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La hidracina es un compuesto inorgánico con la fórmula N2H4. Es un líquido incoloro e inflamable con un olor parecido al amoníaco. La hidracina es altamente tóxico y peligrosamente inestable menos que se manejen en solución. A partir de 2002, aproximadamente 260.000 toneladas se fabrican anualmente. La hidrazina se utiliza principalmente como un agente de formación de espuma en la preparación de espumas de polímero, pero las aplicaciones importantes también incluyen sus usos como un precursor de catalizadores de polimerización y productos farmacéuticos. Adicionalmente, la hidrazina se utiliza en diversos combustibles de cohetes y para preparar los precursores de gas utilizadas en bolsas de aire. La hidrazina se utiliza dentro de los dos ciclos de vapor de centrales eléctricas nucleares y convencionales para controlar las concentraciones de oxígeno disuelto en un esfuerzo para reducir la corrosión.

Estructura y propiedades moleculares

Hidrazina forma un monohidrato que es más denso que el material anhidro.

La hidrazina puede surgir a través de acoplamiento de un par de moléculas de amoniaco por eliminación de un hidrógeno por molécula. Cada subunidad H2N-N es de forma piramidal. La distancia NN es de 1.45, y la molécula adopta una conformación gauche. La barrera de rotación es el doble de la de etano. Estas propiedades estructurales parecen a los de peróxido de hidrógeno gaseoso, que adopta una "sesgada" conformación anticlinal, y también experimenta una fuerte barrera de rotación.

Hidrazina tiene propiedades químicas básicas comparables a las de amoniaco:

 N2H4 H2O? OH-

con los valores:

 Kb = 1,3 x 10-6 pKa = 8,1

La hidracina es difícil diprotonate:

  H2O? 2 OH-Kb = 8.4 x 10-16

El calor de combustión de hidrazina en oxígeno es 194,1 x 105 J/kg.

Síntesis y fabricación

Theodor Curtius sintetiza hidrazina libre por primera vez en 1889 a través de una ruta indirecta.

La hidrazina se produce en el proceso de Olin Raschig de hipoclorito de sodio y amoníaco, un proceso anunció en 1907 - Este método se basa en la reacción de cloramina con amoníaco:

 NH2Cl NH3? H2N-NH2 HCl

Otra ruta de síntesis de hidrazina implica la oxidación de la urea con hipoclorito de sodio:

 2C = O NaOCl 2 NaOH? N2H4 H2O NaCl Na2CO3

La hidrazina se puede sintetizar a partir de amoníaco y peróxido de hidrógeno en el proceso de Pechiney-Ugine Kuhlmann-, de acuerdo con la siguiente fórmula:

 2NH3 H2O2? H2N-NH2 2H2O

En el ciclo de Atofina-PCUK, hidracina se produce en varios pasos de acetona, amoníaco y peróxido de hidrógeno. La acetona y amoníaco primera reaccionan para dar la imina seguida por la oxidación con peróxido de hidrógeno a la oxaziridina, un anillo de tres miembros que contiene carbono, oxígeno, y nitrógeno, seguido por amonolisis a la hidrazona, un proceso que las parejas de dos átomos de nitrógeno. Esta hidrazona reacciona con un equivalente más de acetona, y la azina de acetona resultante se hidroliza para dar hidrazina, la regeneración de acetona. A diferencia del proceso de Raschig, este proceso no produce sal. El PCUK significa Produits Chimiques Ugine Kuhlmann, una empresa química francesa.

Hidrazina también se puede producir a través de la llamada ketazine y procesos de peróxido.

Aplicaciones

El uso mayoría de hidrazina es como un precursor de agentes de soplado. Los compuestos específicos incluyen azodicarbonamida y azobisisobutironitrilo, lo que dió 100-200 ml de gas por gramo de precursor. En una aplicación, azida de sodio relacionada, el agente formador de gas en bolsas de aire, se produce a partir de hidrazina por reacción con nitrito de sodio.

La hidrazina se utiliza también como un propulsor en bordo de vehículos espaciales, y para reducir tanto la concentración de oxígeno disuelto en el control del pH y de agua que se utiliza en grandes calderas industriales. El avión caza F-16 utiliza hidracina para alimentar la unidad de energía de emergencia de la aeronave.

Precursor de pesticidas y productos farmacéuticos

La hidracina es un elemento útil en la síntesis orgánica de productos farmacéuticos y pesticidas. Un ejemplo es 3-amino-1 ,2,4-triazol y otro es la hidrazida maleica. La isoniazida antituberculosa se prepara a partir de hidrazina.

Hidrazina en biología

La hidracina es el intermedio en el proceso de oxidación anaerobia de amonio. Es producida por algunas levaduras y la bacteria anammox océano abierto. El falso Morel produce la gyromitrin veneno que es un derivado orgánico de hidrazina que se convierte en monometilhidracina por procesos metabólicos. Incluso el más popular comestible "botón" hongo Agaricus bisporus produce derivados de hidrazina orgánicos, incluyendo agaritina, un derivado de hidrazina de un aminoácido, y gyromitrin.

La química orgánica

Hidracinas son parte de muchas síntesis orgánicas, a menudo los de importancia práctica en productos farmacéuticos, tales como el medicamento antituberculosis isoniazida y el antifúngico fluconazol, así como en los tintes textiles y en la fotografía.

Formación de hidrazona

Ilustrativa de la condensación de hidrazina con un simple carbonilo es su reacción con propanona para dar la hidrazina diisopropiliden. Este último reacciona adicionalmente con hidrazina para producir la hidrazona:

 2 2CO N2H4? 2 H2O 2 2 N2H4? 2 2C = NNH2

La propanona azina es un intermedio en la síntesis de Atofina-PCUK. Alquilación directa de hidrazinas con haluros de alquilo en la presencia de los rendimientos de base sustituido con alquilo hidrazinas, pero la reacción es normalmente ineficiente debido a un mal control en el nivel de sustitución. La reducción de hidrazonas a las hidracinas presentar una forma limpia de producir hidracinas 1,1 dialquiladas.

En una reacción relacionada, 2-cianopiridinas reaccionan con hidrazina para formar hidrazidas amida, que se pueden transformar usando 1,2-dicetonas en triazinas.

Reducción de Wolff-Kishner

La hidrazina se utiliza en la reducción de Wolff-Kishner, una reacción que transforma el grupo carbonilo de una cetona en un puente metileno a través de un intermediario de hidrazona. La producción de la dinitrógeno altamente estable a partir del derivado de hidrazina ayuda a conducir la reacción.

Química heterocíclica

Ser bifuncional, con dos aminas, hidrazina es un bloque de construcción clave para la preparación de muchos compuestos heterocíclicos a través de condensación con una amplia gama de electrófilos difuncionales. Con 2,4-pentanodiona, se condensa para dar el 3,5-dimetilpirazol. En la reacción de Einhorn-Brunner hidracinas reaccionan con imidas para dar triazoles.

Sulfonación

Ser un buen nucleófilo, N2H4 puede atacar haluros de sulfonilo y haluros de acilo. La tosilhidrazina también forma hidrazonas tras el tratamiento con carbonilos.

La desprotección de ftalimidas

La hidrazina se utiliza para derivados de ftalimida N-alquilados escinden. Esta reacción de escisión permite anión ftalimida para ser utilizado como precursor de amina en la síntesis de Gabriel.

Agente reductor

La hidracina es un reductor conveniente porque los subproductos son nitrógeno típicamente gas y agua. Por lo tanto, se utiliza como un antioxidante, un eliminador de oxígeno, y un inhibidor de la corrosión en calderas de agua y sistemas de calefacción. También se utiliza para reducir las sales de metales y óxidos de los metales puros en el niquelado electrolítico y la extracción de plutonio de residuos de los reactores nucleares. Algunos procesos fotográficos en color también utilizan una solución débil de hidrazina como un lavado de estabilización, ya que neutraliza el acoplador de tinte y haluros de plata que no han reaccionado. La hidracina es el agente reductor más común y eficaz que se utiliza para convertir óxido de grafeno a la reducción de óxido de grafeno mediante tratamiento hidrotérmico.

Sales Hidracinio

La hidrazina se convierte en sales sólidas mediante tratamiento con ácidos minerales. La sal común es el sulfato de hidrazina, HSO4, llamado sulfato de hidrazinio. El sulfato de hidrazina ha sido investigado como un tratamiento de la caquexia inducida por el cáncer, pero ha demostrado ser ineficaz.

Azida de hidrazina, la sal de hidrazina y ácido hidrazoico, era de interés científico, debido a su alto contenido de nitrógeno y propiedades explosivas. Estructuralmente, es -. Se descompone explosivamente en hidrazina, amoniaco y gas de nitrógeno:

 12 N5H5? 3 N2H4 16 NH3 19 N2

Reacción de N5H5 con ácido sulfúrico da rendimientos cuantitativos de sulfato de hidrazina pura y ácido hidrazoico.

Otros usos industriales

La hidrazina se utiliza en muchos procesos incluyendo: producción de fibras spandex, como un catalizador de polimerización, en las pilas de combustible, los fundentes de soldadura, y reveladores fotográficos, como un extensor de cadena en las polimerizaciones de uretano, y estabilizadores de calor. Además, una técnica de deposición de semiconductores usando hidrazina recientemente se ha demostrado, con posible aplicación a la fabricación de transistores de película delgada se utilizan en pantallas de cristal líquido. Hidracina en una hidrazina 70%, solución de agua al 30% se utiliza para alimentar el EPU en el Lockheed F-16 Fighting Falcon avión de combate. El Astrolite explosivo se hace mediante la combinación de hidrazina con nitrato de amonio.

La hidrazina se utiliza a menudo como un eliminador de oxígeno y el inhibidor de la corrosión en el tratamiento del agua de la caldera. Sin embargo, debido a la toxicidad y algunos efectos no deseados no se recomienda hacerlo.

Combustible para cohetes

La hidracina se utilizó por primera vez como combustible de cohetes durante la Segunda Guerra Mundial por el Messerschmitt Me 163B, bajo el nombre de código B-Stoff. Cuando se mezcla con metanol y el agua que se llama C-Stoff.

La hidracina se utiliza también como un monopropelente baja potencia para los propulsores de maniobra de la nave espacial, y las unidades de potencia auxiliar del Transbordador Espacial. Además, los motores de cohete con combustible hidracina monopropelentes se utilizan a menudo en el terminal de descenso de la nave espacial. Estos motores se utilizan en los módulos de aterrizaje del programa de Viking en la década de 1970, así como el Phoenix lander y rover Curiosity, que aterrizó en Marte en mayo de 2008 y agosto de 2012, respectivamente.

En todos los motores de monopropelentes hidrazina, la hidrazina se pasa por un catalizador tal como metal iridio con el apoyo de alta área superficial de alúmina o nanofibras de carbono, o más recientemente nitruro de molibdeno sobre alúmina, que hace que se descompone en amoníaco, gas de nitrógeno, hidrógeno y de gas de acuerdo con las siguientes reacciones:

  • 3 N2H4? 4 NH3 N2
  • N2H4? N2 2 H2
  • 4 NH3 N2H4? N2 3 H2 8
  • Reacciones 1 y 2 son extremadamente exotérmica y se producen grandes volúmenes de gas caliente de un pequeño volumen de líquido, por lo que hidrazina un propulsor propulsor bastante eficiente con un impulso específico de vacío de alrededor de 220 segundos. Reacción 3 es endotérmica y así reduce la temperatura de los productos, sino que también produce un mayor número de moléculas. La estructura del catalizador afecta a la proporción de la NH3 que se disocia en la Reacción 3; una temperatura más alta es deseable para propulsores de cohetes, mientras que más moléculas son deseables cuando las reacciones están destinadas a producir mayores cantidades de gas.

    Otras variantes de la hidrazina que se utilizan como combustible para cohetes son monometilhidracina, NH, y dimetilhidracina asimétrica, 2N. Estos derivados se usan en combustibles de cohetes de dos componentes, a menudo junto con tetróxido de nitrógeno, N2O4, a veces conocido como tetróxido de dinitrógeno. Estas reacciones son extremadamente exotérmica, y la combustión también es hipergólico, lo que significa que comienza sin ninguna fuente de ignición externa.

    Se están realizando esfuerzos para reemplazar hidracina junto con otras sustancias altamente tóxicas de la industria aeroespacial. Alternativas prometedoras incluyen nitrato de hidroxilamonio, DMAZ y líquidos iónicos energéticos.

    Las pilas de combustible

    El italiano catalizador fabricante Acta ha propuesto la utilización de hidrazina como una alternativa a hidrógeno en pilas de combustible. La principal ventaja de la utilización de hidrazina es que puede producir más de 200 mW/cm2 más de una célula de hidrógeno similar sin la necesidad de utilizar catalizadores de platino caros. A medida que el combustible es líquido a temperatura ambiente, que puede ser manipulado y almacenado con mayor facilidad que el hidrógeno. Mediante el almacenamiento de la hidrazina en un tanque lleno de un carbonilo de carbono-oxígeno con doble enlace, el combustible reacciona y forma un sólido llamado hidrazona segura. Para entonces vaciar el tanque con agua tibia, se libera el hidrato de hidracina líquida. Hidracina tiene una fuerza electromotriz mayor de 1,56 V en comparación con 1,23 V para el hidrógeno. Hidracina descompone en la célula para formar nitrógeno y de hidrógeno que se une con el oxígeno, liberando el agua. La hidracina se utiliza en pilas de combustible fabricados por Allis-Chalmers Corp., incluyendo algunas que proporcionan la energía eléctrica en los satélites espaciales en la década de 1960.

    Propelente Gun

    Una mezcla de 63% de hidrazina, 32% de nitrato de hidrazina y 5% de agua es un propulsor estándar para experimental artillería propelente líquido a granel cargado. La mezcla propelente anterior es notable por ser uno de los más predecibles y estables, con un perfil de presión muy plana durante la cocción. Misfires generalmente son causados por la ignición inadecuada. El movimiento de la cáscara después de un misignition provoca una gran burbuja con un área de superficie más grande de encendido, y la mayor tasa de producción de gas provoca una presión muy alta, a veces incluyendo fallos catastróficos tubo.

    Peligros

    La hidracina es altamente tóxico y peligrosamente inestable, especialmente en la forma anhidra. Según la Agencia de Protección Ambiental de los EE.UU.:

    Los síntomas de exposición aguda a altos niveles de hidracina pueden incluir irritación de los ojos, nariz y garganta, mareos, dolor de cabeza, náuseas, edema pulmonar, convulsiones, coma en los seres humanos. La exposición aguda también puede dañar el hígado, los riñones y el sistema nervioso central. El líquido es corrosivo y puede producir dermatitis de contacto de la piel en los seres humanos y los animales. Efectos a los pulmones, el hígado, el bazo y la tiroides han sido reportados en animales crónicamente expuestos a través de la inhalación de hidrazina. Aumento de la incidencia de cáncer de pulmón, cavidad nasal, y los tumores hepáticos se han observado en roedores y después de hidrazina.

    Pruebas de límite de hidrazina en productos farmacéuticos sugieren que debería estar en el rango de bajas ppm. La hidrazina puede causar esteatosis. Se conoce al menos un ser humano que ha muerto, después de 6 meses de exposición subletal de hidrato de hidrazina.

    El 21 de febrero de 2008, el gobierno de los Estados Unidos destruyó el satélite espía discapacitados EE.UU. 193 con un misil mar-lanzado, al parecer debido al peligro potencial de un escape de hidracina si volvió a entrar en la atmósfera de la Tierra intacto.