Тетраоксид диазота

Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview= |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}}

Тетраоксид диазота (азотный тетраоксид, АТ, «амил») — 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. При низких температурах цвет темно-синий. Температура кипения при атмосферном давлении +21,15 °C, кристаллизации — −11 °C. В кристаллическом виде при температурах ниже −12 °C бесцветен.

Свойства

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:

${𝖭}_{\mathrm{𝟤}}{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{\rightleftarrows }\mathrm{𝟤}𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{\Delta }𝖧$

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:

${𝖭}_{\mathrm{𝟤}}{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{+}{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖮\mathsf{\to }𝖧𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}𝖧𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟥}}$

Сильный окислитель, крайне токсичен и коррозивен. Смеси с органическими веществами взрывоопасны.

Получение

$\mathrm{𝟤}𝖭𝖮\mathsf{+}{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\to }\mathrm{𝟤}𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\uparrow }$

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

Применение

Окислитель

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

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 теплоёмкость и низкая температура испарения.

При повышении температуры жидкий N₂O₄ переходит в газ и молекула N₂O₄ распадается сначала на две молекулы NO₂:

${𝖭}_{\mathrm{𝟤}}{𝖮}_{\mathrm{𝟦}}\mathsf{\rightleftarrows }\mathrm{𝟤}𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{\Delta }𝖧$

Затем, при дальнейшем повышении температуры, происходит распад NO₂ на NO и O₂:

$\mathrm{𝟤}𝖭{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{\rightleftarrows }\mathrm{𝟤}𝖭𝖮\mathsf{+}{𝖮}_{\mathrm{𝟤}}$

Объём газа или его давление резко возрастают.

При охлаждении происходит обратный процесс.

Хранение

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

Шаблон:Нет источников в разделе 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

• Нейтрализация компонентов жидкого ракетного топлива

Ссылки

• NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards: Азотный тетраоксид