Тетраоксид диазота

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.

Тетраоксид диазота
Изображение химической структуры Изображение молекулярной модели
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 10,8 эВ[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 Д
Классификация
Рег. номер CAS 10544-72-6
PubChem
Рег. номер EINECS 234-126-4
SMILES
InChI
RTECS QW9800000
ChEBI 29803
Номер ООН 1067
ChemSpider
Безопасность
Предельная концентрация 2 мг/м³
Токсичность очень токсичен, сильный окислитель
Пиктограммы СГС Пиктограмма «Коррозия» системы СГСПиктограмма «Череп и скрещённые кости» системы СГСПиктограмма «Окружающая среда» системы СГСПиктограмма «Пламя над окружностью» системы СГС
NFPA 704
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

Свойства[4] править

 
Тетраоксид диазота при различных температурах: −196 °C, 0 °C, 23 °C, 35 °C, и 50 °C

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

 

Образовавшийся NO2 при t = −8 °C переходит в жидкое состояние с образованием N2O4.

Применение править

Окислитель править

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

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

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

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

Ссылки править

Примечания править

  1. Чистые химические вещества/Оксиды азота(IV). Дата обращения: 10 июня 2022. Архивировано 11 сентября 2019 года.
  2. David R. Lide, Jr. Basic laboratory and industrial chemicals (англ.): A CRC quick reference handbookCRC Press, 1993. — ISBN 978-0-8493-4498-5
  3. В действительности, амил — это алкильный радикал C5H11. Название «амил» применительно к АТ — кодовое имя у военных ракетчиков.
  4. K. Jones. The Chemistry of Nitrogen Архивная копия от 12 марта 2018 на Wayback Machine: Pergamon Texts in Inorganic Chemistry.