Hidrasien

chemiese verbinding
Eienskappe

Algemeen

Naam Hidrasien 
Ander name Diamien[1]
Diasaan[2]
Tetrahidriedodistikstof
Diamiedogeen
Struktuurformule van Hidrasien
Hydrazine-3D-balls.png
Chemiese formule N2H4
Molêre massa 32,0452 g·mol-1
CAS-nommer 302-01-2  
Voorkoms Kleurlose, rokerige, olierige vloeistof  
Reuk ammoniakagtige
Fasegedrag
Smeltpunt 275 K
Kookpunt 387 K
Digtheid 1.021 g·cm−3
Oplosbaarheid Mengbaar[1] 
Viskositeit 0.876 cP 
ΔfHo 50,63 kJ·mol-1

Suur-basis eienskappe

pKa 8,10 (N2H5+)[3]

Veiligheid

Flitspunt 52 °C 
Selfontbrandingspunt 24 to 270 °C 
LD50 59–60 mg/kg (deur orale inname by rotte, muise)[4]

Tensy anders vermeld is alle data vir standaardtemperatuur en -druk toestande.

 

Hidrasien is 'n anorganiese verbinding met die chemiese formule N2H4. Dit is 'n eenvoudige hidried en is 'n kleurlose, vlambare vloeistof met 'n ammoniakagtige reuk.

Hidrasien is baie giftig, tensy dit in oplossing hanteer word, soos byvoorbeeld hidrasienhidraat (NH2NH2·xH2O). Dit word hoofsaaklik gebruik as 'n skuimmiddel by die bereiding van polimeerskuim, maar toepassings sluit ook die gebruik daarvan in as voorloper vir polimerisasie-katalisators, farmaseutiese en landbouchemikalieë, sowel as 'n langtermyn-stoorbare dryfmiddel vir die aandrywing van ruimtetuie in die ruimte.

Die term "hidrasiene" verwys na 'n klas organiese stowwe wat verkry word deur een of meer waterstofatome in hidrasien deur 'n organiese groep te vervang.[5]

GeskiedenisWysig

Die naam "hidrasien" is in 1875 deur die Duitse chemikus Emil Fischer geskep. Hy het probeer om organiese verbindings te vervaardig wat uit monosubstitueerde hidrasien bestaan.[6] Teen 1887 het Theodor Curtius hidrasiensulfaat vervaardig deur organiese diasiede met verdunde swaelsuur te behandel. Hy was egter nie in staat om suiwer hidrasien te verkry nie, ondanks herhaalde pogings.[7][8][9] Suiwer watervrye hidrasien is die eerste keer deur die Nederlandse chemikus Lobry de Bruyn in 1895 voorberei.[10][11][12]

GebruikeWysig

SuurstofverwyderaarWysig

Hidrasien word in industrieë gebruik as 'n suurstofverwyderaar of suurstofwasser (in Engels, oxygen scavenger). Die doel is om die laaste oorblyfsels van suurstof uit ketelvoerwater te verwyder om korrosie te voorkom.[13] Dit vind deur die volgende reaksie plaas:

 

Omdat hidrasien skadelik is vir mense, word koolhidrasied gewoonlik eerder gebruik.[13] Koolhidrasied ontbind by temperature hoër as 180 °C om hidrasied te vorm, wat dan weer met suurstof reageer:

 
 

Gas en dryfmiddelsWysig

Die grootste gebruik van hidrasien is 'n voorloper vir 'n verbindings wat in staat is om 'n sellulêre struktuur te produseer deur middel van 'n skuimproses in verskillende materiale wat verhard of fase-oorgang ondergaan, soos polimere, plastiek en metale. Spesifieke voorbeelde van die verbindings sluit in asodikarbonamied en asobisisobutironitril. In 'n verwante toepassing word natriumasied, die gasvormende middel in lugsakke, vervaardig uit hidrasien deur reaksie met natriumnitriet.[5]

 

Hidrasien word ook gebruik as 'n metode om die dryfmiddel aan boord van 'n ruimtevoertuig lank op te berg, soos NASA se Dawn-ruimtetuig na Ceres en Vesta. Dit word ook beruik om die konsentrasie van opgeloste suurstof te verminder en die pH van water wat in groot industriële ketels gebruik word, te beheer. Die F-16-vegvliegtuig, NASA se pendeltuie en die U-2-verkenningsvliegtuig gebruik hidrasien om hul noodkrageenhede aan te vul.[14]

Die Amerikaanse lugmag gebruik gereeld H-70, 'n mengsel van 70% hidrasien 30% water, in operasies wat gebruik maak van die General Dynamics F-16 vegvliegtuig en die Lockheed U-2 verkenningsvliegtuie. Die enkelstraal-enjin F-16 gebruik hidrasien om sy noodkrageenheid aan te dryf, wat elektriese en hidrouliese krag in noodgevalle lewer waar 'n enjin afskakel. Die noodkrageenheid aktiveer outomaties of deur loodsbeheer in die geval van hidrouliese druk- of elektriese kragverlies om sodoende noodvlugkontrole te bied. Die enkelstraal-enjin U-2 gebruik hidrasien ook om sy noodstelsel aan te dryf, wat 'n uiters betroubare metode bied om die enjin weer te laat vlieg in geval van 'n enjin wat afskakel in 'n noodgeval.[15]

VuurpylbrandstofWysig

 
Watervrye hidrasien word in 'n ruimtesonde (genaamd "MESSENGER") gelaai wat na Mercurius gestuur is

Hidrasien is die eerste keer gebruik as 'n komponent in vuurpylbrandstowwe tydens die Tweede Wêreldoorlog. 'n Mengsel van 30% hidrasien met 57% metanol (in die Duitse Luftwaffe was metanol "M-Stoff" genoem) en 13% water is deur die Duitsers "C-Stoff" genoem.[16] Die mengsel is gebruik om die Messerschmitt Me 163 Komet, 'n vuurpylaangedrewe vegvliegtuig, aan te dryf. Die Duitse het 'n oplossing van 85 tot 98 persent waterstofperoksied met water (genoemd "hoogtoetsperoksied" of "T-Stoff") as oksideerder gebruik.

Hidrasien word gebruik as 'n lae-krag dryfmiddel vir die maneuverende vuurpyle van ruimtetuie, en word gebruik om die hulpverleningskrageenhede van die pendeltuig aan te dryf. Daarbenewens word vuurpylenjins wat met hidrasien aangedryf word dikwels gebruik in die afkomsfase van ruimtetuie. Sulke enjins is in die 1970's op die Viking-programlanders gebruik, sowel as die Phoenix-lander en die Curiosity-verkenningstuig wat onderskeidelik in Mei 2008 en Augustus 2012 op Mars geland het.

Ander gebruikeWysig

 
Flukonasool, gesintetiseer met hidrasien, is 'n antiswammedikasie.

Hidrasien is 'n voorloper vir verskeie farmaseutiese middels en plaagdoders. Hierdie toepassings behels dikwels omskakeling van hidrasien na heterosikliese ringe soos pirasole en piridasiene.

Hidrasien is voorgestel as 'n alternatief vir waterstof in brandstofselle, aangesien dit 'n hoër energiedigtheid het as soortgelyke brandstofselle en nie 'n duur platinumkatalisator benodig nie.[17]

'n Mengsel van 63% hidrasien, 32% hidrasiennitraat en 5% water is 'n standaard dryfmiddel vir eksperimentele grootladingsartillerie wat met vloeibare dryfmiddels werk. Die dryfstofmengsel hierbo is een van die voorspelbaarste en bestendigste.

SinteseWysig

Daar is verskillende roetes ontwikkel.[5] Die belangrikste stap is die skepping van die stikstof-stikstof enkelbinding. Die vele roetes kan verdeel word in die wat chlooroksidante gebruik (en sout genereer) en die wat nie sout vorm nie.

Hidrasien kan uit ammoniak en waterstofperoksied gesintetiseer word (sonder om 'n sout te vorm):[18][19]

 

Hidrasien word vervaardig in die Olin-Raschig-proses uit natriumhipochloriet en ammoniak, 'n proses wat in 1907 aangekondig is.[20]

 

Ureum kan geoksideer word in plaas van ammoniak. Weereens dien natriumhipochloriet as die oksideermiddel.[21]

 

VerwysingsWysig

  1. 1,0 1,1 "NIOSH Guide—Hydrazine" (in Engels). Centers for Disease Control. Besoek op 13 Januarie 2021.
  2. "hydrazine—PubChem Public Chemical Database". The PubChem Project (in Engels). USA: National Center for Biotechnology Information. Besoek op 13 Januarie 2021.
  3. Hall, HK (1957). "Correlation of the Base Strengths of Amines". J. Am. Chem. Soc. (in Engels). 79 (20): 5441. doi:10.1021/ja01577a030.
  4. Martel, B; Cassidy, K (2004). Chemical Risk Analysis: A Practical Handbook (in Engels). Amsterdam: Butterworth–Heinemann. p. 361. ISBN 9781903996652. OCLC 939257974.
  5. 5,0 5,1 5,2 Schirmann, Jean-Pierre; Bourdauducq, Paul (2001). "Hydrazine". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (in Engels). Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a13_177. ISBN 3527306730.
  6. Fischer, E (1875). "Ueber aromatische Hydrazinverbindungen" [Oor aromatiese hidrasienverbindings]. Ber. Dtsch. Chem. Ges. (in Duits). 8: 589–594. doi:10.1002/cber.187500801178.
  7. Curtius, T (1887). "Ueber das Diamid (Hydrazin)" [Oor diamied (hidrasien)]. Ber. Dtsch. Chem. Ges. (in Duits). 20: 1632–1634. doi:10.1002/cber.188702001368.
  8. Curtius, T; Jay, R (1889). "Diazo- und Azoverbindungen der Fettreihe. IV. Abhandlung. Ueber das Hydrazin" [Diaso- and aso-verbindings van alkane. Vierde verhandeling. Oor hidrasien.]. In Erdmann, OL (red.). Journal für praktische Chemie (in Duits). 147. Verlag von Johann Ambrosius Barth. Op bl. 129, erken Curtius: "Das freie Diamid NH2-NH2 ist noch nicht analysirt worden." [Vrye hidrasien is nog nie ontleed nie.]
  9. Curtius, T; Schulz, H (1890). "Ueber Hydrazinehydrat und die Halogenverbindungen des Diammoniums" [Oor hidrasienhidraat en die halgeenverbindings van diamoniak]. Journal für praktische Chemie (in Duits). 150. pp. 521–549.
  10. Lobry de Bruyn, CA. "Sur l'hydrazine (diamide) libre" [Oor vrye hidrasien (diamied)]. Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas (in Frans). 13 (8): 433–440. doi:10.1002/recl.18940130816.
  11. Lobry de Bruyn, CA (1895). "Sur l'hydrate d'hydrazine" [Oor die hidraat van hidrasien]. Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas (in Frans). 14 (3): 85–88. doi:10.1002/recl.18950140302.
  12. Lobry de Bruyn, CA (1896). "L'hydrazine libre I" [Vrye hidrasien, Deel 1]. Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas (in Frans). 15 (6): 174–184. doi:10.1002/recl.18960150606.
  13. 13,0 13,1 "Oxygen Scavengers FAQ". Hydrazine Propellants and Hydrates (in Engels). Besoek op 14 Mei 2021.
  14. Suggs, HJ; Luskus, LJ; Kilian, HJ; Mokry, JW (1979). "Exhaust Gas Composition of the F-16 Emergency Power Unit" (technical report) (in Engels). USAF. SAM-TR-79-2. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 4 Maart 2016. Besoek op 13 Januarie 2021.
  15. "Ground Servicing of Aircraft and Static Grounding/Bonding" (PDF). USAF (technical manual) (in Engels). 13 Maart 2017. TO 00-25-172. Besoek op 13 Januarie 2021.
  16. Clark, John D. (1972). Ignition! An Informal History of Liquid Rocket Propellants (PDF) (in Engels). New Brunswick, New Jersey: Rutgers University Press. p. 13. ISBN 978-0-8135-0725-5.
  17. "Liquid asset". The Engineer, UK (in Engels). Centaur Media plc. 15 Januarie 2008. Besoek op 13 Januarie 2021.
  18. Matar, Sami; Hatch, Lewis F. (2001). Chemistry of Petrochemical Processes (in Engels) (2de uitg.). Burlington: Elsevier: Gulf Professional Publishing. p. 148. ISBN 9781493303465. OCLC 990470096.
  19. Riegel, Emil Raymond; Kent, James Albert (2003). "Hydrazine". Riegel's handbook of industrial chemistry (in Engels) (10de uitg.). New York: Springer Science & Business Media. p. 192. ISBN 9780306474118. OCLC 55023601.
  20. Adams, R; Brown, BK (1922). "Hydrazine Sulfate". Org. Synth. (in Engels). 2: 37. doi:10.15227/orgsyn.002.0037.
  21. "Hydrazine: Chemical product info". chemindustry.ru (in Russies). Geargiveer vanaf die oorspronklike op 22 Januarie 2018. Besoek op 13 Januarie 2021.