Гидразин - удивительное вещество с уникальными свойствами. Эта прозрачная жидкость с резким запахом нашла широкое применение в промышленности и технике, но требует осторожного обращения. Давайте разберемся, что из себя представляет гидразин, какова его химическая формула и основные свойства.
1. Общая информация о гидразине
Гидразин - это бесцветная, очень токсичная, сильно гигроскопическая жидкость с неприятным запахом. Его молекула состоит из двух аминогрупп NH2, повернутых друг относительно друга. Это обуславливает полярность молекулы и ее высокую химическую активность.
Гидразин был впервые получен в 1887 году немецким химиком Теодором Курциусом. Однако чистый гидразин впервые выделил в 1894 году французский химик Лобре де Брин.
Гидразин представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с резким аммиачным запахом. Он хорошо смешивается с водой, этанолом, жидким аммиаком. В неполярных растворителях гидразин практически нерастворим.
2. Химическая формула и строение молекулы
Химическая формула гидразина выглядит следующим образом:
N2H4
Это означает, что молекула гидразина состоит из двух атомов азота и четырех атомов водорода. Атомы азота связаны друг с другом двойной связью, а каждый из них имеет также по одной неподеленной электронной паре, к которой присоединены по два атома водорода.
Гидразин можно представить как две аминогруппы NH2, повернутые друг относительно друга. Это обуславливает полярность молекулы гидразина и ее высокую химическую активность.
3. Основные свойства гидразина
Гидразин обладает рядом уникальных свойств, которые определяют его широкое применение в промышленности и технике:
- Сильные восстановительные свойства. Гидразин может восстанавливать многие неорганические и органические соединения.
- Легко окисляется кислородом воздуха, азотной кислотой и другими окислителями.
- Образует соли при реакции с неорганическими кислотами.
- Растворяет соли щелочных и щелочноземельных металлов с образованием гидразинатов.
Рассмотрим некоторые важнейшие свойства гидразина более подробно.
Восстановительные свойства
Гидразин проявляет очень сильные восстановительные свойства. Он может восстанавливать даже благородные металлы, такие как серебро, золото, платина из растворов их солей с выделением чистого металла:
2AuCl3 + 3N2H4 = 2Au + 3N2 + 6HCl
Благодаря таким свойствам гидразин широко используется для восстановления и очистки металлов в промышленности.
Горение и окисление
Гидразин легко окисляется кислородом воздуха, а также азотной кислотой, перекисью водорода и другими окислителями:
N2H4 + O2 = N2 + 2H2O
При горении гидразина в воздухе или в чистом кислороде выделяется большое количество тепла, развиваются высокие температуры. Это свойство используется в ракетостроении, где жидкий гидразин применяется в качестве высокоэффективного ракетного топлива.
Окисление гидразина можно провести и без доступа воздуха, например, пероксидом водорода в присутствии катализатора. Такой метод иногда используется для получения газообразного азота в лабораториях.
Растворение солей
Гидразин обладает высокой растворяющей способностью по отношению к солям щелочных (натрий, калий, литий и др.) и щелочноземельных металлов (кальций, магний). При этом происходит их гидразинация — сольватация молекулами гидразина с образованием гидразинатов.
Например, хлорид калия хорошо растворяется в гидразине с образованием гидразината калия:
KCl + xN2H4 → K+[N2H4]x-Cl-
Причем растворимость солей в гидразине возрастает в ряду от хлоридов к иодидам. Так, в 100 г гидразина растворяется 135,7 г иодида калия и только 8,15 г хлорида калия.
Качественные реакции
Для обнаружения гидразина используют его способность образовывать окрашенные соединения с некоторыми альдегидами.
Наиболее часто применяется реакция с 4-диметиламинобензальдегидом, дающая ярко-желтое окрашивание. Это позволяет легко обнаружить даже небольшие количества гидразина в растворе.
Применение гидразин сернокислого в медицине
Гидразин сернокислый нашел применение для лечения онкологических заболеваний. Он помогает нормализовать углеводный обмен в клетках опухолей, нарушение которого приводит к потере веса и истощению организма.
Кроме того, гидразин сернокислый может останавливать рост некоторых видов опухолей и даже вызывать их распад. Это позволяет применять его для лечения рака легкого, молочной железы, желудка и других онкологических заболеваний.
Получение гидразина
В промышленности гидразин получают главным образом из мочевины или аммиака окислением гипохлоритом натрия при высоком давлении и температуре:
2NH3 + NaOCl → N2H4 + NaCl + H2O
Выход гидразина можно значительно увеличить введением в реакционную смесь клеевых добавок, таких как желатин или казеин. Они связывают ионы металлов, ингибирующих основную реакцию.
Сульфат гидразина
Одним из важных неорганических соединений гидразина является его сульфат с формулой N2H6SO4. Его также называют гидразин сернокислый или гидразин сульфат.
Эта соль образуется при взаимодействии гидразина с серной кислотой:
N2H4 + H2SO4 → N2H6SO4
Сульфат гидразина представляет собой бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде. Водные растворы этой соли проявляют кислую реакцию из-за гидролиза по катиону.
Токсическое действие на организм
Гидразин и его соединения оказывают выраженное токсическое воздействие на живые организмы. Основные пути поступления токсичных веществ в организм:
- при вдыхании паров
- через неповрежденную кожу
- при попадании на слизистые оболочки и в глаза
- при проглатывании
Даже небольшие концентрации гидразина в воздухе вызывают раздражение глаз, дыхательных путей и головную боль. В более высоких дозах развивается токсический отек легких, нарушения со стороны ЦНС и внутренних органов.
Хранение гидразина
Из-за высокой химической активности и токсичности гидразин требует особых условий хранения. Его рекомендуется держать в герметично закрытой стальной или полимерной таре. Такая тара должна размещаться в сухом, хорошо вентилируемом помещении при температуре не выше 25°C.
Утилизация отходов
Вследствие токсичности вещества отходы производства гидразина и продуктов на его основе требуют особой утилизации. Их захоранивают в специальных могильниках, выстланных глиной и гидроизоляционными материалами во избежание попадания токсикантов в грунтовые воды.
