Тетраоксид диазота
Тетраоксид диазота | |||
---|---|---|---|
| |||
![]() | |||
Общие | |||
Систематическое наименование |
Тетраоксид диазота | ||
Сокращения | АТ | ||
Традиционные названия | азотный тетраоксид | ||
Хим. формула | N2O4 | ||
Физические свойства | |||
Состояние | газ (бесцветный) или жидкость | ||
Молярная масса | 92,011 г/моль | ||
Плотность |
1,443 г/см3 (при 21°C) 1,491 г/см3 (при 0°C)[1] |
||
Энергия ионизации | 1,7E−18 Дж[2] | ||
Термические свойства | |||
Температура | |||
• плавления | −11,2 °C | ||
• кипения | +21,1 °C | ||
• разложения | +140 °C | ||
• вспышки | не горюч °C | ||
Энтальпия | |||
• образования | 9,16 кДж/моль | ||
Давление пара | 96 кПа (+20 °C) | ||
Химические свойства | |||
Растворимость | |||
• в воде | реагирует с водой | ||
Оптические свойства | |||
Показатель преломления | 1,0012 | ||
Структура | |||
Дипольный момент | 0 Д | ||
Классификация | |||
Рег. номер CAS | 10544-72-6 | ||
PubChem | 25352 | ||
Рег. номер EINECS | 234-126-4 | ||
SMILES | |||
InChI | |||
RTECS | QW9800000 | ||
ChEBI | 29803 | ||
Номер ООН | 1067 | ||
ChemSpider | 23681 | ||
Безопасность | |||
Предельная концентрация | 2 мг/м³ | ||
Токсичность | очень токсичен, сильный окислитель | ||
Пиктограммы СГС |
![]() ![]() ![]() ![]() |
||
NFPA 704 | |||
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |||
![]() |
Тетраоксид диазота (азотный тетраоксид, АТ, «амил»[3]) — вещество с формулой N2O4, преобладающее в жидкости, полученной охлаждением диоксида азота ниже точки кипения. Это теоретически бесцветная, но на практике окрашенная в жёлто-коричневый цвет (обусловленный примесью мономерного диоксида азота) летучая ядовитая жидкость с едким запахом. Температура кипения при атмосферном давлении +21,15 °C, кристаллизации — −11 °C. В кристаллическом виде при температурах ниже −12 °C бесцветен.
Свойства[4][править | править код]
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/60/Nitrogen_dioxide_at_different_temperatures.jpg/220px-Nitrogen_dioxide_at_different_temperatures.jpg)
В жидкой и газообразной фазах тетраоксид азота находится в равновесии с диоксидом азота:
при нагревании полностью диссоциирует до диоксида азота. Состав смеси зависит от температуры и давления. С увеличением температуры равновесие смещается в сторону диоксида азота, при этом сжиженный N2O4 окрашивается в бурый цвет, обусловленный окраской NO2. Практически полностью диссоциирует при 140 °C. При увеличении давления при постоянной температуре степень диссоциации N2O4 уменьшается.
Так, равновесная концентрация NO2 при температуре кристаллизации (−11.2 °C) в жидкой фазе составляет 0,01 %, при температуре кипения (21,15 °C) в жидкой фазе — 0,1 %, в парах — 15,9 %, при 135 °C — 99 %.
Чистый кристаллический N2O4 бесцветен, при загрязнении следами влаги окрашен в бледно-зелёный цвет, существует две аллотропных модификации — нестабильная моноклинная и стабильная кубическая.
Реагирует с водой с образованием смеси азотной и азотистой кислот:
Сильный окислитель, крайне токсичен и коррозивен. Смеси с органическими веществами взрывоопасны.
Получение[править | править код]
Образовавшийся NO2 при t = −8 °C переходит в жидкое состояние с образованием N2O4.
Применение[править | править код]
Окислитель[править | править код]
В. П. Глушко в 1930 году предложил использовать N2O4 в качестве окислителя ракетного топлива.
С тех пор N2O4 широко применяется в ракетной технике в качестве высококипящего (некриогенного) окислителя ракетного горючего. По степени использования стоит на втором месте после жидкого кислорода.
В ракетных двигателях используется в паре с горючим на основе производных гидразина (метилгидразином, несимметричным диметилгидразином), в Вооружённых силах РФ именуется «амил».
На начальном этапе использовался в виде раствора в азотной кислоте из-за высокой температуры перехода в твёрдое состояние. В частности, он использовался на советских и российских РН «Космос», «Протон»; советских «Циклон» (в виде АК-27И); американских — семейства «Титан»; французских — семейства «Ариан»; в двигательных установках пилотируемых кораблей, спутников, орбитальных и межпланетных станций.
Тетраоксид азота в паре с алкилгидразинами образует самовоспламеняющуюся топливную пару с периодом задержки воспламенения около 0,003 с.
Теплоноситель[править | править код]
Смесь 90 % N2O4 и 10 % моноокиси азота NO получила название нитрин и использовалась как теплоноситель при проектировании передвижной АЭС «Памир-630Д».
Генеральный конструктор «Памира» В. Б. Нестеренко предложил использовать не традиционные воду или расплавленный натрий, а N2O4 одновременно в качестве теплоносителя и рабочего тела. Это позволило реализовать замкнутый газожидкостный цикл, что давало реактору преимущества в эффективности и компактности.
N2O4 был предложен, так как у него высокая теплопроводность и теплоемкость, и низкая температура испарения.
При повышении температуры жидкий N2O4 переходит в газ и молекула N2O4 распадается сначала на две молекулы NO2:
Затем, при дальнейшем повышении температуры, происходит распад NO2 на NO и O2:
Объем газа или его давление резко возрастают.
При охлаждении происходит обратный процесс.
Хранение[править | править код]
N2O4 хранят в резервуарах из легированной стали или алюминия объёмом до 100 м³. Резервуары оборудуют сливно-наливными трубами, предохранительными клапанами, манометрами и уровнемерами. Поскольку интервал жидкого состояния при атмосферном давлении очень узок (262…294,3 К), резервуары размещают в заглублённых помещениях, где поддерживается температура 268…288 К.
В резервуарах поддерживается избыточное давление в 0,15—0,22 МПа для исключения попадания в окислитель из атмосферы влаги и загрязняющих веществ и для сокращения времени насыщения газами при заправке ампулизированных ракет. Заправленные ракеты также находятся под некоторым избыточным давлением, что исключает кавитацию в турбо-насосном агрегате (ТНА) при работе двигательной установки.
Транспортирование N2O4[править | править код]
![]() | В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
Тетраоксид азота транспортируют в специальных цистернах, имеющих изоляцию и систему трубопроводов, в которую в зависимости от температуры окружающего воздуха подают либо тёплую воду, либо охлаждающий раствор.
Транспортируется тетраоксид азота под избыточным давлением 0,1…0,15 МПа. Железнодорожные ЖАЦ-44, ЖКЦ-39 и автомобильные цистерны оборудуют сливно-наливными трубами, предохранительными клапанами, манометрами и уровнемерами. Железнодорожные цистерны имеют вместимость около 40 м³, автоцистерны — 30…60 м³. ОАО РЖД перевозит его в цистернах ЖАЦ-44.
См. также[править | править код]
Ссылки[править | править код]
- NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards: Азотный тетраоксид
Примечания[править | править код]
- ↑ Чистые химические вещества/Оксиды азота(IV) . Дата обращения: 10 июня 2022. Архивировано 11 сентября 2019 года.
- ↑ David R. Lide, Jr. Basic laboratory and industrial chemicals (англ.): A CRC quick reference handbook — CRC Press, 1993. — ISBN 978-0-8493-4498-5
- ↑ В действительности, амил — это алкильный радикал C5H11. Название «амил» применительно к АТ — кодовое имя у военных ракетчиков.
- ↑ K. Jones. The Chemistry of Nitrogen Архивная копия от 12 марта 2018 на Wayback Machine: Pergamon Texts in Inorganic Chemistry.