Азот
Как видно из уравнения, под действием окислителя каждая молекула аммиака теряет в данном случае один атом водорода, причём оставшиеся радикалы NH2 соединяются друг с другом. Структурная формула гидразина будет, следовательно, H2N–NH2.
Гидразин представляет собой бесцветную жидкость, дымящую на воздухе и легко смешивающуюся с водой. Он находит применение в качестве сильного восстановителя (окисляется до N2).
Свободный гидразин (т. пл. 2, т. кип. 113 °С) способен присоединять молекулу воды, давая гидрат гидразина — N2H4·H2O. Последний представляет собой бесцветную жидкость (т. пл. –52, т. кип. 119 °С) и является слабым основанием (К1 = 1·10-6). Присоединение второй молекулы воды идёт уже с трудом, и отвечающая ему константа диссоциации очень мала (К2 = 9·10–16). Присоединяя молекулы кислот, гидразин может образовывать два ряда солей; например, N2H4·HCl и N2H4·2HCl. В продажу обычно поступает малорастворимый сульфат N2H4·H2SO4 (т. пл. 254 °С с разл.).
В отличие от аммиака, гидразин является эндотермическим соединением (теплота образования из элементов –96 кДж/моль). Пары его способны сгорать фиолетовым пламенем по реакции:
N2H4 + O2 = 2 H2O + N2 + 581 кДж.
На этом основано использование гидразина в качестве реактивного топлива. Его удельный импульс в комбинации с кислородом доходит до 270, с озоном — до 280, а с фтором — до 300 с (т.е. гидразин несколько эффективнее аммиака). Ещё более эффективны метилзамещённые гидразины. Так, (СН3)2NNH2 способен дать с кислородом удельный импульс 310 с.
Жидкий гидразин характеризуется высоким значением диэлектрической проницаемости (e = 53 при 20 °С) и является хорошим ионизирующим растворителем для ряда солей. Его собственная электролитическая диссоциация невелика: [N2H5+][N2H3-] = 2·10–25. С металлическим натрием гидразин взаимодействует по схеме:
2 Na + 2 N2H4 = 2 NaN2H3 + H2.
Образующийся гидразинид натрия представляет собой весьма взрывчатое твёрдое вещество жёлтого цвета, хорошо растворимое в избытке гидразина.
В водных растворах гидразин восстанавливает иод до йодистого водорода, соли серебра и ртути — до металлов, соли меди — до её закиси и т. д. Сам он при этом окисляется до свободного азота, но основной процесс обычно осложняется побочными реакциями. Полностью до N2 гидразин может быть окислен лишь в строго определённых реакциях (например, иодом при рН = 7 ¸ 7,2). Интересно, что его практически нерастворимое в воде двойное соединение с хлоридом хрома (II) состава CrCl2·2N2H4 очень устойчиво к действию окислителей, хотя обе его составные части являются восстановителями.
Окислительная функция у гидразина почти отсутствует, но действием очень сильных восстановителей (водорода в момент выделения, Sn••, Ti•••) он всё же может быть восстановлен до аммиака. В форме разбавленного водного раствора гидразин является хорошей антикоррозионной добавкой к воде, идущей для питания паровых котлов (так как освобождает её от растворённого кислорода и одновременно сообщает ей слабощелочную реакцию). И сам гидразин, и его производные ядовиты.
Взаимодействием NF3 при нагревании с углём (в кипящем слое) по схеме:
4 NF3 + C = CF4 + 2 N2F4
может быть получен фтористый аналог N2H4 — тетрафторгидразин. Он газообразен (т. пл. –162, т. кип. –73 °С), но его критическая температура лежит сравнительно высоко (+36 °С). И в газообразном, и в жидком состоянии он частично диссоциирован на свободные радикалы по схеме:
N2F4 Û 2 NF2 (при 25 °С степень диссоциации составляет 0,02%).
Радикал NF2, несмотря на наличие “холостого” электрона, обладает сравнительно высокой устойчивостью. Тетрафторгидразин был предложен в качестве возможного окислителя реактивного топлива.
При взаимодействии гидразина с азотистой кислотой по схеме:
N2H4 + HNO2 = 2 H2O + HN3
образуется азотистоводородная
кислота
(H–N=NºN), представляющая собой бесцветную летучую жидкость с резким запахом. Для успешного протекания реакции требуется достаточно кислая среда. Практически кислоту и её соли удобнее получать, исходя из азида натрия, который образуется в результате протекающей при 190 °С реакции по схеме:
Смотрите также
Третья группа периодической системы
Атомы элементов данной группы содержат во внешнем слое
максимально по три электрона. Поэтому тенденция к дальнейшему присоединению
электронов (с пополнением внешнего слоя до октета) не может быть д ...