижнера — Вольфа), реакция идёт через образование гидразонов, расщепляющихся затем под действием сильных оснований.

Обнаружение

Качественной реакцией на гидразин служит образование окрашенных гидразонов с некоторыми альдегидами, в частности — с p-диметиламинобензальдегидом.

Получение

Гидразин получают окислением аммиака  NH3  или мочевины  CO(NH2)2  гипохлоритом натрия  NaClO (метод Рашига):

 NH3 + NaClO ⟶ NH2Cl + NaOH
 NH2Cl + NH3 ⟶ N2H4 ⋅ HCl

реакция проводится при температуре 160 °C и давлении 2,5—3,0 МПа.

Синтез гидразина окислением мочевины гипохлоритом по механизму аналогичен синтезу аминов из амидов по Гофману:

 (NH2)2CO + NaClO + 2NaOH ⟶ N2H4 + H2O + NaCl + Na2CO3

реакция проводится при температуре ~100 °C и атмосферном давлении.

Применяется также метод Байера:

 2NH3 + H2O2 ⟶ N2H4 + 2H2O
гидразин

Применение

Гидразин применяют в органическом синтезе, в производстве пластмасс, резины, инсектицидов, взрывчатых веществ, в качестве компонента ракетного топлива, как восстановитель при выделении золота из растворов.

Гидразина сульфат применяется в случае таких заболеваний, как неоперабельные прогрессирующие распространённые формы, рецидивы и метастазы злокачественных опухолей — рак лёгкого (особенно немелкоклеточный), молочных желёз, желудка, поджелудочной железы, гортани, эндометрия, шейки матки, десмоидный рак, саркома мягких тканей, фибросаркома, нейробластома, лимфогранулематоз, лимфосаркома (монотерапия или в составе полихимиотерапии).

Гидразин также применяется в качестве топлива в гидразин-воздушных низкотемпературных топливных элементах.

Жидкая смесь гидразина и нитрата аммония используется как мощное взрывчатое средство с нулевым кислородным балансом — астролит, который, однако, в настоящее время практического значения не имеет.

Гидразин широко применяется в химической промышленности в качестве восстановителя кислорода, содержащегося в деминерализованной воде, применяемой для питания котлов (котельные установки, производства аммиака, слабой азотной кислоты и другое). При этом протекает следующая химическая реакция:

 N2H4 + O2 ⟶ N2 + 2H2O

Ракетное топливо

Во время Второй мировой войны гидразин применялся в Германии в качестве одного из компонентов топлива для реактивных истребителей «Мессершмитт Ме-163» (C-Stoff, содержащий до 30 % гидрата гидразина).

Гидразин и его производные (метилгидразин, несимметричный диметилгидразин и их смеси (аэрозин)) широко распространены как ракетное горючее. Они могут быть использованы в паре с самыми разными окислителями, а некоторые и в качестве однокомпонентного топлива, в этом случае рабочим телом двигателя являются продукты разложения на катализаторе. Последнее удобно для маломощных двигателей.

Теоретические характеристики различных видов ракетного топлива, образованных гидразином с различными окислителями 
ОкислительУдельная тяга (P1, с*)Температура сгорания °CПлотность топлива г/см³Прирост скорости, ΔVид, 25, м/сВесовое содержание горючего %
Фтор364,4 с°C1,3145197 м/с31 %
Тетрафторгидразин334,7 с°C1,1054346 м/с23,5 %
ClF3294,6 с°C1,5074509 м/с27 %
ClF5312,0 с°C1,4584697 м/с26,93 %
Перхлорилфторид295,3 с°C1,3274233 м/с40 %
Фторид кислорода345,9 с°C1,2634830 м/с40 %
Кислород312,9 с°C1,0653980 м/с52 %
Пероксид водорода286,9 с°C1,2614003 м/с33 %
N2O4291,1 с°C1,2173985 м/с43 %
Азотная кислота279,1 с°C1,2543883 м/с40 %
  • Удельная тяга равна отношению тяги к весовому расходу топлива; в этом случае она измеряется в секундах (с = Н·с/Н = кгс·с/кгс). Для перевода весовой удельной тяги в массовую её надо умножить на ускорение свободного падения (примерно равное 9,81 м/с²). В ракетно-космической сфере для обозначения чаще используют термин «удельный импульс тяги» (выражаемый в м/с) или просто «удельный импульс» (в секундах). Выраженная в м/с, эта величина характеризует скорость истечения реактивной струи (приблизительно, с учётом дополнительного слагаемого в формуле тяги ЖРД). Удельный импульс является важнейшей характеристикой совершенства ракетных двигателей. Зависит от типа применяемой топливной пары, схемы и конструкции двигателя и других параметров.

Токсичность

Гидразин и большинство его производных очень токсичны. Небольшие концентрации гидразина вызывают раздражение глаз, дыхательных путей. При повышении концентрации начинается головокружение, головная боль и тошнота. Далее следуют судороги, токсический отёк лёгких, а за ними — кома и смерть. ПДК в воздухе рабочей зоны = 0,1 мг/м3. Относится к первому классу опасности