Hydrazine

Hydrazine
Structuurformule en molecuulmodel
Structuurformule van hydrazine
Molecuulmodel van hydrazine
Algemeen
Molecuulformule      (uitleg)	N2H4
IUPAC-naam	hydrazine
Andere namen	levoxine, oxytreat 35
Molmassa	32,04516 g/mol
SMILES	NN
CAS-nummer	302-01-2
EG-nummer	206-114-9
PubChem	9321
Beschrijving	Kleurloze heldere vloeistof
Waarschuwingen en veiligheidsmaatregelen
Gevaar
H-zinnen	H301 - H314 - H317 - H331 - H350 - H410
EUH-zinnen	geen
P-zinnen	P201 - P261 - P273 - P280 - P301+P310 - P305+P351+P338
Carcinogeen	ja
Omgang	Damp niet inademen en blootstelling vermijden terwijl hydrazine behandeld wordt onder een inert gas
Opslag	Stevig gesloten houden verwijderd van hitte en open vlammen. Onder een inerte gasatmosfeer bewaren.
EG-Index-nummer	007-008-00-3
VN-nummer	2029 (watervrij),
ADR-klasse	Gevarenklasse 8
LD50 (ratten)	(oraal) 60 mg/kg (intraperitoneaal) 59 mg/kg (intraveneus) 55 mg/kg
LD50 (konijnen)	(dermaal) 91 mg/kg (intraveneus) 20 mg/kg
Fysische eigenschappen
Aggregatietoestand	vloeibaar
Kleur	kleurloos
Dichtheid	1,01 g/cm³
Smeltpunt	1,4 °C
Kookpunt	113,5 °C
Vlampunt	52 °C
Dampdruk	2100 Pa
Goed oplosbaar in	water, ethanol
Thermodynamische eigenschappen
ΔfHog	95,35 kJ/mol
ΔfHol	50,63 kJ/mol
ΔfHos	37,63 kJ/mol
Sog, 1 bar	238,66 J/mol·K
Sol, 1 bar	121,52 J/mol·K
Waar mogelijk zijn SI-eenheden gebruikt. Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar)
Portaal    Scheikunde

Hydrazine is een anorganische verbinding van stikstof en waterstof, met als brutoformule N₂H₄. Het is een kleurloze, olieachtige vloeistof met een op ammoniak lijkende geur.

Synthese

Hydrazine kan bereid worden door middel van de Raschig-synthese. Dit is een voorzichtige oxidatie van een geconcentreerde ammoniakoplossing met natriumhypochloriet, waarbij als intermediair chlooramine ontstaat:

$\mathrm{NH_3\ +\ NaOCl \longrightarrow\ NH_2Cl\ +\ NaOH}$

$\mathrm{NH_2Cl\ +\ NH_3\ +\ NaOH \longrightarrow\ N_2H_4\ +\ NaCl\ +\ H_2O}$

Het Bayer-proces betreft de oxidatie van ammoniak met natriumhypochloriet, in aanwezigheid van aceton. Hierbij ontstaat eerst een ketazine, dat vervolgens gehydrolyseerd wordt tot hydrazine:

$\mathrm{2\ NH_3\ +\ NaOCl\ +\ 2 (CH_3)_2CO}$

$\mathrm{\longrightarrow\ (CH_3)_2C{=}N{-}N{=}C(CH_3)_2\ +\ 3\ H_2O\ +\ NaCl}$

$\mathrm{(CH_3)_2C{=}N{-}N{=}C(CH_3)_2\ +\ 2 H_2O \longrightarrow\ N_2H_4\ +\ 2 (CH_3)_2CO}$

Een andere synthese-route is het acetonproces waarbij aceton met ureum reageert tot hydrazine en organische restproducten.

Het Pechiney-Ugine-Kuhlmann-proces betreft de oxidatie van ammoniak met waterstofperoxide, in aanwezigheid van butanon als ketazinevormend reagens. Daarbij worden aceetamide en natriumdiwaterstoffosfaat als activatoren gebruikt.

$\mathrm{2\ NH_3\ +\ H_2O_2\ +\ 2 (CH_3)_2CO}$

$\mathrm{\longrightarrow\ (CH_3)_2C{=}N{-}N{=}C(CH_3)_2\ +\ 4\ H_2O}$

$\mathrm{(CH_3)_2C{=}N{-}N{=}C(CH_3)_2\ +\ 2 H_2O \longrightarrow\ N_2H_4\ +\ 2 (CH_3)_2CO}$

Eigenschappen en reacties

Hydrazine bevat een enkele covalente N-N-binding. Het formele oxidatiegetal van stikstof in deze verbinding is -II. Dat maakt de stof vrij instabiel. Hydrazine is meestal slechts in verdunde oplossing verkrijgbaar (in THF of water), omdat het in zuivere vorm explosief is. Hydrazine heeft een aantal eigenschappen met ammoniak gemeen. Het is bijvoorbeeld goed in water oplosbaar en heeft basische eigenschappen door aanwezigheid van een nucleofiel vrij elektronenpaar op stikstof. Daarnaast kan het zowel als oxidator als reductor optreden en produceert als reductor stikstofgas, dat uit het reactiemidden ontwijkt. De reducerende capaciteiten van hydrazine worden gebruikt in reacties zoals de Wolff-Kishner-reductie. Oxidatie van hydrazine levert een azoverbinding.

Derivaten

Gesubstitueerde derivaten van hydrazines (alkylhydrazines) worden hydrazines of soms azines genoemd (niet te verwarren met de heterocyclische azines). Enkele voorbeelden van hydrazines :

• 1,1-dimethylhydrazine
• Methylhydrazine
• Fenylhydrazine

Een speciale groep azines wordt gevormd door verbindingen die ontstaan zijn uit een carbonylgroep en hydrazine onder afsplitsing van water: R₁R₂C=N−N=CR₃R₄.

Toepassingen

De stof wordt ook toegepast als raketbrandstof en in elektrochemische cellen; bij de verbranding van 1 mol van de vaste stof komt namelijk 3 mol gas vrij: een zeer expansieve reactie.

Hydrazine behoort tot de propergolen, die zeer energetische stoffen zijn. In het vliegwezen vinden de propergolen hun toepassing als brandstof voor de hulpraketten, of ook als bron van energie, niet meer voor de voortstuwing van het vliegtuig, maar om turbines te doen draaien die elektriciteit produceren bij motordefect van het (jacht)vliegtuig. Een voorbeeld is dat de besturing van de F16 niet meer functioneel is als de motor uitvalt. De elektrische controlesystemen en de hydraulische druk vallen dan uit. Bij uitval van een F16-motor produceert het hydrazine systeem (Emergency Power Unit - EPU) de nodige energie. Dit gebeurt door vloeibare hydrazine over een katalysator te leiden, waardoor het onmiddellijk in gas verandert (explosieve expansie) en daardoor een hoge druk levert voor de aandrijving van de turbine. Het vliegtuig blijft zo nog ongeveer negen minuten bestuurbaar na uitval van de motor.

Hydrazine is een zeer ontvlambaar, vluchtig en ontplofbaar product met een geur van ammoniak. In contact met lucht ontstaat rookontwikkeling. Het is echter ook een zeer toxisch product voor mens en dier. De geur (vanaf 2 à 3 ppm) is geenszins een betrouwbaar alarmsein, want dan is de potentieel toxische concentratie (TLV = 0,1 ppm) reeds overschreden. Met andere woorden: men is al geïntoxiceerd als men de ammoniakachtige geur waarneemt.

Toxicologie en veiligheid

Hydrazine is giftig en mogelijk kankerverwekkend. In feite is de toxiciteit van hydrazine bij de mens slecht bekend. Blootstelling van de huid en van de slijmvliezen aan hydrazine kan tot brandwonden leiden. Hetzelfde geldt voor de ogen waar onherroepelijke laesies van het hoornvlies werden beschreven. Het irriterend effect is zeer aanzienlijk aan de bovenste luchtwegen.

Acute intoxicaties bij proefdieren hebben geleid tot een intense stimulatie van het centraal zenuwstelsel, met hyperactiviteit, bevingen en stuiptrekkingen.

De chronische intoxicatie leidt tot een leverontsteking. Het gaat om een toxische hepatitis die doet denken aan de degeneratie geïnduceerd door CC14. Op biochemisch vlak remt hydrazine de enzymen die het vit B6 als co-enzym gebruiken.

Wat de professionele risico's betreft kan hydrazine, naast de laesies toegebracht aan de huid en slijmvliezen, via de gezonde huid het organisme kan binnendringen, om eventueel ernstige intoxicaties te veroorzaken.

Een centrale inzinking met onherroepelijke ademhalingsstilstand werd beschreven. Een meer discrete en chronische blootstelling leidt soms tot stoornissen van de hematopoïese, hemolyse, eventueel methemoglobinemie, met alle gevolgen die hieruit voortvloeien; namelijk op het vlak van de hypoxie. De toxische hepatitis en de toxische nefritis behoren tot het tafereel van de chronische hydrazine- intoxicatie bij de mens. Men vermoedt dat hydrazine ook blaas- en leverkanker kan veroorzaken.

Piloten kunnen blootgesteld worden aan hydrazine na een crash of na inschakeling van de Emergency Power Unit tijdens de vlucht, evenals technici bij onjuist handelen tijdens onderhoud van het vliegtuig.

Externe links

• (en) MSDS van hydrazine