Hidracina

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hidracina

General

Nombre sistemático

hidracina

nombres tradicionales

Hidracina, diamida

química fórmula

N 2 H 4

Rata. fórmula

H2N - NH2 _

Propiedades físicas

Estado

líquido incoloro

Masa molar

32,05 g/ mol

Densidad

1,01 g/cm³

Energía de ionización

8,93 ± 0,01 eV [1]

Propiedades termales

La temperatura

• fusión

+2 ºC

• hirviendo

114°C

• parpadea

+37,2°C

Límites explosivos

2,9 ± 0,1% vol. [1]

entalpía

• educación

50,5 kJ/mol

Presion de vapor

10 ± 1 mm Hg [una]

Propiedades químicas

Constante de disociación ácida

pK_{a}

8,1 ± 0,01 [2]

Solubilidad

• en agua

mezclado

Clasificación

registro número CAS

[302-01-2]

PubChem

9321

registro Número EINECS

206-114-9

SONRISAS

InChI

InChI=1S/H4N2/c1-2/h1-2H2ROBLEJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N

RTECS

MU7175000

CHEBI

2029 , 2030 y 3293

La seguridad

0,1 mg/m³

9-13 mg/kg

extremadamente tóxico, SDYAV

Pictogramas SGA

NFPA 704

cuatro cuatro 3

Los datos se basan en condiciones estándar (25 °C, 100 kPa) a menos que se indique lo contrario.

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La hidracina (diamina, diamida) H 2 N-NH 2 es una sustancia inorgánica , un líquido incoloro, extremadamente tóxico, altamente higroscópico y de olor desagradable.

La molécula de N 2 H 4 consta de dos grupos NH 2 rotados entre sí, lo que determina la polaridad de la molécula de hidracina, μ = 0.62⋅10 −29 C m Miscible en cualquier proporción con agua , amoníaco líquido , etanol ; Es poco soluble en disolventes no polares . Forma derivados orgánicos: alquilhidrazinas y arilhidrazinas .

Historial de descubrimientos

El primer derivado de la hidracina, a saber, el hidrazobenceno, fue obtenido por Nikolai Zinin en 1845, quien redujo el azobenceno con sulfuro de sodio [3] . La sustancia resultante contenía el fragmento -NH-NH-. Treinta años después, los químicos alemanes Emil y Otto Fischer aislaron la fenilhidrazina C 6 H 5 NHNH 2 , pero no pudieron reemplazar el grupo fenilo con hidrógeno.

Por lo general, se informa que la hidracina fue descubierta por Theodor Curtius (1887) [4] . Dicha información está contenida en los Fundamentos de la Química de Dmitri Mendeleev y en la Historia de la Química de Michele Giua. Sin embargo, Curtius obtuvo sulfato de hidracina N 2 H 6 SO 4 , mientras que la hidracina pura no fue aislada hasta 1894 por el químico francés Lobre de Brin.

Conseguir

Métodos básicos

La hidracina se obtiene por oxidación de amoníaco o urea con hipoclorito de sodio [5] (método Raschig): ${\ estilo de visualización {\ ce {NH3}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {CO (NH2) 2))}$ ${\ Displaystyle {\ ce {NaClO}}}$

{\ce {NH3 + NaClO -> NH2Cl + NaOH}}

{\ce {NH2Cl + NH3 -> N2H4.HCl))

la reacción se lleva a cabo a una temperatura de 160 °C y una presión de 2,5 a 3,0 MPa. La temperatura elevada y el alto contenido de amoníaco en relación con el hipoclorito minimizan las reacciones secundarias, a saber, la interacción de la cloramina con la hidracina y la dicloramina con el amoníaco. El rendimiento de hidracina se puede aumentar significativamente agregando aditivos: glicerina, azúcar, almidón, dextrina (rendimiento de hidracina 40-50%) o caseína, albúmina, pegamento (60-70%). La introducción de pegamento en combinación con una proporción muy alta de amoníaco a hipoclorito le permite llevar el rendimiento de hidracina al 75-80%. Raschig creía que los aditivos afectan la viscosidad de la solución, pero luego se demostró que se unen a ciertos iones metálicos, que catalizan una reacción secundaria entre la cloramina y la hidracina, lo que ralentiza el proceso objetivo. El contenido de, por ejemplo, iones de cobre, incluso a una concentración de 1 ppm, impide fuertemente la formación de hidrazina, por lo que se necesitan aditivos. Los más efectivos son la gelatina y el pegamento.

La síntesis de hidrazina por oxidación de urea con hipoclorito es similar en mecanismo a la síntesis de aminas a partir de amidas según Hoffmann:

{\ce {CO(NH2)2 + NaClO + 2NaOH -> N2H4 + H2O + NaCl + Na2CO3))

la reacción se lleva a cabo a una temperatura de ~100 °C y presión atmosférica.

También se aplica el método Bayer:

{\ce {2NH3 + H2O2 -> N2H4 + 2H2O))

Hidracina anhidra

Los métodos anteriores permiten obtener hidrazina en forma de soluciones acuosas, que no son adecuadas para su uso posterior. Es necesario obtener hidrazina concentrada o anhidra. Para ello, las soluciones diluidas se concentran por métodos físicos o físico-químicos [6] .

destilacion _ La ebullición de una solución de hidracina puede eliminar el exceso de agua, pero este método tiene limitaciones, porque con un contenido de hidracina en la solución superior al 50 %, la composición del vapor no difiere de la composición de la fase líquida. En otras palabras, la hidracina y el agua forman una mezcla azeotrópica. A veces se agrega acetona o xileno durante la destilación, lo que mejora la calidad de la separación.

Agua helada . Cuando la solución de hidrazina se enfría a una temperatura inferior a 0°C, el agua se puede eliminar por congelación. Sin embargo, este método es laborioso, porque la separación del hielo de las aguas madres presenta ciertas dificultades.

Deshidratación _ El método se basa en el hecho de que algunas sustancias pueden unir agua formando hidratos cristalinos. Por ejemplo, se ha propuesto utilizar sulfato de sodio anhidro para este fin. Las desventajas del método son el bajo grado de concentración y la necesidad de limpiar la solución del exceso de sal. Sin embargo, el método se puede utilizar cuando la solución de hidracina ya está suficientemente concentrada.

extracción _ Es muy difícil elegir un solvente para la extracción de hidracina del agua, porque las moléculas de hidracina y agua tienen una alta polaridad y forman un fuerte enlace entre sí. Para la extracción, se ha propuesto un enfoque indirecto, cuando los aldehídos y las cetonas unen la hidrazina a derivados no iónicos: hidrazonas y aldazonas. Estos compuestos luego se extraen con benceno, tetracloruro de carbono, éter dietílico y otros. La anilina también se utiliza para la extracción.

Precipitación de sal . La hidracina se puede precipitar como sales, por ejemplo, sulfato de N 2 H 4 .H 2 SO 4 o sales dobles de MSO 4 (N 2 H 4 ) 2 SO 4 , donde M es cobre, níquel, zinc, cadmio y cobalto.

Propiedades ácido-base

La hidrazina líquida se ioniza parcialmente en iones de hidrazonio e hidrazida:

{\mathsf {2N_{2}H_{4}+H_{2}O\rightleftarrows N_{2}H_{5}^{+}+N_{2}H_{3}^{-},\ \ K=[N_{2}H_{5}^{+}][N_{2}H_{3}^{-}]=2,0\cdot 10^{-25}}}

Debido a la presencia de dos pares solitarios de electrones en los átomos de nitrógeno, la hidracina es capaz de unir uno o dos iones de hidrógeno. Cuando se une un protón, se obtienen compuestos de hidrazinio con una carga de 1+, dos protones: hidrazonio con una carga de 2+, que contienen, respectivamente, iones N 2 H 5 + y N 2 H 6 2+ . Las soluciones acuosas de hidrazina tienen propiedades básicas , pero su basicidad es mucho menor que la del amoníaco:

{\mathsf {N_{2}H_{4}+H_{2}O\rightarrow [N_{2}H_{5}]^{+}+OH^{-},\ \ K_{b}=3, 0\cdot 10^{{-6}}}}

(para amoníaco K b = 1.78⋅10 −5 )

La protonación del segundo par de electrones solitario es aún más difícil:

{\mathsf {[N_{2}H_{5}]^{+}+H_{2}O\rightarrow [N_{2}H_{6}]^{{2+}}+OH^{-}, \ \ K_{b}=8,4\cdot 10^{{-16}}}}

Propiedades químicas

Termodinámicamente, la hidracina es mucho menos estable que el amoníaco, ya que el enlace N-N no es muy fuerte: la descomposición de la hidracina es una reacción exotérmica que ocurre en ausencia de catalizadores a 200–300 °C:

{\mathsf {3N_{2}H_{4}\rightarrow 4NH_{3}\uparrow +N_{2}\uparrow ))

Los metales de transición ( Co , Ni , Cu , Ag ) catalizan la descomposición de la hidracina. En la catálisis de platino , rodio y paladio , el nitrógeno y el hidrógeno son los principales productos de descomposición:

{\mathsf {N_{2}H_{4}\rightarrow N_{2}\uparrow +2H_{2}\uparrow ))

La reacción de oxidación de la hidracina con cloro se utiliza para eliminar trazas de cloro del ácido clorhídrico concentrado:

{\displaystyle {\mathsf {N_{2}H_{4}+2Cl_{2}\rightarrow 4HCl+N_{2))))

Reacciona vigorosamente con flúor, y la mezcla de hidracina y flúor se enciende espontáneamente, y la temperatura de combustión en desarrollo puede alcanzar los 4500K:

{\displaystyle {\mathsf {N_{2}H_{4}+2F_{2}\rightarrow 4HF+N_{2))))

Es oxidado por el oxígeno del aire , así como por el peróxido de hidrógeno a nitrógeno y agua.

Los metales alcalinos, cuando se disuelven en hidrazina, forman hidrazidas MN 2 H 3 .

Las sales de hidrazina son conocidas: cloruro de hidrazinio N 2 H 5 Cl, sulfato de hidrazonio N 2 H 6 SO 4 , etc. A veces, sus fórmulas se escriben N 2 H 4 HCl, N 2 H 4 H 2 SO 4 , etc. y se llaman hidracina clorhidrato, sulfato de hidrazina, etc. La mayoría de estas sales son solubles en agua.

{\mathsf {N_{2}H_{4}+HCl\rightarrow [N_{2}H_{5}]Cl))

Las sales de hidrazina son incoloras, casi todas son altamente solubles en agua. El sulfato de hidracina N 2 H 4 · H 2 SO 4 se encuentra entre los más importantes .

La hidracina es un agente reductor energético . En soluciones, la hidracina también suele oxidarse a nitrógeno:

{\ce {4KMnO4 + 5N2H4 + 6H2SO4 -> 5N2^ + 4MnSO4 + 2K2SO4 + 16H2O))

La hidracina se puede reducir a amoníaco solo con agentes reductores fuertes, como , , hidrógeno en el momento del aislamiento ( ): ${\ Displaystyle {\ ce {Sn^{2+}}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {Ti^{3+}}}}$ ${\ Displaystyle {\ ce {Zn + HCl}}}$

{\ce {N2H4 + Zn + 4HCl -> 2NH4Cl + ZnCl2))

Se conocen muchos derivados orgánicos de la hidracina. La hidracina, así como el hidrato de hidracina, el sulfato de hidracina, el cloruro de hidracina , se utilizan ampliamente como agentes reductores de metales de oro , plata y platino a partir de soluciones diluidas de sus sales. El cobre en condiciones similares se reduce a óxido nitroso.

En síntesis orgánica, la hidrazina se usa para reducir el grupo carbonilo de aldehídos y cetonas a metileno según Kizhner-Wolf ( reacción de Kizhner-Wolf ), la reacción procede mediante la formación de hidrazonas , que luego se dividen bajo la acción de bases fuertes.

Hidracina como disolvente

Los haluros de metales alcalinos son fácilmente solubles en hidracina y la solubilidad aumenta al pasar de cloruros a yoduros. A una temperatura de 12-13°C, 8,15 g de cloruro de potasio y 135,7 g de yoduro de potasio se disuelven en 100 g de hidrazina. Sin embargo, los sulfatos, carbonatos y sulfuros tienden a tener una baja solubilidad. Las sales de amonio son altamente solubles. Cuando las sales se disuelven en hidracina, se hidratan, es decir, de hecho, se solvatan:

{\displaystyle {\mathsf {ZnSO_{4}+2N_{2}H_{4}\rightleftarrows [Zn(N_{2}H_{4})_{2}]SO_{4))))

{\displaystyle {\mathsf {CoCl_{2}+3N_{2}H_{4}\rightleftarrows [Co(N_{2}H_{4})_{3}]Cl_{2))))

Descubrimiento

Una reacción cualitativa a la hidrazina es la formación de hidrazonas coloreadas con algunos aldehídos , en particular con 4-dimetilaminobenzaldehído .

Aplicación

La hidracina se utiliza en síntesis orgánica , en la producción de plásticos , caucho , insecticidas , explosivos , como componente del combustible para cohetes , como agente reductor en la extracción de oro de las soluciones.

La hidracina también se utiliza como combustible en pilas de combustible de baja temperatura de hidracina-aire.

Una mezcla líquida de hidrazina y nitrato de amonio se usa como un poderoso explosivo con balance de oxígeno cero : astrolita , que, sin embargo, no tiene ningún valor práctico en la actualidad.

Agente anticorrosión

La hidracina se usa como agente anticorrosivo en los casos en que la corrosión está asociada con la absorción de oxígeno. Se agrega al agua para proteger los equipos de energía térmica y los petroleros de la corrosión. Para el mismo propósito, se pueden usar sales reductoras, por ejemplo, sulfito de sodio, pero la hidracina tiene la ventaja sobre ellas de que el producto de su oxidación, a diferencia del sulfito de sodio, no es una sal y, por lo tanto, no conduce a un aumento en el concentración de sales en el agua.

La hidracina se utiliza ampliamente en la industria química como agente reductor del oxígeno contenido en el agua desmineralizada utilizada para alimentar calderas (plantas de calderas, producción de amoníaco, ácido nítrico débil, etc.). Tiene lugar la siguiente reacción química:

{\ estilo de visualización {\ ce {N2H4 + O2 -> N2 ^ + 2H2O))}

Recubrimientos metálicos

Por reducción con hidracina se pueden obtener recubrimientos metálicos, polvos y soles de determinadas sustancias. La obtención de recubrimientos metálicos de esta manera pertenece a la clase de métodos químicos. Su ventaja es la posibilidad de una deposición uniforme de metal sobre productos con un perfil complejo, piezas pequeñas y superficies no metálicas, mientras que los recubrimientos están menos estresados que con el método galvánico. También contienen una cantidad mínima de impurezas. Además, la hidracina se utiliza como aditivo de los electrolitos cuando se aplican recubrimientos galvanizados para mejorar su calidad.

Medicina en oncología

En la década de 1960 se descubrieron las propiedades medicinales del sulfato de hidracina y desde entonces se han utilizado preparados a base de esta sustancia para tratar a pacientes con cáncer. Las enfermedades del cáncer van acompañadas de una violación del metabolismo del ácido láctico, como resultado de lo cual el ácido láctico no se convierte en dióxido de carbono, sino que, por el contrario, puede convertirse en glucosa, a partir de la cual se forma. La interrupción del metabolismo de los carbohidratos priva a la célula de energía y conduce a la pérdida de peso y la desnutrición en pacientes con cáncer. Se ha demostrado que el sulfato de hidracina inhibe la enzima responsable de la conversión del ácido láctico en glucosa. También se ha informado que el sulfato de hidracina puede detener el crecimiento de tumores e incluso provocar su desintegración [7] .

El sulfato de hidracina se utiliza en el caso de enfermedades tales como formas comunes progresivas inoperables, recaídas y metástasis de tumores malignos : cáncer de pulmón (especialmente de células no pequeñas), glándulas mamarias , estómago , páncreas , laringe , endometrio , cuello uterino , cáncer desmoide , cáncer blando sarcoma tisular , fibrosarcoma , neuroblastoma , linfogranulomatosis , linfosarcoma (monoterapia o como parte de poliquimioterapia ).

Combustible para cohetes

Durante la Segunda Guerra Mundial, la hidracina se usó en Alemania como uno de los componentes del combustible para los aviones de combate Messerschmitt Me-163 ( C-Stoff que contiene hasta un 30 % de hidrato de hidracina).

La hidracina y sus derivados ( metilhidracina , dimetilhidracina asimétrica y sus mezclas ( aerocina )) se utilizan ampliamente como combustible para cohetes. Se pueden usar junto con una amplia variedad de oxidantes, y algunos como combustible de un solo componente , en este caso, el fluido de trabajo del motor son los productos de descomposición en el catalizador. Este último es conveniente para motores de baja potencia.

Características teóricas de varios tipos de combustible para cohetes formado por hidracina con varios oxidantes

oxidante	Empuje específico (P1, s*)	Temperatura de combustión °C	Densidad del combustible g/cm³	Aumento de velocidad, ΔVid, 25, m/s	Contenido en peso de combustible %
Flúor	364,4 s	ºC	1.314	5197 m/s	31%
tetrafluorohidracina	334,7 s	ºC	1.105	4346 m/s	23,5%
CLF 3	294,6 s	ºC	1.507	4509 m/s	27%
CLF 5	312.0 s	ºC	1.458	4697 m/s	26,93%
fluoruro de perclorilo	295,3 s	ºC	1.327	4233 m/s	40%
fluoruro de oxígeno	345,9 s	ºC	1.263	4830 m/s	40%
Oxígeno	312,9 s	ºC	1.065	3980 m/s	52%
Peróxido de hidrógeno	286,9 segundos	ºC	1.261	4003 m/s	33%
N 2 O 4	291.1 s	ºC	1.217	3985 m/s	43%
Ácido nítrico	279,1 s	ºC	1.254	3883 m/s	40%

El empuje específico es igual a la relación entre el empuje y el peso del consumo de combustible; en este caso se mide en segundos (s = N·s/N = kgf·s/kgf). Para traducir el empuje específico del peso en masa, debe multiplicarse por la aceleración de caída libre (aproximadamente igual a 9,81 m/s²). En la esfera espacial y de cohetes, el término "impulso de empuje específico" (expresado en m / s) o simplemente "impulso específico" (en segundos) se usa con mayor frecuencia para la designación. Expresado en m/s, este valor caracteriza la velocidad de la corriente en chorro (aproximadamente, teniendo en cuenta el término adicional en la fórmula de empuje LRE). El impulso específico es la característica más importante de la perfección de los motores de cohetes. Depende del tipo de par de combustible utilizado, el esquema y diseño del motor y otros parámetros.

Toxicidad

La hidracina y la mayoría de sus derivados son altamente tóxicos para los mamíferos. La hidracina tiene un efecto tóxico general sobre los organismos vivos. Pequeñas concentraciones de hidracina causan irritación en los ojos y el tracto respiratorio. Con un aumento en la concentración, comienzan los mareos, el dolor de cabeza y las náuseas. A esto le siguen convulsiones, edema pulmonar tóxico y, después de ellos, un coma con la muerte posterior. MPC recomendado en el aire del área de trabajo = 0,1 mg / m 3 .

La hidracina y los medicamentos registrados basados en ella pertenecen [8] a la primera y segunda clase de peligro [9] (para humanos).

Notas

↑ 1 2 3 http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0329.html
↑ Hall H. K. Correlación de las fuerzas básicas de las aminas 1 // J. Am. química soc. / P. J. Stang - Sociedad Química Estadounidense , 1957. - Vol. 79, edición. 20.- Pág. 5441-5444. — ISSN 0002-7863 ; 1520-5126 ; 1943-2984 - doi:10.1021/JA01577A030
↑ Grekov AP, Veselov V.Ya. Hidracina espacial // Química y vida. - 1979. - Nº 7 .
↑ Volkov V. A., Vonsky E. V., Kuznetsova G. I. Químicos destacados del mundo. - M. : VSh, 1991. - S. 656.
↑ Tretyakov et al., 2001 .
↑ Korovin NV Hidracina. - M. : Química, 1980. - S. 153.
↑ Zelenin K. N. Hidracina // Revista educativa de Soros. - 1998. - Nº 5 . - S. 59-65 .
↑ GOST 19503-88 Hidrato de hidrazina técnico
↑ nombre= https://docs.cntd.ru_Hydrazine

Literatura

Korovin N. V. Hidracina. - M. : Química, 1980. - 272 p., il., tab.
Akhmetov N. S. Química general e inorgánica. - 4ª ed., rev. - M. : Escuela Superior, 2003. - 743 p. — ISBN 5-06-003363-5 .
Karapetyants M.Kh. , Drakin S.I. Química general e inorgánica. Libro de texto para universidades. - 4ª ed., borrada. - M. : Química, 2000. - 592 p., il. - ISBN 5-7245-1130-4 ; BBK 540 K 21; CDU 546(075.8).
Tretyakov Yu. D. y otros 15.3.3.1. Compuestos de hidrógeno del nitrógeno y sus derivados. Hidracina. Hidroxilamina. // Química Inorgánica. Química de los elementos: un libro de texto para universidades. En 2 libros. Libro. II / Yu. D. Tretyakov, L. I. Martynenko, A. N. Grigoriev, A. Yu. Tsivadze. - M .: Química, 2001. - S. 869-872. - 583 p., il. — ISBN 5-7245-1214-9 ; LBC 24.1 (I 7); UDC 546 T 66.
Audrit L., Ogg B. La química de la hidracina = La química de la hidracina. — M .: IIL , 1954. — 238 p., il.

diccionarios y enciclopedias

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