1,1-Диметилгидразин

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
(перенаправлено с «Гептил»)
1,1-​Диметилгидразин
Общие
Систематическое
наименование
1,1-​диметилгидразин
Традиционные названия Несимметричный диметилгидразин (НДМГ), «гептил»
Хим. формула C2H8N2
Рац. формула (CH3)2NNH2
Физические свойства
Состояние жидкое
Молярная масса 60,1 г/моль
Термические свойства
Температура
 • плавления 216 К, −57 °C
 • кипения 336 К, +63 °C
 • вспышки 258 К, −15 °C
Классификация
Рег. номер CAS 57-14-7
SMILES
 
Номер ООН 1163
Безопасность
ЛД50 122 мг/кг (крысы, орально)
100 мг/м3 4 часа (морские свинки, при экспозиции)[1]
Токсичность высокотоксичен
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Несимметри́чный диметилгидрази́н (НДМГ, 1,1-диметилгидрази́н, кодовое название «гепти́л»[a]) — химическое вещество, производное гидразина, компонент высококипящего (имеющего температуру кипения выше 0 °C) ракетного топлива. В качестве окислителя в паре с НДМГ часто применяется тетраоксид диазота (АТ), чистый или в смеси с азотной кислотой, известны случаи применения чистой кислоты и жидкого кислорода. Для улучшения свойств может использоваться в смеси с гидразином, известной как аэрозин[2].

Основные сведения

НДМГ — бесцветная или слегка желтоватая прозрачная жидкость с резким неприятным запахом, характерным для аминов (запах испорченной рыбы, схож с запахом аммиака, очень похож на запах шпрот)[3], летучее вещество, температура кипения +63,1 °C[4].

Температура кристаллизации −57,78 °C, плотность 790 кг/м³[5]. Хорошо смешивается с водой, этанолом, большинством нефтепродуктов и многими органическими растворителями. Гигроскопичен, поглощает влагу из воздуха, что приводит к снижению удельной тяги двигателей (100 м/с на каждые 0,5 % воды в составе смеси).[источник не указан 1542 дня]

Самовоспламеняется при контакте с окислителями на основе азотной кислоты и тетраоксида диазота, что упрощает конструкцию и обеспечивает лёгкий запуск и возможность многократного включения ракетных двигателей.[2]

Взаимодействие НДМГ и его водных растворов с азотной кислотой протекает бурно. Воспламенение происходит до 50%-й концентрации водного раствора. Растворы меньшей концентрации реагируют с образованием соли азотной кислоты. НДМГ термически стабилен до +350 °C. В интервале +350…+1000 °C продуктами разложения являются аммиак, амины, синильная кислота, водород, азот, метан, этан, смолистые и другие вещества.[источник не указан 1542 дня]

Используется в качестве топлива ракет с окислителем тетраоксидом диазота (АТ)[6]:

[math]\displaystyle{ \mathsf{H_2NN(CH_3)_2 + 2N_2O_4 \rightarrow 2CO_2 + 3N_2 + 4H_2O} }[/math]

К преимуществам пары НДМГ+АТ относятся:

  • превосходит пару кислород + керосин и пару кислород + водород по плотности (1170 кг/м³ против 1070 кг/м³ и 285 кг/м³ соответственно), следовательно, требуются меньшие баки и конструкция оказывается компактнее
  • самовоспламеняемость при контакте топливных компонентов, что упрощает конструкцию двигателей и повышает их надёжность
  • ракета может быть заправлена топливом на долгий срок, что критично для ракет на боевом дежурстве или космических аппаратов в полёте

К недостаткам НДМГ+АТ относятся:

Прочие свойства:

  • бо́льшая взрывоопасность по сравнению с кислородно-керосиновой парой, но меньшая по сравнению с парой водород + кислород.

Применение

НДМГ применялся и применяется в жидкостных ракетных двигателях

История создания

В 1949 году Государственным институтом прикладной химии было получено авторское свидетельство на несимметричный диметилгидразин как эффективное пусковое ракетное топливо, обладающее рядом уникальных свойств по сравнению с горючим ТГ-02, в пять раз меньшим периодом задержки самовоспламенения, меньшей зависимостью от температуры и повышенной энергетической эффективностью (удельный импульс с АК на 10 единиц выше, чем у ТГ-02)[8].

Пожароопасные свойства

Легковоспламеняющаяся жидкость. Температура вспышки −15 °C; температура самовоспламенения 249 °C; концентрационные пределы распространения пламени 2—95 % об.[источник не указан 1542 дня]

Средства тушения: распылённая вода, воздушно-механическая пена, порошки[9].

Токсичность

НДМГ — высокотоксичное и летучее вещество[6]. Например, его канцерогенные свойства используются в исследованиях для получения у крыс колоректальной карциномы[10]. Гептил обладает сильным токсическим и мутагенным действием. Действие на организм человека: раздражение слизистых оболочек глаз, дыхательных путей и лёгких; сильное возбуждение центральной нервной системы; расстройство желудочно-кишечного тракта (тошнота, рвота), в больших концентрациях может наступить потеря сознания.[источник не указан 1542 дня]

В споре Сергея Королёва с Валентином Глушко о принципах выбора топлива для ракет (что важнее — энергоэффективность или экологичность) Королёв называл гептил «чёртовой отравой»[11][12].

Получение в промышленности

НДМГ получают из диметиламина, являющегося крупнотоннажным продуктом органического синтеза, в две стадии через N-нитрозодиметиламин:

[math]\displaystyle{ \mathsf{HN(CH_3)_2 + HNO_2 \rightarrow ONN(CH_3)_2 + H_2O} }[/math]
[math]\displaystyle{ \mathsf{ONN(CH_3)_2 + 2H_2 \rightarrow H_2NN(CH_3)_2 + H_2O} }[/math]

N-нитрозодиметиламин [math]\displaystyle{ \mathsf{ONN(CH_3)_2} }[/math] тоже является высокотоксичным и канцерогенным веществом[6].

Хранение

Гидразинные горючие отличаются низкой химической стабильностью в контакте с атмосферой, однако практически не вызывают коррозии конструкционных материалов в паровой и жидкой фазах. Для хранения НДМГ используют резервуары из низкоуглеродистых сталей, установленные наземно или заглублённо. Так же, как и тетраоксид диазота, НДМГ хранят под давлением азота в насыщенном состоянии.

На воздухе НДМГ взаимодействует с кислородом, при этом образуются 1,1,4,4-тетраметилтетразен, аммиак, диазометан, полиметилены, смолистые вещества основного характера. Наиболее опасные продукты таких реакций — канцерогены и мутагены (СН3)2NNО и СН2N2[6].

Транспортирование

Транспортирование НДМГ осуществляют в основном железнодорожным, водным и автотранспортом. Авиационные перевозки НДМГ запрещены.[источник не указан 1542 дня]

Гидразинные горючие транспортируют в железнодорожных и автомобильных цистернах вместимостью 40—60 м³, изготовленных из малоуглеродистых сталей. Для исключения контакта горючего с атмосферой в железнодорожных и автомобильных цистернах поддерживается избыточное давление азота 100—150 кПа.[источник не указан 1542 дня]

Переработка и нейтрализация

Нейтрализация проливов возможна посредством абсорбции шунгитом[13].

НДМГ можно нейтрализовать путём каталитического гидрирования с образованием (CН3)2NН и NН3. Загрязнённые им воды можно очищать каталитическим окислением перекисью водорода[6].

Накопленные в военных целях запасы 1,1-диметилгидразина можно использовать в качестве сырья для получения полиуретанов, ПАВ, ингибиторов коррозии, биологически активных веществ, химфармпрепаратов, удобрений с микроэлементами[6].

См. также

Комментарии

  1. Кодовое обозначения «гептил» было присвоено 1,1-диметилгидразину в СССР, см. Панасюк и др., 2010. В химической номенклатуре гептил — это алкильный радикал гептана, C7H15.
  2. До Ариан-4 включительно.

Примечания

  1. 1,1-Dimethylhydrazine MSDS. // Sigma-Aldrich.
  2. 2,0 2,1 2,2 Космонавтика : Энциклопедия. — М., 1985.
  3. Ушакова, В. Г. . Особенности химических превращений НДМГ и его поведение в объектах окружающей среды / В. Г.  Ушакова, О. Н.  Шпигун, О. И.  Старыгин // Ползуновский вестник : журн. — Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова, 2004. — № 4.
  4. Панасюк и др., 2010, с. 60: «НДМГ — высокотоксичное (ПДК ≤ 0,01 мг/м3) и достаточно летучее вещество (Ткип = 63,1°С)».
  5. 1,1-Dimethylhydrazine (англ.). NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. CDC (30 октября 2019). Дата обращения: 22 апреля 2021.
  6. 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 Панасюк и др., 2010.
  7. Панасюк и др., 2010, с. 59.
  8. Губанов, Б. И. Триумф и трагедия «Энергии» : Размышления главного конструктора. — Нижний Новгород : НИЭР, 2000. — Т. 1 : Летящий огонь. — С. 167. — 419 с. — ISBN 5-93320-003-4.
  9. Корольченко, А. Я. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения : в 2-х ч : Справочник / А. Я. Корольченко, Д. А. Корольченко. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Асе ; М. : Пожнаука, 2004. — С. 436.
  10. Carr, I. Neoplastic invasion in experimental carcinoma of the colon: abnormal differentiation and release of mucus : [англ.] : [арх. 26 сентября 2017] / I. Carr, K. Orr // Clinical & experimental metastasis : журн. — 1990. — Vol. 8. — P. 299–304. — ISSN 0262-0898. — doi:10.1007/BF01810676. — PMID 2350917.
  11. Маров М. Я., Хантресс У. Т. Советские роботы в Солнечной системе. Технологии и открытия. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2013. — С. 62. — 612 с. — ISBN 978-5-9221-1427-1.
  12. «Советские роботы в Солнечной системе», стр.62 на Google Books
  13. Голуб, С. Л. Хромато-масс-спектрометрия продуктов трансформации несимметричного диметилгидразина на поверхности шунгитового материала : Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата химических наук : На правах рукописи : [арх. 14 июля 2014]. — М., 2007. — 24 с.

Литература

Ссылки