Jump to content

Четырехокись азота

(Перенаправлено с Перекись азота )
Четырехокись азота
Полная структурная формула
Full structural formula
Модель заполнения пространства
Space-filling model
Диоксид азота при разных температурах
Диоксид азота при -196 °C, 0 °C, 23 °C, 35 °C и 50 °C. ( НЕТ
2
) превращается в бесцветный четырехокись азота ( N
2

4
) при низких температурах превращается в NO.
2
при более высоких температурах.
Имена
Название ИЮПАК
Четырехокись азота
Идентификаторы
3D model ( JSmol )
ЧЭБИ
ХимическийПаук
Информационная карта ECHA 100.031.012 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 234-126-4
2249
номер РТЭКС
  • QW9800000
НЕКОТОРЫЙ
Число 1067
Характеристики
N 2 O 4
Молярная масса 92.010  g·mol −1
Появление Белое твердое вещество, бесцветная жидкость, оранжевый газ.
Плотность 1,44246   г/см 3 (жидкость, 21 °С)
Температура плавления -11,2 ° C (11,8 ° F; 261,9 К) и разлагается до NO 2.
Точка кипения 21,69 ° С (71,04 ° F; 294,84 К)
Реагирует с образованием азотистой и азотной кислот.
Давление пара 96   кПа (20   °С) [1]
−23.0·10 −6  см 3 /моль
1.00112
Структура
Планар, Д
маленький, ненулевой
Термохимия
304,29   Дж/К⋅моль [2]
+9,16   кДж/моль [2]
Опасности
СГС Маркировка :
GHS03: ОкислениеGHS04: Сжатый газGHS05: Коррозионное веществоGHS06: ТоксичноGHS07: Восклицательный знак
Опасность
Х270 , Х280 , Х314 , Х330 , Х335 , Х336
P220 , P244 , P260 , P261 , P264 , P271 , P280 , P284 , P301+P330+P331 , P303+P361+P353 , P304+P340 , P305+P351+P338 , P310 , P312 , P320 , П321 , П363 , П370+ П376 , П403 , П403+П233 , П405 , П410+П403 , П501
NFPA 704 (огненный алмаз)
точка возгорания Невоспламеняющийся
Паспорт безопасности (SDS) Внешний паспорт безопасности
Родственные соединения
Родственные азота оксиды
Родственные соединения
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).

Четырехокись азота , обычно называемая четырехокисью азота ( NTO ), а иногда (обычно среди инженеров-ракетчиков бывшего СССР/россии) как амил , представляет собой химическое соединение N 2 O 4 . Это полезный реагент в химическом синтезе. Образует равновесную смесь с диоксидом азота . Его молярная масса составляет 92,011 г/моль.

Четырехокись азота — мощный окислитель , который гиперголичен (спонтанно реагирует) при контакте с различными формами гидразина , что сделало эту пару обычным двухкомпонентным топливом для ракет.

Структура и свойства

[ редактировать ]

Четырехокись азота можно рассматривать как две нитрогруппы (-NO 2 ), связанные вместе. Образует равновесную смесь с диоксидом азота . [5] Молекула плоская с расстоянием связи NN 1,78   Å и расстоянием связи NO 1,19   Å. Расстояние NN соответствует слабой связи, поскольку оно значительно длиннее средней длины одинарной связи NN, равной 1,45   Å. [6] Эта исключительно слабая σ-связь (составляющая перекрытие sp 2 гибридные орбитали двух NO 2 единиц [7] ) возникает в результате одновременной делокализации связывающей электронной пары по всей молекуле N 2 O 4 и значительного электростатического отталкивания дважды занятых молекулярных орбиталей каждого звена NO 2 . [8]

В отличие от NO 2 , N 2 O 4 диамагнитен , поскольку не имеет неспаренных электронов. [9] Жидкость также бесцветна, но может выглядеть как коричневато-желтая жидкость из-за присутствия NO 2 в соответствии со следующим равновесием: [10]

N 2 O 4 ⇌ 2 NO 2   ( Δ H = +57,23 кДж/моль )

Более высокие температуры сдвигают равновесие в сторону диоксида азота. Неизбежно, что некоторое количество тетроксида диазота является компонентом смога , содержащим диоксид азота.

Твердый N 2 O 4 имеет белый цвет и плавится при температуре -11,2 °C. [11]

Производство

[ редактировать ]

Четырехокись азота производится каталитическим окислением аммиака для ( процесс Оствальда ): пар используется в качестве разбавителя снижения температуры горения. На первом этапе аммиак окисляется до оксида азота :

4 NH 3 + 5 O 2 → 4 NO + 6 H 2 O

Большая часть воды конденсируется, а газы дополнительно охлаждаются; образовавшийся оксид азота окисляется до диоксида азота, который затем димеризуется в четырехокись азота:

2 НО + О 2 → 2 НО 2
2 НЕТ 2 ⇌ Н 2 О 4

а оставшаяся вода удаляется в виде азотной кислоты . Газ по существу представляет собой чистый диоксид азота, который конденсируется в четырехокись азота в ожижителе с соляным охлаждением. [12]

Четырехокись азота также можно получить путем реакции концентрированной азотной кислоты и металлической меди. Этот синтез практичен в лабораторных условиях. Четырехокись азота также можно получить путем нагревания нитратов металлов. [13] Окисление меди азотной кислотой — сложная реакция с образованием различных оксидов азота различной устойчивости, которая зависит от концентрации азотной кислоты, присутствия кислорода и других факторов. Нестабильные частицы далее реагируют с образованием диоксида азота, который затем очищают и конденсируют с образованием тетраоксида динитрогена.

Использование в качестве ракетного топлива

[ редактировать ]

Четырехокись азота используется в качестве окислителя в одной из наиболее важных систем ракетного топлива, поскольку его можно хранить в жидком виде при комнатной температуре. Педро Паулет , перуанский эрудит , сообщил в 1927 году, что в 1890-х годах он экспериментировал с ракетным двигателем, в котором использовались подпружиненные сопла, которые периодически вводили испаренный четырехокись азота и нефтяной бензин в свечу зажигания для зажигания, при этом двигатель выдавал мощность 300 л.с. пульсирующие взрывы в минуту. [14] [15] Паулет затем посетил немецкую ракетную ассоциацию Verein für Raumschiffahrt (VfR), и 15 марта 1928 года Валье аплодировал конструкции жидкостной ракеты Паулета в издании VfR Die Rakete , заявив, что двигатель обладает «удивительной мощностью». [16] обратилась к Паулету с Вскоре нацистская Германия просьбой помочь в разработке ракетных технологий, но он отказался помочь и никогда не поделился формулой своего топлива. [17]

В начале 1944 года немецкие ученые провели исследование возможности использования тетроксида динитрогена в качестве окислителя для ракетного топлива, хотя немцы лишь в очень ограниченной степени использовали его в качестве добавки к S-Stoff (дымящей азотной кислоте). он стал предпочтительным хранимым окислителем для многих ракет как в Соединенных Штатах , так и в СССР К концу 1950-х годов . Это гиперголическое топливо в сочетании с гидразина на основе ракетным топливом . Одним из первых применений этой комбинации было семейство ракет «Титан», которые первоначально использовались в качестве межконтинентальных баллистических ракет , а затем в качестве ракет-носителей для многих космических кораблей. Используемый на американских космических кораблях «Джемини» и «Аполлон» , а также на космическом корабле «Шаттл» , он продолжает использоваться в качестве топлива для поддержания стационарности на большинстве геостационарных спутников и многих зондах дальнего космоса. Он также является основным окислителем для российской ракеты «Протон» .

При использовании в качестве топлива тетроксид динитрогена обычно называют просто четырехокисью азота аббревиатура NTO , и широко используется . Кроме того, НТО часто используется с добавлением небольшого процента оксида азота , который ингибирует коррозионное растрескивание титановых сплавов, и в таком виде НТО ракетного топлива называют смешанными оксидами азота ( МОН ). Большинство космических кораблей теперь используют MON вместо NTO; например, в системе управления реакцией космического корабля «Шаттл» использовался MON3 (NTO, содержащий 3% NO по массе). [18]

Несчастный случай корабля «Аполлон-Союз»

[ редактировать ]

24 июля 1975 года в результате отравления НТО пострадали трое американских астронавтов при последнем спуске на Землю после полета испытательного проекта «Аполлон-Союз» . Это произошло из-за того, что переключатель случайно остался в неправильном положении, что позволило сработать двигателям ориентации после открытия воздухозаборника кабины, что позволило парам NTO попасть в кабину. Один член экипажа потерял сознание во время спуска. После приземления экипаж был госпитализирован на пять дней из-за химической пневмонии и отеков . [19] [20]

Производство электроэнергии с использованием N 2 O 4

[ редактировать ]

Тенденция N 2 O 4 обратимо распадаться на NO 2 привела к исследованию его использования в современных системах производства электроэнергии в качестве так называемого диссоциирующего газа. [21] «Холодный» тетроксид динитрогена сжимается и нагревается, в результате чего он диссоциирует на диоксид азота с половиной молекулярной массы. Этот горячий диоксид азота расширяется через турбину, охлаждая его и снижая давление, а затем охлаждается дальше в радиаторе, заставляя его рекомбинировать в четырехокись азота с исходной молекулярной массой. Тогда гораздо проще сжать и начать весь цикл заново. Такие диссоциативные газовые циклы Брайтона могут значительно повысить эффективность оборудования для преобразования энергии. [22]

Высокая молекулярная масса и меньшая степень объемного расширения диоксида азота по сравнению с паром позволяют турбинам быть более компактными. [23]

N 2 O 4 был основным компонентом рабочего тела «нитрин» в выведенном из эксплуатации переносном ядерном реакторе «Памир-630Д» , работавшем с 1985 по 1987 год. [24]

Химические реакции

[ редактировать ]

Промежуточный продукт производства азотной кислоты

[ редактировать ]

Азотная кислота производится в больших масштабах с помощью N 2 O 4 . Этот вид реагирует с водой с образованием азотистой кислоты и азотной кислоты :

N 2 O 4 + H 2 O → HNO 2 + HNO 3

Побочный продукт HNO 2 при нагревании диспропорционируется до NO и еще азотной кислоты. Под воздействием кислорода NO снова превращается в диоксид азота:

2 НО + О 2 → 2 НО 2

Образовавшиеся NO 2 и N 2 O 4 можно вернуть в цикл, чтобы снова дать смесь азотистой и азотной кислот.

Синтез нитратов металлов

[ редактировать ]

N 2 O 4 подвергается молекулярной автоионизации с образованием [NO + ] [НЕТ 3 ], причем первый ион нитрозония является сильным окислителем. различные безводные нитратные комплексы переходных металлов . можно получить Из N 2 O 4 и недрагоценного металла [25]

2 Н 2 О 4 + М → 2 НО + М(НО 3 ) 2

где M = Cu , Zn или Sn .

Если нитраты металлов получить из N 2 O 4 в полностью безводных условиях, то может образоваться ряд нитратов ковалентных металлов со многими переходными металлами. Это связано с тем, что существует термодинамическое предпочтение нитрат-иона ковалентно связываться с такими металлами, а не образовывать ионную структуру. Такие соединения необходимо получать в безводных условиях, так как нитрат-ион является гораздо более слабым лигандом, чем вода, и в присутствии воды простой нитрат гидратированного иона металла образуется . Соответствующие безводные нитраты сами по себе являются ковалентными, а многие из них, например безводный нитрат меди , летучи при комнатной температуре. Безводный нитрат титана сублимируется в вакууме всего при 40 °C. Многие из безводных нитратов переходных металлов имеют яркий цвет. Эта отрасль химии была разработана Клиффом Аддисоном и Норманом Логаном в Ноттингемском университете высокоэффективные осушители и сухие боксы в Великобритании в 1960-х и 1970-х годах, когда начали становиться доступными .

  1. ^ Международная карта химической безопасности https://www.ilo.org/dyn/icsc/showcard.display?p_lang=en&p_card_id=0930&p_version=2
  2. ^ Перейти обратно: а б П. В. Аткинс и Дж. де Паула, Физическая химия (8-е изд., WH Freeman, 2006), стр. 999.
  3. ^ «Химический паспорт: тетраоксид азота» . КАМЕО Химические вещества NOAA . Проверено 8 сентября 2020 г.
  4. ^ «Краткая информация о соединении: четырехокись азота» . ПабХим . Проверено 8 сентября 2020 г.
  5. ^ Бент, Генри А. (1963). «Димеры диоксида азота. II. Структура и связь». Неорганическая химия . 2 (4): 747–752. дои : 10.1021/ic50008a020 .
  6. ^ Петруччи, Ральф Х.; Харвуд, Уильям С.; Херринг, Ф. Джеффри (2002). Общая химия: принципы и современные приложения (8-е изд.). Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Прентис-Холл. п. 420 . ISBN  978-0-13-014329-7 . LCCN   2001032331 . OCLC   46872308 .
  7. ^ Рейнер-Кэнхэм, Джефф (2013). Описательная неорганическая химия (6-е изд.). п. 400. ИСБН  978-1-319-15411-0 . OCLC   1026755795 .
  8. ^ Альрикс, Рейнхарт; Кейл, Фрерих (1 декабря 1974 г.). «Структура и связь в четырехокиси азота (N2O4)» . Журнал Американского химического общества . 96 (25): 7615–7620. дои : 10.1021/ja00832a002 . ISSN   0002-7863 .
  9. ^ Холлеман, А.Ф.; Виберг, Э. «Неорганическая химия» Academic Press: Сан-Диего, 2001. ISBN   978-0-12-352651-9 .
  10. ^ Холлеман, А.Ф.; Виберг, Э. (2001) Неорганическая химия . Академическая пресса: Сан-Диего. ISBN   0-12-352651-5 .
  11. ^ Холлеман, А.Ф.; Виберг, Э. (2001) Неорганическая химия . Академическая пресса: Сан-Диего. ISBN   0-12-352651-5 .
  12. ^ Хебри, TH; Инскип, GC (1954). Современные химические процессы: Серия статей, посвященных химическим производствам . Нью-Йорк: Рейнхольд. п. 219.
  13. ^ Ренни, Ричард (2016). Химический словарь . Издательство Оксфордского университета. п. 178. ИСБН  978-0-19-872282-3 .
  14. ^ Гонсалес Обандо, Диана (22 июля 2021 г.). «Педро Паулет: перуанский гений, опередивший свое время и основавший космическую эпоху» . El Comercio (на испанском языке) . Проверено 13 марта 2022 г.
  15. ^ «Перуанец Педро Паулет претендует на право собственности на свое изобретение» . Эль Комерсио (на испанском языке). 25 августа 1927 года . Проверено 13 марта 2022 г.
  16. ^ Мехия, Альваро (2017). Педро Паулет, междисциплинарный ученый (на испанском языке). Католический университет Сан-Пабло. стр. 95–122.
  17. ^ «Перуанец, ставший отцом космонавтики, вдохновленный Жюлем Верном и появившийся на новых 100-единственных купюрах» . BBC News (на испанском языке) . Проверено 11 марта 2022 г.
  18. ^ «Индекс ракетного топлива» . Архивировано из оригинала 11 мая 2008 г. Проверено 1 марта 2005 г.
  19. ^ «Брэнд берет на себя вину за утечку газа на Аполлоне» , Флоренция, Алабама — газета Times Daily , 10 августа 1975 г.
  20. ^ Сотос, Джон Г., доктор медицины. «Истории здоровья астронавтов и космонавтов» , 12 мая 2008 г., по состоянию на 1 апреля 2011 г.
  21. ^ Сточл, Роберт Дж. (1979). Потенциальное улучшение производительности за счет использования реагирующего газа (тетроксида азота) в качестве рабочей жидкости в замкнутом цикле Брайтона (PDF) (Технический отчет). НАСА . ТМ-79322.
  22. ^ Рагеб, Р. «Концепции ядерных реакторов и термодинамические циклы» (PDF) . Проверено 1 мая 2013 г.
  23. ^ Бинотти, Марко; Инверницци, Костанте М.; Йора, Паоло; Манзолини, Джампаоло (март 2019 г.). «Смеси тетраоксида азота и углекислого газа как рабочие жидкости в солнечных башенных установках» . Солнечная энергия . 181 : 203–213. doi : 10.1016/j.solener.2019.01.079 . S2CID   104462066 .
  24. ^ Палюхович, В.М. (7 мая 2023 г.). «Безопасный вывод из эксплуатации мобильной атомной электростанции» (PDF) . Международное агентство по атомной энергии . Минск, Беларусь: Департамент по надзору за промышленной и ядерной безопасностью. Архивировано (PDF) из оригинала 7 мая 2023 года . Проверено 7 мая 2023 г.
  25. ^ Аддисон, К. Клиффорд (февраль 1980 г.). «Тетрокись азота, азотная кислота и их смеси как среды для неорганических реакций». Химические обзоры . 80 (1): 21–39. дои : 10.1021/cr60323a002 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 937cc387c42eacf593738d16ee10cd47__1714597800
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/93/47/937cc387c42eacf593738d16ee10cd47.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Dinitrogen tetroxide - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)