02-06-2023
Гидразин | |
Общие | |
---|---|
Систематическое наименование | гидразин |
Химическая формула | N2H4 |
Физические свойства | |
Состояние (ст. усл.) | бесцветная жидкость |
Отн. молек. масса | 32.05 а. е. м. |
Молярная масса | 32.05 г/моль |
Плотность | 1.01 г/см³ |
Термические свойства | |
Температура плавления | 1 °C |
Температура кипения | 114 °C |
Химические свойства | |
Растворимость в воде | смешивается г/100 мл |
Классификация | |
Рег. номер CAS | [302-01-2] |
Гидрази́н (диамид) H2N—NH2 — бесцветная, 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. Гидразин и большинство его производных токсичны.
Содержание |
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 °С:
Переходные металлы (Co, Ni, Cu, Ag) катализируют разложение гидразина, при катализе платиной, родием и палладием основными продуктами разложения являются азот и водород:
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 — гидразиния 2+, содержащие соответственно ионы N2H5+ и N2H62+. Водные растворы гидразина обладают основными свойствами, но его основность значительно меньше, чем у аммиака:
(для аммиака Kb = 1,78·10−5) Протонирование второй неподеленной пары электронов протекает ещё труднее:
Известны соли гидразина — хлорид N2H5Cl, сульфат 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.
Соли гидразина бесцветны, почти все хорошо растворимы в воде. К числу важнейших относится сульфат гидразина N2H4 · H2SO4.
Гидразин — энергичный восстановитель. В растворах гидразин обычно также окисляется до азота:
Восстановить гидразин до аммиака можно только сильными восстановителями, такими, как Sn2+, Ti3+, водородом в момент выделения(Zn + HCl):
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.
Качественной реакцией на гидразин служит образование окрашенных гидразонов с некоторыми альдегидами, в частности — с p-диметиламинобензальдегидом.
Гидразин получают окислением аммиака NH3 или мочевины CO(NH2)2 гипохлоритом натрия NaClO:
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:
реакция проводится при температуре ~100 °C и атмосферном давлении.
Гидразин применяют в органическом синтезе, в производстве пластмасс, резины, инсектицидов, взрывчатых веществ, в качестве компонента ракетного топлива.
Гидразин и его производные, такие как 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.
Во время Второй мировой войны гидразин был применён в Германии на реактивных истребителях «Мессершмитт Ме-16З».
Теоретические характеристики различных видов ракетного топлива, образованных гидразином с различными окислителями.
Окислитель | Удельная тяга (Р1, с*) | Температура сгорания °С | Плотность топлива г/см³ | Прирост скорости, ΔVид,25, м/с | Весовое содерж.горючего % |
---|---|---|---|---|---|
Фтор | 364,4 с | °С | 1,314 | 5197 м/с | 31 % |
Тетрафторгидразин | 334,7 с | °С | 1,105 | 4346 м/с | 23,5 % |
ClF3 | 294,6 с | °С | 1,507 | 4509 м/с | 27 % |
ClF5 | 312,0 с | °С | 1,458 | 4697 м/с | 26,93 % |
Перхлорилфторид | 295,3 с | °С | 1,327 | 4233 м/с | 40 % |
Фторид кислорода | 345,9 с | °С | 1,263 | 4830 м/с | 40 % |
Кислород | 312,9 с | °С | 1,065 | 3980 м/с | 52 % |
Перекись водорода | 286,9 с | °С | 1,261 | 4003 м/с | 33 % |
N2O4 | 291,1 с | °С | 1,217 | 3985 м/с | 43 % |
Азотная кислота | 279,1 с | °С | 1,254 | 3883 м/с | 40 % |
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 — астролита, который, однако, в настоящее время практического значения не имеет.
Гидразин.