Что такое гидразин и его формула

Что такое гидразин: формула

Гидрази́н (диамид) H2N—NH2 — бесцветная, сильно гигроскопическая жидкость с неприятным запахом.

Молекула N2H4 состоит из двух групп NH2, повёрнутых друг относительно друга, что обусловливает полярность молекулы гидразина, μ = 0,62 Кл · м.

Смешивается в любых соотношениях с водой, жидким аммиаком, этанолом; в неполярных растворителях растворяется плохо. Был открыт в 1887 году Теодором Курциусом.

  • Название: Гидразин Гидрат / Hydrazine hydrate
  • Синонимы: Гидразин диамид / Nitrogen hydride; Hydrazine hydroxid; Hydrazine, monohydrate; Hydrazinium hydroxide.
  • Формула гидразина: H4N2·H2O / H6N2O
  • ГОСТ 5832-76 (не действует)
  • CAS: 7803-57-8

Физические свойства гидразина

  • Физическое состояние: дымящаяся жидкость
  • Цвет: белый, бесцветный
  • Форма: кристаллы
  • Запах: слабый аммиачный
  • Молекулярная масса: 50.06
  • Температура кипения: 113.5°C при 760 мм рт.ст.
  • Температура плавления: 51.5°C
  • Давление пара: 20,7 мм рт.ст. при 25°С
  • Плотность: 1.032 г/см3
  • Растворимость: смешивается со спиртами, немного с углеводородами, не растворим в хлороформе и эфире
  • Чистота: не ниже 98%
  • Истинная, эмпирическая, или брутто-формула: H4N2

Химический состав гидразина

H Водород 1.008 4 12,6%
N Азот 14.007 2 87,4%

Молекулярная масса: 32.046

Свойства гидразина

Термодинамически гидразин значительно менее устойчив, чем аммиак, так как связь N—N не очень прочна: разложение гидразина — экзотермическая реакция, протекающая в отсутствие катализаторов при 200—300 °С.

Переходные металлы (Co, Ni, Cu, Ag) катализируют разложение гидразина, при катализе платиной, родием и палладием основными продуктами разложения являются азот и водород.

Благодаря наличию двух неподелённых пар электронов у атомов азота, гидразин способен к присоединению одного или двух ионов водорода. При присоединении одного протона получаются соединения гидразиния с зарядом 1+, двух протонов — гидразония с зарядом 2+, содержащие соответственно ионы N2H5+ и N2H62+.

Водные растворы гидразина обладают основными свойствами, но его основность значительно меньше, чем у аммиака. Известны соли гидразина — хлорид гидразиния N2H5Cl, сульфат гидразония N2H6SO4 и т. д. Иногда их формулы записывают N2H4 · HCl, N2H4 · H2SO4 и т. д. и называют гидрохлорид гидразина, сульфат гидразина и т. д. Большинство таких солей растворимо в воде. Соли гидразина бесцветны, почти все хорошо растворимы в воде. К числу важнейших относится сульфат гидразина N2H5 · H2SO4.

Гидразин как восстановитель

Гидразин — энергичный восстановитель.

В растворах гидразин обычно также окисляется до азота. Восстановить гидразин до аммиака можно только сильными восстановителями, такими, как Sn2+, Ti3+, водородом в момент выделения (Zn + HCl). Окисляется кислородом воздуха до азота, аммиака и воды. Известны многие органические производные гидразина.

Гидразин, а также гидразин-гидрат, гидразин-сульфат, гидразин-хлорид, широко применяются в качестве восстановителей золота, серебра, платиновых металлов из разбавленных растворов их солей. Медь в аналогичных условиях восстанавливается до закиси.

В органическом синтезе гидразин применяется для восстановления карбонильной группы альдегидов и кетонов до метиленовой по Кижнеру—Вольфу (реакция Кижнера—Вольфа), реакция идёт через образование гидразонов, расщепляющихся затем под действием сильных оснований.

Обнаружение гидразина

Качественной реакцией на гидразин служит образование окрашенных гидразонов с некоторыми альдегидами, в частности — с p-диметиламинобензальдегидом.

Получение гидразина

Гидразин получают окислением аммиака NH3 или мочевины CO(NH2)2 гипохлоритом натрия NaClO (метод Рашига).

Реакция проводится при температуре 160 °C и давлении 2,5−3,0 МПа. Синтез гидразина окислением мочевины гипохлоритом по механизму аналогичен синтезу аминов из амидов по Гофману. Реакция проводится при температуре ~100 °C и атмосферном давлении.

Применение гидразина

Гидразин применяют в органическом синтезе, в производстве пластмасс, резины, инсектицидов, взрывчатых веществ, в качестве компонента ракетного топлива.

Гидразина сульфат применяется в случае таких заболеваний, как неоперабельные прогрессирующие распространенные формы, рецидивы и метастазы злокачественных опухолей — рак легкого (особенно немелкоклеточный), молочных желез, желудка, поджелудочной железы, гортани, эндометрия, шейки матки, десмоидный рак, саркома мягких тканей, фибросаркома, нейробластома, лимфогранулематоз, лимфосаркома (монотерапия или в составе полихимиотерапии).

Гидразин и его производные (метилгидразин, несимметричный диметилгидразин и их смеси (аэрозин)) широко распространены как ракетное горючее.

Они могут быть использованы в паре с самыми разными окислителями, а некоторые и в качестве однокомпонентного топлива, в этом случае рабочим телом двигателя являются продукты разложения на катализаторе.

Последнее удобно для маломощных двигателей. Во время Второй мировой войны гидразин применялся в Германии в качестве одного из компонентов топлива для реактивных истребителей «Мессершмитт Ме-163» (C-Stoff, содержащий до 30 % гидрата гидразина) и ракет «Фау-2» (B-Stoff, 75 % гидразина).

Фтор 364,4 с °С 1,314 5197 м/с 31 %
Тетрафторгидразин 334,7 с °С 1,105 4346 м/с 23,5 %
Кислород 312,9 с °С 1,065 3980 м/с 52 %
Азотная кислота 279,1 с °С 1,254 5197 м/с 40 %
  • Удельная тяга равна отношению тяги к весовому расходу топлива; в этом случае она измеряется в секундах (с = Н·с/Н = кгс·с/кгс).

Для перевода весовой удельной тяги в массовую её надо умножить на ускорение свободного падения (примерно равное 9,81 м/с²)

Гидразин также применяется в качестве топлива в гидразин-воздушных низкотемпературных топливных элементах.

Жидкая смесь гидразина и нитрата аммония используется как мощное взрывчатое средство с нулевым кислородным балансом — астролита, который, однако, в настоящее время практического значения не имеет.

Гидразин широко применяется в химической промышленности в качестве восстановителя кислорода, содержащегося в деминерализованной воде, применяемой для питания котлов (котельные установки, производства аммиака, слабой азотной кислоты и др.).

При этом протекает следующая химическая реакция: N2H4 + O2 = N2 + 2H2O.

Токсичность гидразина

Гидразин и большинство его производных очень токсичны.

Небольшие концентрации гидразина вызывают раздражение глаз, дыхательных путей. При повышении концентрации начинается головокружение, головная боль и тошнота. Далее следуют судороги, токсический отёк лёгких, а за ними — кома и смерть. ПДК в воздухе рабочей зоны = 0,1 мг/м2. Относится к первому классу опасности.

Гидрази́н (диамид) H2N—NH2 — бесцветная, сильно гигроскопическая жидкость с неприятным запахом.

Молекула N2H4 состоит из двух групп NH2, повёрнутых друг относительно друга, что обусловливает полярность молекулы гидразина, μ = 0,62 Кл · м. Смешивается в любых соотношениях с водой, жидким аммиаком, этанолом; в неполярных растворителях растворяется плохо.

Образует органические производные: алкилгидразины и арилгидразины.
Был открыт в 1887 году Теодором Курциусом.

Гидразин применяется в производстве лекарств, пластмасс, резин, инсектицидов, взрывчатых веществ, в качестве консерванта и как компонент ракетного топлива.

Физико-химические свойства токсичности

Гидразин – бесцветная маслянистая жидкость с запахом аммиака. Летуч. Плотность пара в 1,1 раза выше плотности воздуха. Вещество хорошо растворяется в воде. Водные растворы обладают свойствами оснований.

Разлагается при нагревании. Гидразин и его производные (монометилгидразин и диметилгидразин) – легковоспламеняющиеся вещества; горят с образованием летучих высокотоксичных нитросоединений.

Летальная доза гидразина для грызунов при введении в желудок составляет около 60 мг/кг, диметилгидразина — 33 мг/кг. При ингаляции паров в течение 4 часов, смертельной является концентрация гидразина 0,32 г/м3, диметилгидразина — 0,11 г/м3 (в 200 — 500 раз менее токсичны, чем зарин).

Токсикокинетика

В организм гидразин и его алкильные производные в виде пара и аэрозоля проникает ингаляционно и через кожу, в виде жидкости – через кожные покровы и при приеме внутрь.

Проникновению веществ через кожу способствует повреждающее действие токсикантов на покровные ткани. С кровью распределяются в органах и тканях, легко проникают через ГЭБ. Элиминация гидразина из организма частично осуществляется за счет выделения с мочой в неизмененном виде, частично за счет метаболизма.

Основной путь метаболических превращений – конъюгация с эндогенным уридином, фосфатом, ацетатом при участии соответствующих трансфераз (реакции конъюгации) и биологическое окисление, активируемое микросомальными цитохром-Р450-зависимыми оксидазами смешанной функции, до азота, диимида и диазена.

Пораженные, подвергшиеся санитарной обработке, не представляют опасности для окружающих.

Основные проявления интоксикации

Пары гидразина вызывают сильное раздражение слизистых оболочек глаз, дыхательных путей. При тяжелых поражения возможно развитие токсического отека легких, токсической пневмонии. Жидкий гидразин (в эпицентре аварии) при попадании на кожу или глаза вызывает химический ожог ткани и сопутствующие этому общие реакции организма.

Местное действие на покровные ткани диметилгидразина выражено значительно слабее.

При резорбции гидразина к проявлениям местного действия токсикантов присоединяются признаки поражения ЦНС, крови, печени и почек. Симптоматика отравления развивается спустя 30-90 мин от начала воздействия.

При легкой интоксикации (наиболее вероятная форма поражения в зоне химического заражения) появляются беспокойство, возбуждение, чувство страха, бессонница.

Нарушение работоспособности в течение суток и более.

При поступлении в организм в дозах, близких к смертельным, вещества вызывают тошноту, рвоту, нарушение сознания, клонико-тонические судороги, приступы которых чередуются с периодами ремиссии.

У пострадавших развивается коматозное состояние на фоне нарушений функций сердечно-сосудистой системы (брадикардия, коллапс). По выходе из комы наблюдается психоз с бредом, слуховыми и зрительными галлюцинациями. Состояние психоза может продолжаться в течение нескольких дней.

Характерным проявлением интоксикации являются метгемоглобинемия, гемолиз (метгемоглобинообразование более характерно для арильных производных гидразина, например фенилгидразина).

Максимум снижения содержания эритроцитов в крови отмечается к 10-м суткам.

Механизм токсического действия гидразина

Основными механизмами, лежащими в основе токсического действия гидразина и его производных на ЦНС, являются:

  • 1) снижение содержания пиридоксальфосфата в тканях мозга;
  • 2) инактивация ферментов, кофактором которых является пиридоксальфосфат и, в частности, энзимов, участвующих в метаболизме ГАМК;
  • 3) снижение содержания ГАМК и, как следствие этого, подавление тормозных процессов в ЦНС;
  • 4) снижение активности моноаминоксидазы (МАО) и повышение содержания биогенных аминов (норадреналин, дофамина, серотонина) в ЦНС.

Мероприятия медицинской защиты

Специальные санитарно-гигиенические мероприятия:

  • — использование индивидуальных технических средств защиты (средства защиты кожи и органов дыхания) в зоне химического заражения;
  • — участие медицинской службы в проведении химической разведки в районе расположения войск; проведение экспертизы воды и продовольствия на зараженность ОВТВ;
  • — запрет на использование воды и продовольствия из непроверенных источников;
  • — обучение личного состава правилам поведения на зараженной местности.

Специальные профилактические медицинские мероприятия:

  • — проведение санитарной обработки пораженных на передовых этапах медицинской эвакуации.

Специальные лечебные мероприятия:

  • — применение антидотов и средств патогенетической и симптоматической терапии состояний, угрожающих жизни, здоровью, дееспособности, в ходе оказания первой (само-взаимопомощь), доврачебной и первой врачебной (элементы) помощи пострадавшим.
  • — подготовка и проведение эвакуации

Средства медицинской защиты

При попадании гидразина на поверхность кожи, в глаза первая помощь оказывается в соответствии с общими принципами оказания помощи отравленным.

В отношении легко отравленных осуществляются мероприятия, проводимые при оказании помощи пораженным и другими веществами раздражающего действия. При тяжелых поражениях кожи и глаз мероприятия аналогичны, проводимым при отравлении ипритом.

При ингаляционном поражении мероприятия должны быть направлены на профилактику, а в случае необходимости – на раннее лечение токсического отека легких.

В процессе целенаправленного поиска антидотов резорбтивного действия гидразина испытаны вещества, обладающие химическим, биохимическим и физиологическим антагонизмом к токсиканту.

Биохимическим антагонистом гидразина является пиридоксин.

Людям, отравленным гидразинами, пиридоксин (витамин В6) с лечебной целью вводят в форме 5% раствора в дозе 25 мг/кг (1/4 дозы в/в, 3/4 — в/м); при необходимости инъекцию повторяют через каждые 2 ч.

Эффективными оказались препараты из группы производных бензодиазепина. Эти вещества потенцируют действия ГАМК в ГАМК-эргических синапсах центральной нервной системы. Диазепам (седуксен) в дозе 5-10 мг/кг в 100% случаев предотвращает острую гибель экспериментальных животных, отравленных гидразином в смертельной дозе.

Производные барбитуровой кислоты (фенобарбитал) и оксазолидиндионы (триметадион) также подавляют судороги, вызываемые производными гидразина.

Дибензодиазепины (клозапин) снижают выраженность психотических реакций, развивающихся при легкой и средней степени тяжести отравления гидразином.

Вещества малотоксичны, обладают слабым седативным и гипотензивным действием. Клозапин назначают в дозе 25 — 100 мг (таблетки).

Из указанных препаратов достаточной эффективностью, переносимостью и удобством применения в полевых условиях отличаются диазепам и клозапин, которые и могут быть рекомендованы как средства медицинской защиты: клозапин — при возбуждении, чувстве страха; диазепам — при появлении судорогстроением, но и особенностями токсического действия. Вещества одной группы при тяжелых интоксикациях вызывают развитие судорожного синдрома, комы и гибели пострадавшего, как правило, от остановки дыхания и сердечной деятельности на фоне истощения энергетических ресурсов организма.

Другие – первично вызывают паралич произвольной мускулатуры, в том числе и дыхательной, и гибели от асфиксии.

Пожар и взрыв

Температура вспышки: 75ºС

Материал не горит и сгорает с трудом. Для тушения пожара, рядом или в эпицентре которого расположен гидразин гидрат, используется вода.

Может воспламеняться от тепла, искр или пламенны.

Пары могут образовывать с воздухом взрывоопасные смеси.

Влияние на организм

Опасное вещество – гидразин гидрат оказывает негативное влияние на организм: вызывает ожоги, рак, аллергию при контакте с кожей. Пары реагента раздражают слизистые оболочки, носовую полость, горло, верхние дыхательные пути.

Стабильность

Стабильная жидкость.

Несовместимость: окислители, оксиды тяжелых металлов, обезвоживающие агенты, щелочные металлы, ржавчина, соли серебра.

Остаток от обезвоженного гидразина с барием или оксидом кальция разлагается с выделением тепла в дневное время и, наконец, взрывается.

Разлив и очищение

Крайне токсично для водных организмов, может вызывать долгосрочные неблагоприятные изменения в водной среде.

Удалять гидразин со сточных вод можно с помощью активированного угля и меди ионных катализаторов.

В случае разлива удалить источники возгорания, накрыть место разлива абсорбирующий материалом, собрать в контейнер для утилизации.

Утилизировать необходимо по протоколу утилизации опасных отходов.

Профилактика

Избегать попадания на кожу и в глаза, не вдыхать пары, избегать прямого контакта, не трогать сломанные контейнера.

Смывать водой или мылом с водой, но не в канализацию.

Безопасность

Символ опасности: T, N.

Коды риска:

  • 20/21/22 – Опасно при вдыхании, попадании на кожу и проглатывании;
  • 45 – Может вызвать рак;
  • 34 – Вызывает ожоги;
  • 43 – Может вызвать сенсибилизацию при попадании на кожу;
  • 51/53 – Токсично для водных организмов, может вызывать продолжительные неблагоприятные изменения в водной среде;
  • 50/53 – Очень токсично для водных организмов, может вызывать продолжительные неблагоприятные изменения в водной среде;
  • 23/24/25 – Токсично при вдыхании, попадании на кожу и проглатывании;
  • 10 – Огнеопасно.
cyber
Оцените автора
CyberLesson | Быстро освоить программирование Pascal и C++. Решение задач Pascal и C++
Добавить комментарий