დიაზოტის ტეტროქსიდი

მასალა ვიკიპედიიდან — თავისუფალი ენციკლოპედია
გადასვლა: ნავიგაცია, ძიება
„აზოტის ტეტროქსიდი“ ამ სტატიაზე გადმოდის. NO4 იხ. ნიტროზილის აზიდი.
დიაზოტის ტეტროქსიდი
დიაზოტის ტეტროქსიდი: ქიმიური ფორმულა
დიაზოტის ტეტროქსიდი: მოლეკულის ხედი
დიაზოტის ტეტროქსიდი: სტრუქტურა
ზოგადი
სისტემური სახელწოდება აზოტის ტეტროქსიდი
ქიმიური ფორმულა N2O4
მოლური მასა 92.011 /მოლი
ფიზიკური თვისებები
მდგომარეობა (სტ. პირ.) უფერო სითხე/ფორთხოხლისფერი აირი
სიმკვრივე 1.44246 გ/სმ3 (სითხე, 21 °C) /სმ³
თერმული თვისებები
დნობის ტემპერატურა −11.2 °C
დუღილის ტემპერატურა 21.69 °C
აფეთქების ტემპერატურა არააალებადი °C
ორთქლის წნევა 96 კპა (20 °C)[1]
ქიმიური თვისებები
ხსნადობა წყალში მოქმედებს /100 მლ
ოპტიკური თვისებები
გარდატეხის მაჩვენებელი 1.00112
სტრუქტურა
კრისტალური სტრუქტურა ბრტყელი, D2h
დიპოლური მომენტი ნული 
კლასიფიკაცია
CAS 10544-72-6
PubChem 25352
EINECS 234-126-4
SMILES [O-][N+](=O)[N+]([O-])=O
RTECS QW9800000

დიაზოტის ტეტროქსიდი, რომელიც ძირითადად მოიხსენიება როგორც აზოტის ტეტროქსიდი, წარმოადგენს ქიმიურ ნივთიერებას ფორმულით N2O4. ის ქიმიური სინთეზის ერთ-ერთი ყველაზე საჭირო საჭირო რეაქტივია. ის თანაბარ წონასწორობაში იმყოფება აზოტის დიოქსიდთან.

დიაზოტის ტეტროქსიდი ძლიერ მჟანგავს წარმოადგენს, რომელიც ჰიპერგოლურია (თვითაალებადია) ჰიდრაზინის სხვადასხვა ფორმებთან, რაც ამ წყვილს უმნიშნველოვანეს სარაკეტო საწვავად აქცევს.

სტრუქტურა და თვისებები[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

დიაზოტის ტეტორქსიდი შეიძლება განვიხილოთ, როგორც ორი ნიტროგჯუფის (-NO2) ნაერთი ერთმანეთთან. ის წარმოქმნის ქიმიურ წონაწორობას აზოტის დიოქსიდთან .[2] მოლეკულა ბრტყელი ტიპისაა N-N ბმის სიგრძით 1.78 Å და N-O ბმის დაშორებით 1.19 Å. N-N ბმა შეესაბამება უფრო სუსტ ბმას, რადგან ის გაცილებით დიდია, ვიდრე ჩვეულებრივი N-N ერთმაგი ბმა, რომელიც 1.45 Å სიგრძისაა.[3]

NO2-ისაგან განსხვავებით N2O4-ის მოლეკულა დიამაგნიტურიამ რადგან ის გაუწყვილებელ ელექტრონებს შეიცავს.[4] სითხე უფეროა, მაგრამ შეიძლება მოყავისფრო-მოყვითალო ფერი ჰქონდეს მასში NO2ის არსებობის გამო, რომელიც შემდეგ რეაქციას შეესაბამება:

N2O4 ⇌ 2 NO2

ტემპერატურის აწევა წონასწორობას მარჯვენა მხარეს წევს. შესაბამისად გარდაუვალია დიაზოტის ტეტროქსიდის შემცველობა სმოგში, რომელიც ძირითადად აზოტის დიოქსიდისაგან შედგება.

წარმოება[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

დიაზოტის ტეტორქსიდის წარმოება მიმდინარეობს ამიაკის კატალიზური დაჟანგვით: ორთქლში, რომელიც ჟანგვის ტემპერატურის დასაწევად გამოიყენება გამხსნელის სახით. პირველ საფეხურში ამიაკი იჟანგება აზოტოვან ოქსიდამდე:

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

წყლის უმეტესი ნაწილი კონდენსირდება. აირების დარჩენილი ნაწილი ცივდება. წარმოქმნილი აზოტოვანი ოქსიდი იჟანგება აზოტის დიოქსიდამდე, რომელიც შემდეგ დიმერიზირდება დიაზოტის ტეტროქსიდში:

2NO + O2 → 2NO2
2NO2 ⇌ N2O4

დარჩენილი წყალი რეაქციის არედან აზოტმჟავის სახით შორდება. აირი ძირითადად სუფთა აზოტის დიოქსიდისაგან შედგება, რომელიც დიაზოტის ტეტროქსიდში კონდენსირდება ცივ გამათხევადებელ ჭურჭელში.

დიაზოტის ტეტროქსიდის წარმოება ასევე შესაძლებელია კონცენტრირებული აზოტმჟავისა და მეტალური სპილენძის ურთიერთქმედებით. სინთეზის ეს გზა უფრო ლაბორატორიებში გამოიყენება და ჩვეულებრივ სადემონსტრაციო რეაქციას წარმოადგენს საწყებით სკოლებში. აზოტმჟავის მიერ სპილენძის ჟანგვის პროცესი კომპლექსური პროცესია და მის შედეგად აზოტმჟავის კონცენტრაციაზე, ჟანგბადის თანაარსებობაზე და სხვა ფაქტორებზე დამოკიდებულებვით აზოტის ოქსიდების მთელი რიგი წარმოიქმნება. მიუხედავად ამისა, რეაქციის არასტაბილური პროდუქტების ჟანგვის საბოლოო შედეგს მაინც აზოტის დიოქსიდი წარმოადგენს, რომლის გაშრობის, გასუფთავებისა და გაციების შემდეგ მაინც თხევად დიაზოტის ტეტროქსიდს მივიღებთ.

სარაკეტო საწვავად გამოყენება[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

დიაზოტის ტეტროქსიდი გამოყენება სარაკეტო საწვავებში მჟანგავად მის ერთ-ერთ უმნიშვნელოვანეს გამოყენების სფეროს წარმოადგენს იმიტომ, რომ მისი შენახვა თხევად მდგომარეობაში შესაძლებელია ოთახის ტემპერატურაზეც. პირველად დიაზოტის ტეტროქსიდის სარაკეტო მჟანგავად გამოიყენეს გერმანელებმა 1944 წელს, თუმცა მაშინ ის მხოლოდ უმნიშვნელო ნაწილს წარმოადგენდა ე.წ. S-Stoffისა, რომელიც სინამდვილეში [[წითლად მბოლავი აზოტმჟავა|წითლად მბოლავ აზოტმჟავას წარმოადგენდა. 1950-იან წლებში ის აირჩიეს როგორც შენახვადი მჟანგავი საკმაოდ დიდი რაოდენობის რაკეტებში გამოსაყენებლად როგორც საბჭოთა კავშირში, ისე აშშ-ში. ის ჰიპერგოლურია ჰიდრაზინთან შეხებისას. ამ წყვილის ერთ-ერთი პირველი გამოყენება მოხდა ტიტანის სარაკეტო ოჯახში, რომლებიც ერთ-ერთ პირველ ინტერკონტინენტალურ ბალისტიკურ რაკეტას წარმოადგენდა და შემდგომში გამოიყენებოდა როგორც გამშვები ხომალდი ბევრი კოსმოსური ხომალდისათვის. ის გამოიყენებოდა როგორც აშშ-ს Gemini-სა და Apollo კოსმოსურ ხომალდებზე, ასევე Space Shuttle-ზე. ის დღემდე გამოიყენება როგორც გეოსტაციონარული თანამგზავრების ორბიტაზე შესანარჩუნებელი ძრავებისათვისა და ღრმა კოსმოსის შემსწავლელ ცდებზე. როგორც ჩანს, NASA აპირებს გააგრძელოს ამ მჟანგავის გამოყენება იმ ხომალდებზე, რომლებიც Space Shuttle-ს შეცვლიან. ის ასევე წამყვანი მჟანგავია რუსულ რაკეტა "პროტონ"-ზე.

საწვავად გამოყენებისას დიაზოტის ტეტროქსიდი ჩვეულებრივ მოიხსენიება როგორც 'აზოტის ტეტროქსიდი' და აბრევიატურა 'ნტო'. დამატებით, მცირე პროცენტულობით ნტო ასევე გამოიყენება აზოტოვანი ოქსიდის მცირე დანამატებით, რომელიც ხელს უშლის ტიტანის შენადნობებში სტრესულ-კოროზიული ბზარების გაჩენას. ამის გამო საწვავად მზა ნტო ხშირად მოიხსენიება როგორც "აზოტის ოქსიდების ნარევი" ან "აონ". თანამედროვე სარაკეტო სისტემებში უფრო და უფრო ხშირად გამოიყენება აონ ნტო-ს ნაცვლად; მაგალითად, Space Shuttle რეაქციის კონტროლის სისტემა იყენებდა აონ3-ს(ნტო 3% NO-ს შემცველობით.[5]

აპოლონ-სოიუზის შემთხვევა[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

1975 წლის 24 ივლისს ნტო-თი მოიწამლა სამი აშშ-ს წარმომადგენელი ასტრონავტი, რომლებიც იმყოფებოდნენ აპოლო-სიუზის სატესტო პროექზე დაშვებისას. შემთხვევა მოხდა გადამრთველის არასწორი პოზიციაში დატოვების გამო, რამაც გამოიწვია ნტო-ს ორთქლის აპოლონის კოსმოსური ხომალდის შიდა სავენტილაციო სისტემაში მოხვედრა. დაშვებისას ერთმა ასტრონავტმა გონებაც კი დაკარგა. დაშვების შემდეგ ეკიპაჟი საავადმყოფოში იწვა 14 წლის განმავლობაში ქიმიურად გამოწვეული პნევმონიისა და ედემის გამო.[6]

ელექტროგენერატორები N2O4-ის ბაზაზე[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

ტენდენცია. რომ N2O4 შეიძლება შექცევადად დაიშალოს NO2-ად, მიგვიყვანა კვლევებამდე, რომლებიც მიმართული იყო ე.წ. დისოციაციური გაზის გამოყენებით მაღალტექნოლოგიურ ელ-გენერატორების შემუშავებაზე[7] "ცივი" დიაზოტის ტეტორქსიდი იკუმშება და თბება, რაც მის აზოტის დიოქსიდამდე დისოციაციას იწვევს, ნახევარ მოლეკულურ მასად. მიღებული ცხელი აზოტის დიოქსიდი ფართოვდება ტურბინაში, აციებს მას და ამცირებს წნევას და უფრო ძალიან ცივდება თბოგამტარ ფენაზე, რაც მის უკან გადაქცევას იწვევს დიაზოტის ტეტროქსიდად და იბრუნებს საწყის მოლეკულურ მასას. ამ დროს ძალიან ადვილია ამ პროცესის თავიდან გამეორება. ასეთ დისოციაციურ გაზის ბრეიტონის ციკლს გააჩნია პოტენციალი საგრძნობლად გაზარდოს ელ-ენერგიის მიღების კოეფიციენტი.[8]

ქიმიური რეაქციები[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

შუალედური ნივთიერება აზოტმჟავის წარმოებისას[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

აზოტმჟავის დამზადების სამრეწველო ხერხი N2O4-ს მოიხმარს. ნივთიერება რეაქციაში შედის წყალთან და ქმნის აზოტოვანი მჟავასა და აზოტმჟავას:

N2O4 + H2O → HNO2 + HNO3

თანაპროდუქტი HNO2 გათბობისას იშლება აზოტოვან ოქსიდად და კიდევ უფრო მეტ აზოტმჟავად. ჟანგბადთან შეხებისას NO ისევ აზოტის დიოქსიდად გარდაიქმნება:

2 NO + O2 → 2 NO2

შედეგად მიღებული NO2 (და რა თქმა უნდა N2O4) ციკლში თავიდან ბრუნდება აზოტოვანი და აზოტის მჟავების წარმოსაქმნელად.

მეტალის ნიტრატების სინთეზი[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

N2O4 იქცევა როგორც მარილი [NO+] [NO3], სადაც უკანასკნელი ძლიერი მჟანგავია:

2 N2O4 + M → 2 NO + M(NO3)2

სადაც M = Cu, Zn, ან Sn.

თუ მეტალის ნიტრატები N2O4-გან მთლიანად უწყლო გარემოში მზადდება, შედეგად შეიძლება გარდამავალ მეტალებთან რამდენიმე კოვალენტური ნიტრატის მიღებაც შეიძლება. ამის მიზეზი ნიტრატის იონის თერმოდინამიკური მისწრაფებაა ასეთ მეტალებთან იონური სტრუქტურის მაგიერ კოვალენტური ბმები წარმოქმნას. ასეთი ნივთიერებები ჩვეულებრივ უწყლო გარემოში მზადდება, რადგან ნიტრატის იონი გაცილებით სუსტი ლიგანდია, ვიდრე წყალი და თუ რეაქციის არეში წყალი მოხვდება, რეაქციის გამოსავალს მარტივი ჰიდრატირებული მარილები წარმოადგენენ. უწყლო ნიტრატები როგორც წესი კოვალენტური ნაერთებივით იქცევია და ბევრი მაგალითად უწყლო სპილენძის ნიტრატი საკმაოდ აგრესიულ ნაერთებს წარმოადგენენ ოთახის ტემპერატურის დროსაც კი. უწყლო ტიტანის ნიტრატი ვაკუუმში სუბლიმაციას სულ რაღაც 40 °C-ზე განიცდის. ბევრი გარდამავალი ჯგუფის მეტალების უწყლო ნიტრატები კაშკაშა ფერისაა. ქიმიის ეს განხრა კლიფორდ ედისონისა და ნორამნ ლოგანის მიერ იქნა შემუშავებული ნოტინჰემის უნივერსიტეტში ბრიტანეთში 1960-1970იან წლებში, როცა ხელმისაწვდომი გახდნენ მაღალეფექტური დესიკანტები და მშრალი ყუთები.

ბმულები[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

  1. International Chemical Safety Card
  2. Henry A. Bent Dimers of Nitrogen Dioxide. II. Structure and Bonding Inorg. Chem., 1963, 2 (4), pp 747–752
  3. R.H. Petrucci, W.S. Harwood and F.G. Herring General Chemistry (8th ed., Prentice-Hall 2002), p.420
  4. Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
  5. [1]
  6. Sotos, John G., MD. "Astronaut and Cosmonaut Medical Histories", May 12, 2008, accessed April 1, 2011.
  7. თარგი:Cite techreport
  8. Ragheb, R.. Nuclear Reactors Concepts and Thermodynamic Cycles. წაკითხვის თარიღი: 1 May 2013.

გარე ბმულები[რედაქტირება | წყაროს რედაქტირება]

თარგი:საერთო

თარგი:აზოტის ნაერთები თარგი:ოქსიდები თარგი:ჟანგბადნაერთები