Nitrogentetroxid, mere korrekt dinitrogentetroxid, er den kemiske forbindelse N2O4. Det er et nyttigt reagens i kemisk syntese. Den danner en ligevægt blanding med nitrogendioxid.

Dinitrogentetroxid er en kraftfuld iltningsmiddel, der er hypergolske ved kontakt med forskellige former for hydrazin, hvilket gør parret et populært bipropellant for raketter.

Struktur og egenskaber

Dinitrogentetroxid danner en ligevægt blanding med nitrogendioxid. Molekylet er plan med en NN binding afstand på 1,78 Å og NO afstande på 1,19 Å. NN afstand svarer til en svag binding, da det er væsentligt længere end den gennemsnitlige NN enkelt længde på 1,45 en binding.

I modsætning til NO2, N2O4 er diamagnetisk da den ikke har uparrede elektroner. Væsken er også farveløs, men kan fremstå som en brunlig gul væske på grund af tilstedeværelsen af ​​NO2 i henhold til følgende ligevægt:

Højere temperaturer skubbe ligevægten mod nitrogendioxid. Uundgåeligt, nogle dinitrogentetroxid er en bestanddel af smog, der indeholder nitrogendioxid.

Produktion

Nitrogendioxid fremstillet ved den katalytiske oxidation af ammoniak: damp anvendes som et fortyndingsmiddel for at reducere forbrændingstemperaturen. Det meste af vandet kondenseres ud, og gasserne afkøles yderligere; nitrogenoxid, der blev produceret oxideres til nitrogendioxid, og resten af ​​vandet fjernes som salpetersyre. Gassen er i det væsentlige rent nitrogentetroxid, som kondenseres i en saltlage-afkølet kondensatoren.

Anvendelse som en raket drivmiddel

Nitrogentetroxid er en af ​​de vigtigste raketdrivmidler nogensinde er udviklet, meget gerne den tysk-udviklet hydrogenperoxid-baserede T-Stoff oxidationsmiddel anvendes i deres anden verdenskrig raketdrevne kampfly designs såsom Messerschmitt Me 163, og af slutningen af ​​1950'erne blev det lagres oxidationsmiddel valg for raketter i både USA og Sovjetunionen. Det er en hypergolske drivmiddel anvendes ofte i kombination med en hydrazin-baserede raketbrændstof. En af de tidligste anvendelser af denne kombination var på Titan raketter anvendes oprindeligt som ICBm'ere og derefter som løfteraketter for mange rumfartøjer. Brugt på den amerikanske Gemini og Apollo rumfartøj og også på rumfærge, det fortsætter med at blive brugt på de fleste geo-stationære satellitter, og mange dybe rumsonder. Det virker nu sandsynligt, at NASA vil fortsætte med at bruge dette oxidationsmiddel i næste generation 'crew-køretøjer «, som skal erstatte rumfærgen. Det er også den primære oxidationsmiddel til Ruslands Proton raket.

Når det bruges som drivmiddel, er dinitrogentetroxid normalt blot kaldet "nitrogentetroxid« og forkortelsen »NTO" benyttes flittigt. Derudover er NTO ofte sammen med tilsætning af en lille procentdel af nitrogenoxid, som hæmmer stress-revnedannelse af titanlegeringer, og i denne form, er drivmiddel-grade NTO benævnt "Blandede nitrogenoxider" eller "MON" . De fleste rumfartøjer nu bruge MON stedet for NTO; for eksempel rumfærgen reaktion styresystem bruger MON3.

Apollo-Soyuz uheld

Den 24. juli 1975 NTO forgiftning påvirkede de tre amerikanske astronauter om bord på Apollo-Sojuz-testprogrammet under sin afsluttende nedkørsel. Dette skyldtes en switch uagtsomt eller ved et uheld, til venstre i den forkerte position, som tillod NTO dampe at lufte ud af Apollo rumfartøj derefter tilbage ind gennem kabinen luftindtag udefra luft efter de eksterne ventilationskanaler blev åbnet. Et besætningsmedlem mistede bevidstheden under nedstigning. Ved landingen, blev mandskabet indlagt i 14 dage for kemisk induceret lungebetændelse og ødemer.

Energiproduktion ved hjælp N2O4

Tendensen af ​​N2O4 til reversibelt bryde ind NO2 har ført til forskning i dens anvendelse i avancerede elproduktion systemer som en såkaldt dissocierende gas. "Cool" nitrogentetroxid komprimeres og opvarmes, får det til at dissociere til nitrogendioxid ved halvdelen af ​​molekylvægten. Denne varme nitrogendioxid ekspanderes gennem en turbine, afkøling og sænke trykket, og derefter afkølet yderligere i en varmeveksler, får det til at rekombinere til nitrogentetroxid på den oprindelige molekylvægt. Det er derefter meget lettere at komprimere for at starte hele cyklussen igen. Sådanne dissociative gas Brayton cyklusser har potentiale til betydeligt øge effektiviteten af ​​magt konvertering udstyr.

Kemiske reaktioner

Mellemprodukt ved fremstillingen af ​​salpetersyre

Salpetersyre er fremstillet i stor målestok via N2O4. Denne art reagerer med vand for at give både salpetersyrling og salpetersyre:

Det samprodukt HNO2 ved opvarmning disproportionates til NO og mere salpetersyre. Når de udsættes for oxygen, er NO omdannes tilbage til nitrogendioxid:

Den resulterende NO2 kan returneres til cyklussen for at give blanding af nitrøse og salpetersyre igen.

Syntese af metalnitrater

N2O4 opfører sig som saltet, idet førstnævnte en stærk oxidant:

hvor M = Cu, Zn, eller Sn.

Hvis metalnitrater fremstilles ud fra N2O4 i helt vandfri betingelser, kan en række af kovalente metalnitrater dannes med mange overgangsmetaller. Dette skyldes, at der er en termodynamisk præference for nitrationer at binde kovalent med sådanne metaller i stedet danne en ionisk struktur. Sådanne forbindelser skal udarbejdes på vandfri betingelser, idet nitrat-ionen er en meget svagere end ligand vand, og hvis vand er til stede simple hydratiseret nitrat vil dannes. De pågældende vandfri nitrater selv kovalente, og mange, f.eks vandfrit kobbernitrat, er flygtige ved stuetemperatur. Vandfri titanium nitrat sublimerer i vakuum ved kun 40 ° C. Mange af de vandfrie overgangsmetalkomplekser nitrater har en slående farver. Denne gren af ​​kemi blev udviklet af Clifford Addisson og Noramn Logan Nottingham University i Storbritannien i løbet af 1960'erne og 1970'erne, hvor højeffektive tørremidler og tørre kasser begyndt at blive tilgængelige.