Stikstoftetroksied
Stikstoftetroksied (IUSTC-naam Distikstoftetroksied) en soms bekend as amyl, is die chemiese verbinding N2O4. Dit is 'n nuttige reagens in chemiese sintese. Dit vorm 'n ewewigsmengsel met stikstofdioksied. Sy molêre massa is 92,011 g/mol.
|
Algemeen | |
|---|---|
| Naam | Stikstofdioksied |
| IUSTC-naam | Distikstofdioksied |
 |
 |
| Chemiese formule | N2O2 |
| Molêre massa | 92,011 g•mol-1 |
| CAS-nommer | 1054-72-6 |
| Voorkoms | Kleurlose vloeistof, oranje gas |
| Fasegedrag | |
| Smeltpunt | -11,2 °C |
| Kookpunt | 21,69 °C |
| Digtheid | 1,44246 g•cm-3 (vloeistof, 21 °C) |
| Oplosbaarheid | Reageer om salpetersuur en nitroësuur te vorm |
| Brekingsindeks | 1,00112 |
| Termodinamies | |
| ΔfHɵ | +9,16 kJ•mol-1 |
|
Suur-basis eienskappe | |
| pKa | |
|
Veiligheid | |
| Flitspunt | Nie vlambaar |
|
Tensy anders vermeld is alle data vir standaardtemperatuur en -druk toestande. | |
Portaal  Chemie
| |
- Moet nie met stikstofdioksied (NO2) verwar word nie
Stikstoftetroksied is 'n kragtige oksideermiddel wat hipergolies is by kontak met verskeie vorme van hidrasien, wat die paar 'n algemene dubbel-dryfmiddel vir vuurpyle gemaak het.
Struktuur en eienskappe
wysigStikstoftetroksied kan beskou word as twee nitrogroepe (-NO2) wat saamgebind is. Dit vorm 'n ewewigsmengsel met stikstofdioksied.[1] Die molekule is plat met 'n N-N bindingsafstand van 1,78 Å en N-O afstande van 1,19 Å. Die N-N afstand stem met 'n swak binding ooreen, aangesien dit aansienlik langer is as die gemiddelde N-N enkelbinding lengte van 1.45 Å.[2] Hierdie buitengewone swak σ-binding (wat neerkom op oorvleueling van die sp2-hibriede orbitale van die twee NO2-eenhede[3]) is die gevolg van die gelyktydige delokalisering van die bindende elektronpaar oor die hele N2O4-molekule, en die aansienlike elektrostatiese afstoting van die dubbelbesette molekulêre orbitale van elke NO2-eenheid.[4]
Anders as NO2, is N2O4 diamagneties aangesien dit geen ongepaarde elektrone het nie.[5] Die vloeistof is ook kleurloos maar kan as 'n bruin geel vloeistof voorkom as gevolg van die teenwoordigheid van NO2 volgens die volgende ewewig:
- N2O4 ⇌ 2 NO2
Hoër temperature stoot die ewewig na stikstofdioksied toe. 'n Mate van Stikstoftetroksied as 'n komponent van rookmis wat stikstof bevat is onvermydelik.
Produksie
wysigStikstoftetroksied word gemaak deur die katalitiese oksidasie van ammoniak, met stoom as 'n verdunningsmiddel om die verbrandingstemperatuur te verlaag. In die eerste stap word die ammoniak na stikstofoksied geoksideer:
- 4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O
Die meeste van die water word uitgekondenseer, en die gasse word verder afgekoel; die stikstofoksied wat geproduseer is, word geoksideer na stikstofdioksied, wat dan in stikstoftetroksied gedimeriseer word:
- 2 NO + O2 → 2 NO2
- 2 NO2 ⇌ N2O4
en die res van die water word as salpetersuur verwyder.
Distikstoftetroksied kan ook op kleinskaal gemaak word deur die reaksie van gekonsentreerde salpetersuur en kopermetaal.
Gebruike
wysigVuurpyldryfmiddel
wysigStikstoftetroksied word as 'n oksideermiddel in een van die belangrikste vuurpyldryfmiddels gebruik omdat dit as 'n vloeistof by kamertemperatuur gestoor kan word. In die 1890's het die Peruaanse polimaat, Pedro Paulet, na bewering geëksperimenteer met 'n vuurpylenjin wat spuitpunte gebruik het om stikstoftetroksied en petroleumbenseen na 'n vonkprop in te voer vir ontsteking, en die enjin het na bewering 300 polsende ontploffings per minuut uitgesit.[6] Paulet het die Duitse vuurpylvereniging Verein für Raumschiffahrt besoek en is later deur Nazi-Duitsland genader om te help om vuurpyltegnologie te ontwikkel, hoewel hy geweier het om te help en nooit die formule vir sy dryfmiddel bekendgemaak het nie.[7]
Vroeg in 1944 is navorsing oor die bruikbaarheid van distikstoftetroksied as 'n oksideermiddel vir vuurpylbrandstof deur Duitse wetenskaplikes gedoen, hoewel die Duitsers dit net in 'n baie beperkte mate as 'n bymiddel vir S-Stoff (rokende salpetersuur) gebruik het. Dit het teen die laat 1950's die opbergbare oksideermiddel van keuse geword vir baie vuurpyle in beide die Verenigde State en die Rusland. Dit is 'n hipergoliese dryfmiddel in kombinasie met 'n hidrasien-gebaseerde vuurpylbrandstof. Een van die vroegste gebruike van hierdie kombinasie was op die Titan-familie van vuurpyle wat oorspronklik as interkontinentale ballistiese missiele en daarna as lanseervoertuie vir baie ruimtetuie gebruik is. Dit is gebruik op die Amerikaanse Gemini- en Apollo-ruimtetuie en ook op die pendeltuig, en word steeds gebruik as stasiehoudryfmiddel op die meeste geo-stasionêre satelliete, en baie diepruimtesondes. Dit is ook die primêre oksideermiddel vir Rusland se Protonvuurpyl.
Wanneer dit as 'n dryfmiddel gebruik word, word daar gewoonlik bloot na stikstoftetroksied (NTO in Engels) verwys. Daarbenewens word dit dikwels gebruik met die byvoeging van 'n klein persentasie stikstofoksied, wat spanning-korrosiekrake van titaanlegerings inhibeer, en in hierdie vorm word dryfmiddelgraad stikstoftetroksied na verwys as gemengde stikstofoksiede (MON in Engels). Die meeste ruimtetuie gebruik nou MON in plaas van NTO; byvoorbeeld, die pendeltuig-reaksiebeheerstelsel het MON3 gebruik (NTO wat 3% NO per massa bevat).[8]
Die Apollo-Sojoes-ongeluk
wysigOp 24 Julie 1975 het stikstoftetroksied-vergiftiging drie Amerikaanse ruimtevaarders geraak op die laaste neerdaling aarde toe na die Apollo-Sojoes-toetsprojekvlug. Dit was te wyte aan 'n skakelaar wat per ongeluk in die verkeerde posisie gelaat is, wat die houdingbeheer-stuwers toegelaat het om te vuur nadat die kajuitvarsluginlaat oopgemaak is, wat stikstoftetroksieddampe die kajuit laat binnedring het. Een bemanningslid het tydens die landing sy bewussyn verloor. Na die landing is al die bemanning vir vyf dae in die hospitaal opgeneem vir chemies-geïnduseerde longontsteking en edeem.[9]
Kragopwekking
wysigDie neiging van N2O4 om omkeerbaar in NO2 af te breek, het gelei tot navorsing oor die gebruik daarvan in gevorderde kragopwekkingstelsels as 'n sogenaamde dissosierende gas.[10] "Koel" distikstoftetroksied word saamgepers en verhit, wat veroorsaak dat dit in stikstofdioksied dissosieer teen die helfte van die molekulêre massa. Hierdie warm stikstofdioksied word deur 'n turbine uitgebrei, dit verkoel en die druk verlaag, en dan verder afgekoel in 'n hitteput, wat veroorsaak dat dit herkombineer in stikstoftetroksied met die oorspronklike molekulêre massa. Dit is dan baie makliker om saam te druk om die hele siklus weer te begin. Sulke dissosiatiewe gas-Brayton-siklusse het die potensiaal om die doeltreffendheid van kragomskakelingstoerusting aansienlik te verhoog.[11]
Verwysings
wysig- ↑ Bent, Henry A. (1963). "Dimers of Nitrogen Dioxide. II. Structure and Bonding". Inorganic Chemistry (in Engels). 2 (4): 747–752. doi:10.1021/ic50008a020.
- ↑ Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Herring, F. Geoffrey (2002). General chemistry: principles and modern applications (in Engels) (8ste uitg.). Upper Saddle River, N.J: Prentice Hall. p. 420. ISBN 978-0-13-014329-7. LCCN 2001032331. OCLC 46872308.
- ↑ Rayner-canham, Geoff (2013). Descriptive inorganic chemistry (in Engels) (6de uitg.). p. 400. ISBN 978-1-319-15411-0. OCLC 1026755795.
- ↑ Ahlrichs, Reinhart; Keil, Frerich (1 Desember 1974). "Structure and bonding in dinitrogen tetroxide (N2O4)". Journal of the American Chemical Society (in Engels). 96 (25): 7615–7620. doi:10.1021/ja00832a002. ISSN 0002-7863.
- ↑ Holleman, A. F.; Wiberg, E. (2001). Inorganic Chemistry (in Engels). San Diego: Academic Press. ISBN 978-0-12-352651-9.
- ↑ Gonzales Obando, Diana (22 Junie 2021). "Pedro Paulet: el genio peruano que se adelantó a su época y fundó la era espacial" [Pedro Paulet: die Peruaanse genie wat sy tyd vooruit was en die ruimtetydperk gestig het]. El Comercio (in Spaans). Besoek op 29 Junie 2022.
- ↑ "El peruano que se convirtió en el padre de la astronáutica inspirado por Julio Verne y que aparece en los nuevos billetes de 100 soles" [Die Peruaan wat die vader geword het van ruimtevaartkunde is geïnspireer deur Jules Verne en verskyn op die nuwe 100 soles-banknoot]. BBC News (in Spaans). Besoek op 29 Junie 2022.
- ↑ "Rocket Propellant Index" (in Engels). Geargiveer vanaf die oorspronklike op 11 Mei 2008. Besoek op 29 Junie 2022.
- ↑ "Brand Takes Blame For Apollo Gas Leak" (in Engels). Florence, AL - Times Daily newspaper. 10 Augustus 1975. Besoek op 29 Junie 2022.
- ↑ Stochl, Robert J. (1979). "Potential performance improvement by using a reacting gas (nitrogen tetroxide) as the working fluid in a closed Brayton cycle" (PDF) (in Engels). NASA. Besoek op 29 Junie 2022.
- ↑ Ragheb, R. "Nuclear Reactors Concepts and Thermodynamic Cycles" (PDF) (in Engels). Besoek op 29 Junie 2022.