N2H4 là gì? Tính chất vật lý, hoá học và ứng dụng

Hydrazine (N2H4) là một hợp chất hóa học quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp. Mặc dù khá phổ biến trong sản xuất nhưng nhiều người vẫn chưa thực sự hiểu rõ về chất này. Hydrazine sở hữu những đặc tính vật lý và hóa học độc đáo, cùng với vô số ứng dụng thực tế trong cuộc sống. Để tìm hiểu rõ hơn về hợp chất thú vị này, bạn đọc nên tham khảo bài viết chi tiết dưới đây của LabTrường Lê Hồng Phong.

1. Hydrazine là gì?

Hydrazine (N2H4), một chất lỏng trong suốt, không màu, có mùi đặc trưng, ​​không chỉ được tìm thấy với lượng nhỏ trong một số thực vật mà còn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Bên cạnh khả năng loại bỏ hiệu quả oxy tự do trong thiết bị nồi hơi, hydrazine còn là thành phần quan trọng trong nhiên liệu tên lửa, góp phần phát triển ngành công nghiệp vũ trụ.

Tìm hiểu về N2H4

2. Tính chất đặc trưng của Hydrazine – N2H4

Do đặc tính lý hóa độc đáo nên việc sử dụng hydrazine an toàn và hiệu quả đòi hỏi người dùng phải có kiến ​​thức chuyên sâu về hợp chất này. Dưới đây, LabTrường Chu Văn An sẽ trình bày chi tiết những đặc tính nổi bật của hydrazine để bạn đọc có cái nhìn toàn diện hơn.

2.1 Tính chất vật lý

Chất này là chất lỏng có mùi nồng và được sử dụng rộng rãi làm nguyên liệu thô để chế tạo thiết bị công nghiệp. Điểm nóng chảy của Hydrazine là 1oC (274 độ K, 34 ° F), với các đặc điểm sau:

Trạng thái: Lỏng, không màu, trong suốt.

Mùi: Khai, giống mùi amoniac.

Điểm nóng chảy: -1oC (274 K, 34 ° F).

Điểm sôi: 114oC (387 K; 237 ° F).

Mật độ: 1,032 g/cm³ (ở 21oC), nặng hơn nước.

Áp suất hơi: 72,8oC.

Khối lượng mol: 32,04376 g/mol.

Tính dễ cháy: Điểm chớp cháy thấp (52oC).

Độ hòa tan: Hòa tan tốt trong ethanol, nước, tạo dung dịch kiềm.

2.2 Tính chất hóa học

N2H4 (Hydrazine) là một hợp chất lỏng vô cơ không màu, dễ cháy. Đặc tính khử oxy mạnh của chất này sẽ gây ra nhiều phản ứng hóa học rất đặc biệt:

• Phản ứng với oxy: Tạo ra nitơ và nước, giúp cải thiện hiệu suất nồi hơi và tuabin: N2H4 + O2 → N2 + 2 H2O
• Khi đun nóng (205°C): Phân hủy thành amoniac, tăng độ pH và giảm sự ăn mòn axit: N2H4 + 2H2O → NH3 + O2
• Phản ứng với hematit (Fe2O3): Tạo lớp magnetite chống ăn mòn (Fe3O4): N2H4 + 6 Fe2O3 → 4 Fe3O4 + N2 + H2O
• Phản ứng với các kim loại như đen bạch kim, niken, iridium: Thủy phân tạo thành NH3, H2, N2, có nguy cơ cháy nổ.
• Dễ phân hủy: Khi đun nóng hoặc tiếp xúc với tia cực tím sẽ tạo ra NH3, hydro và nitơ.

Bản chất hóa học của Hydrazine

3. Phương pháp điều chế Hydrazine – N2H4

Hiện nay có rất nhiều phương pháp điều chế Hydrazine khác nhau được các nhà nghiên cứu sử dụng. Mỗi quá trình sẽ bao gồm nhiều phản ứng trải qua các bước khác nhau.

3.1 Thủ tục Olin Raschig

Quy trình Raschig do nhà hóa học người Đức Friedrich Raschig phát triển, là một phương pháp quan trọng để sản xuất hydrazine. Quá trình này bao gồm hai giai đoạn chính:

• Giai đoạn 1: Hình thành monochloramine: Clo phản ứng với dung dịch NaOH trong điều kiện nhiệt độ thấp tạo thành monochloramine (NH₂Cl).

Phương trình phản ứng: NaOH + Cl2 → NaOCl + HCl

• Giai đoạn 2: Tổng hợp hydrazine: Monochloramine tiếp tục phản ứng với amoniac (NH₃) trong môi trường kiềm và nhiệt độ cao tạo thành hydrazine (N₂H₄).

Phương trình phản ứng: NaOH + NH2Cl + NH3 → NH2-NH2.H2O + NaCl.

Hydrazin thu được sau đó được chưng cất để loại bỏ nước và thu được dạng khan, phục vụ các ứng dụng trong ngành hàng không và vũ trụ.

3.2 Quy trình Bayer

Phản ứng giữa natri hypoclorit và amoniac tạo thành Hydrazine với sự có mặt của axeton. Công thức cụ thể:

NaOCl + 2NH3 + 2CH3COCH3 -> (CH3)2C = NN=C(CH3)2 + NaCl + 3 H2O

(CH3)2C = NN=C(CH3)2 + 2 H2O -> 2CH3COCH3 + N2H4

3.3 Quá trình Peroxide

Quá trình tổng hợp hydrazine từ các hợp chất cacbonyl (chẳng hạn như xeton) có thể tiến hành thông qua một loạt các phản ứng tuần tự:

• Tạo imine: Xeton phản ứng với amoniac để tạo thành imine và nước. Phương trình: R2C=O + NH3 → R2C=NH + H2O
• Quá trình oxy hóa imine: Imine bị oxy hóa bởi hydro peroxide để tạo thành oxaziridine. Phương trình: R2C=NH + H2O2 → R2C(O)NH + H2O
• Tạo hydrazone: Oxaziridine phản ứng với amoniac tạo thành hydrazone. Phương trình: R2C(O)NH + NH3 → R2C=NNH2 + H2O
• Tạo azin: Hydrazone kết hợp với một phân tử xeton khác tạo thành azin. Phương trình: R₂C=NNH2 + R2C=O → R2C=NN=CR2 + H2O
• Thủy phân azin: Azin bị thủy phân tạo thành hydrazine và xeton. Phương trình: R2C=NN=CR2 + H2O → 2R2C=O + N2H4

3.4 Quy trình Hoffman

Quy trình Hoffman là một phương pháp hiệu quả để sản xuất hydrazine với chi phí hợp lý. Quá trình này bao gồm các bước sau:

• Tạo natri hypoclorit: Clo phản ứng với dung dịch NaOH tạo thành natri hypoclorit.
• Thêm urê và chất xúc tác: Urê được hòa tan trong nước và thêm vào hỗn hợp phản ứng cùng với một lượng nhỏ chất xúc tác (ví dụ gelatin) để tăng tốc độ phản ứng.
• Phản ứng tổng hợp hydrazine: Natri hypochlorite phản ứng với urê trong môi trường kiềm và nhiệt độ cao, tạo thành hydrazine, muối và các sản phẩm phụ khác.

Phản ứng tổng thể có thể được biểu diễn như sau:

H2NCONH2 + NaOCl + 2NaCl → N2H4 + NaCl + Na2CO3 + H2O

Thủ tục Hoffman chi tiết

4. Ứng dụng của N2H4 trong nhiều lĩnh vực đời sống

Hydrazine với tính chất hóa học đặc biệt được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Từ công nghiệp hóa chất đến hàng không vũ trụ, hydrazine đóng vai trò quan trọng trong:

• Sản xuất hóa chất: Nguyên liệu tạo ra khí, natri azide và nhiều hợp chất hữu cơ, vô cơ khác.
• Công nghiệp dược phẩm: Dùng làm tiền chất để điều chế thuốc và các sản phẩm hóa chất.
• Công nghiệp hàng không vũ trụ: Là thành phần quan trọng trong hệ thống nhiên liệu và động cơ đẩy của tên lửa.
• Nông nghiệp: Dùng trong sản xuất thuốc trừ sâu.

Ứng dụng của N2H4 trong nhiều lĩnh vực của đời sống

5. Hydrazine – N2H4 có độc không? Lưu ý và bảo quản

Hydrazine là một loại hóa chất độc hại, có khả năng gây nguy hiểm cho sức khỏe con người nếu không được bảo quản và sử dụng đúng cách. Khi tiếp xúc với hydrazine, bạn có thể gặp các vấn đề sau:

• Tiếp xúc với da: Gây bỏng, kích ứng da và rụng tóc.
• Tiếp xúc với mắt: Gây bỏng giác mạc, mờ mắt tạm thời và tổn thương mắt nghiêm trọng.
• Nuốt phải: Gây tổn thương đường hô hấp, suy giảm chức năng gan, thận và hệ thần kinh.

Ngoài ra, hydrazine còn dễ cháy, nổ. Để đảm bảo an toàn, phải tuân theo các quy tắc sau:

– Không để N2H4 tiếp xúc với bột kim loại, chất hữu cơ, oxy.

– Không để hóa chất tiếp xúc với cơ thể mà không trang bị thiết bị bảo hộ.

– Bảo quản hóa chất trong thùng chứa thích hợp, có thông tin rõ ràng.

Cách bảo quản Hydrazine

6. Mua Hydrazine – N2H4 ở đâu uy tín, chính hãng?

Hydrazine, một hợp chất hóa học độc đáo, có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp, đặc biệt là hàng không vũ trụ. Nếu bạn đang tìm kiếm nguồn cung cấp hydrazine chất lượng cao thì LabTrường Chu Văn An là sự lựa chọn đáng tin cậy. Công ty cung cấp hydrazine chính hãng và sẵn sàng tư vấn chi tiết về sản phẩm, từ đặc tính kỹ thuật đến phương thức vận chuyển, giúp bạn đưa ra lựa chọn phù hợp với nhu cầu của mình. Qua bài viết này chúng ta đã tìm hiểu về hydrazine, một loại hóa chất độc đáo có nhiều ứng dụng đa dạng trong sản xuất và đời sống.