ไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์

ไนโตรเจนไดออกไซด์ ( NO)) ที่อุณหภูมิ −196  °C, 0  °C, 23  °C, 35  °C และ 50  °C NOเปลี่ยนไปเป็นไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์ ( N) ที่ไม่มีสีโอ) ที่อุณหภูมิต่ำ และกลับกลายเป็นNOที่อุณหภูมิสูงขึ้น
ชื่อ
ชื่อ IUPAC ไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์
ตัวระบุ
หมายเลข CAS	10544-72-6 วาย
โมเดล 3 มิติ ( JSmol )	ภาพแบบโต้ตอบ
ชอีบี	เชบี:29803 วาย
เคมสไปเดอร์	23681 วาย
บัตรข้อมูล ECHA	100.031.012
หมายเลข EC	234-126-4
อ้างอิง Gmelin	2249
PubChem CID	25352
หมายเลข RTECS	QW9800000
มหาวิทยาลัย	M9APC3P75A วาย
หมายเลข UN	1067
แดชบอร์ด CompTox ( EPA )	DTXSID00893116
อินชิ InChI=1S/N2O4/c3-1(4)2(5)6 วาย รหัส:  WFPZPJSADLPSON-UHFFFAOYSA-N วาย InChI=1/N2O4/c3-1(4)2(5)6 รหัส:  WFPZPJSADLPSON-UHFFFAOYAS
รอยยิ้ม [O-][N+](=O)[N+]([O-])=O
คุณสมบัติ
สูตรเคมี	N O
มวลโมลาร์	92.010 กรัม·โมล−1
รูปร่าง	ของแข็งสีขาว ของเหลวไม่มีสี ก๊าซสีส้ม
ความหนาแน่น	1.44246  กรัม/ซม³ (ของเหลว, 21  °C)
จุดหลอมเหลว	−11.2  °C (11.8  °F; 261.9  K) และสลายตัวเป็น NO
จุดเดือด	21.69  องศาเซลเซียส (71.04  องศาฟาเรนไฮต์; 294.84  เคลวิน)
ความสามารถในการละลายในน้ำ	ทำปฏิกิริยาเพื่อก่อให้เกิดกรดไนตรัสและกรดไนตริก
ความดันไอ	96  kPa (20  °C) [ 1 ]
ความไวต่อสนามแม่เหล็ก ( χ )	−23.0·10 −6  cm 3 /mol
ดัชนีหักเห ( n )	1.00112
โครงสร้าง
รูปร่างโมเลกุล	ระนาบ, D
โมเมนต์ไดโพล	เล็ก ๆ ไม่เป็นศูนย์
เทอร์โมเคมี
เอนโทรปีโมลาร์มาตรฐาน( S ⦵ )	304.29  J/K⋅mol [ 2 ]
เอนทาลปีมาตรฐานของการเกิด(Δ H ⦵ )	+9.16  kJ/mol [ 2 ]
อันตราย
การติดฉลากGHS :
ภาพสัญลักษณ์
คำสัญญาณ	อันตราย
คำเตือนเกี่ยวกับอันตราย	H270 , H314 , H330 , H335 , H336
คำเตือน	P220 , P244 , P260 , P264 , P271 , P280 , P284 , P301+P330+P331 , P303+P361+P353 , P304+P340 , P305+P351+P338 , P310 , P312 , P320 , P321 , P363 , P370+P376 , P403 , P403+P233 , P405 , P410+P403 , P501
มาตรฐาน NFPA 704 ( สัญลักษณ์รูปเพชรกันไฟ)	[ 3 ] [ 4 ] 3 0 0 วัว
จุดวาบไฟ	ไม่ติดไฟ
เอกสารข้อมูลความปลอดภัย (SDS)	เอกสารข้อมูลความปลอดภัยภายนอก (SDS)
สารประกอบที่เกี่ยวข้อง
ไนโตรเจนออกไซด์ที่เกี่ยวข้อง	ไนตรัสออกไซด์ ไนตริกออกไซด์ ไดไนโตรเจนไตรออกไซด์ ไนโตรเจนไดออกไซด์ ไดไนโตรเจนเพนทอกไซด์
สารประกอบที่เกี่ยวข้อง	ฟอสฟอรัสเตตรอกไซด์ อาร์เซนิกเตตรอกไซด์ แอนติโมนีเตตรอกไซด์
เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ข้อมูลที่ให้ไว้เป็นข้อมูลสำหรับวัสดุในสภาวะมาตรฐาน (ที่อุณหภูมิ 25  °C [77  °F] ความดัน 100  kPa) เอ็น ตรวจสอบ  (คืออะไร ?)  วายเอ็น  ข้อมูลอ้างอิงในกล่องข้อมูล

ไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์ที่เรียกกันทั่วไปว่าไนโตรเจนเตตรอกไซด์( NTO )และบางครั้ง (โดยเฉพาะในหมู่วิศวกรจรวดของอดีตสหภาพโซเวียต/รัสเซีย) เรียกว่าอะมิลคือสารประกอบทางเคมีN₂O₄ สารรีเอเจนต์ที่มีประโยชน์ในการสังเคราะห์ทางเคมี มันเกิดเป็นสารผสมสมดุลกับไนโตรเจนไดออกไซด์มวลโมเลกุลของมันคือ92.011  กรัม/โมล

ไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์เป็นสารออกซิได ซ์ ที่มีฤทธิ์รุนแรงและติดไฟได้เอง เมื่อสัมผัสกับ ไฮดราซีนในรูปแบบต่างๆทำให้สารทั้งสองชนิดนี้เป็นเชื้อเพลิง คู่ที่นิยมใช้ ในจรวด

ไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์อาจถือได้ว่าเป็นหมู่ไนโตร สองหมู่ ( -NO ) ที่เชื่อมต่อกัน มันก่อตัวเป็นส่วนผสมสมดุลกับไนโตรเจนไดออกไซด์ [ ^{5 ] โมเลกุล} เป็นระนาบโดยมีระยะห่างของพันธะ NN เท่ากับระยะห่าง 1.78 Å และไม่มี NO1.19  Åระยะห่างระหว่างอะตอมข้างเคียง (NN) นี้บ่งชี้ถึงพันธะที่อ่อนแอ เนื่องจากมีความยาวมากกว่าความยาวเฉลี่ยของพันธะเดี่ยวระหว่างอะตอมข้างเคียง (NN) อย่างมีนัยสำคัญ1.45  Å [ ^{6 ] พันธะ σ ที่อ่อนแอเป็นพิเศษ นี้} (เทียบเท่ากับการทับซ้อนกันของออร์บิทัลไฮบริดsp ^{2 ของหน่วย} NO สองหน่วย^{[ 7 ]} ) เกิดจากการกระจายตัว พร้อมกัน ของอิเล็กตรอนคู่ พันธะ ทั่วทั้ง โมเลกุล N O และแรงผลักทางไฟฟ้าสถิตที่สำคัญของออร์บิทัลโมเลกุล ที่มีอิเล็กตรอนสองตัว ของแต่ละหน่วยNO ^{[ 8 ]}

N2O4 ต่างจากNO2 ตรงที่เป็นไดอะแมกเนติกไม่มีอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่^{[ 9} ของเหลว นี้ ไม่มีสี แต่สามารถ ^{ปรากฏ} เนื่องจากการมีอยู่ของตามสมดุลต่อไปนี้: ^{[ 9 ]}

N O ⇌ 2 NO   (Δ H = +57.23 kJ/mol)

อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะผลักดันสมดุลไปทางด้านไนโตรเจนไดออกไซด์ ดังนั้น ไนโตรเจนเตตระออกไซด์จึงเป็นส่วนประกอบหนึ่งของหมอกควันที่มีไนโตรเจนไดออกไซด์อยู่ด้วย อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

ไนโตรเจนออกไซด์ ( ) รูป ของแข็งมีสีขาว และมีจุดหลอมเหลวที่อุณหภูมิ−11.2  °C . ^{[ 9 ]}

ไนโตรเจนเตตรอกไซด์ผลิตขึ้นโดยกระบวนการออกซิเดชันแบบเร่งปฏิกิริยาของแอมโมเนีย ( กระบวนการออสท์วาลด์ ) โดยใช้ไอน้ำเป็นตัวเจือจางเพื่อลดอุณหภูมิการเผาไหม้ ในขั้นตอนแรก แอมโมเนียจะถูกออกซิไดซ์เป็น ไน ตริกออกไซด์

4 NH₃ 5 O₂ 4 NO + 6

น้ำส่วนใหญ่จะควบแน่นกลายเป็นไอ และก๊าซจะเย็นลงอีก ไนตริกออกไซด์ที่เกิดขึ้นจะถูกออกซิไดซ์เป็นไนโตรเจนไดออกไซด์ จากนั้นจะเกิดปฏิกิริยาไดเมอไรเซชันกลายเป็นไนโตรเจนเตตรอกไซด์:

2 NO + O → 2 NO

2 NO ⇌ N O ,

และน้ำที่เหลือจะถูกกำจัดออกไปในรูปของกรดไนตริก ก๊าซที่ได้คือไนโตรเจนไดออกไซด์บริสุทธิ์ ซึ่งจะถูกควบแน่นเป็นไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์ในเครื่องทำให้เป็นของเหลวที่ระบายความร้อนด้วยน้ำเกลือ^{[ 10 ]}

ไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์ยังสามารถผลิตได้จากปฏิกิริยาของกรดไนตริกเข้มข้นกับทองแดงโลหะ การสังเคราะห์นี้สามารถทำได้ในห้องปฏิบัติการ ไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์ยังสามารถผลิตได้โดยการให้ความร้อนแก่โลหะไนเตรต^{[ 11 ]}การออกซิเดชันของทองแดงด้วยกรดไนตริกเป็นปฏิกิริยาที่ซับซ้อนซึ่งก่อให้เกิดไนโตรเจนออกไซด์ต่างๆ ที่มีความเสถียรแตกต่างกัน ซึ่งขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของกรดไนตริก การมีอยู่ของออกซิเจน และปัจจัยอื่นๆ สารที่ไม่เสถียรจะทำปฏิกิริยาต่อไปเพื่อสร้างไนโตรเจนไดออกไซด์ ซึ่งจะถูกทำให้บริสุทธิ์และควบแน่นเพื่อสร้างไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์

ไนโตรเจนเตตรอกไซด์ถูกใช้เป็นสารออกซิไดซ์ในระบบเชื้อเพลิงจรวดที่สำคัญที่สุดบางระบบ เนื่องจากสามารถเก็บไว้ในรูปของเหลวที่อุณหภูมิห้องได้เปโดร เปาเลต์นักปราชญ์ชาวเปรู รายงานในปี 1927 ว่าเขาได้ทดลองในช่วงทศวรรษ 1890 กับเครื่องยนต์จรวดที่ใช้หัวฉีดแบบสปริงที่ปล่อยไนโตรเจนเตตรอกไซด์ในรูปไอและปิโตรเลียมเบนซีนไปยังหัวเทียนเพื่อจุดระเบิดเป็นระยะ โดยเครื่องยนต์ดังกล่าวปล่อยการระเบิดแบบเป็นจังหวะ 300 ครั้งต่อนาที^{[ 12 ] [ 13 ]}เปาเลต์ได้ไปเยี่ยมชมสมาคมจรวดเยอรมันVerein für Raumschiffahrt (VfR)และในวันที่ 15 มีนาคม 1928 แม็กซ์ วาลิเยร์ ได้ยกย่องการออกแบบจรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวของเปปาเลต์ในสิ่งพิมพ์ Die Rakete ของ VfR โดยกล่าวว่าเครื่องยนต์มี "พลังอันน่าทึ่ง" ^{[ 14 ]}ในไม่ช้า Paulet จะได้รับการติดต่อจากนาซีเยอรมนีเพื่อขอความช่วยเหลือในการพัฒนาเทคโนโลยีจรวด แม้ว่าเขาจะปฏิเสธที่จะช่วยเหลือและไม่เคยเปิดเผยสูตรเชื้อเพลิงของเขาเลย^{[ 15 ]}

ในช่วงต้นปี 1944 นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับการใช้ไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์เป็นสารออกซิไดซ์สำหรับเชื้อเพลิงจรวด แม้ว่าชาวเยอรมันจะใช้มันในปริมาณจำกัดมากในฐานะสารเติมแต่งสำหรับS-Stoff (กรดไนตริกที่มีควัน) ก็ตาม ต่อมาในช่วงปลายทศวรรษ 1950 ไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์กลายเป็นสารออกซิไดซ์ที่เก็บรักษาได้ซึ่งได้รับความนิยมสำหรับจรวดหลายลำทั้งในสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียตมันเป็นเชื้อเพลิงไฮเปอร์โกไลต์เมื่อใช้ร่วมกับเชื้อเพลิงจรวดที่มีไฮดราซีนเป็นส่วนประกอบ การใช้งานครั้งแรกๆ ของส่วนผสมนี้คือในจรวดตระกูลไททันซึ่งเดิมใช้เป็น ขีปนาวุธ ข้ามทวีป (ICBM)และ ต่อมาใช้เป็นยาน ปล่อยยานอวกาศหลายลำ มันถูกใช้ใน ยานอวกาศ เจมินีและอพอลโล ของสหรัฐฯ รวมถึงกระสวยอวกาศ และ ยังคงใช้เป็น เชื้อเพลิง รักษาวงโคจรในดาวเทียมวงโคจรค้างฟ้า ส่วนใหญ่ และยานสำรวจอวกาศห้วงลึกหลายลำ นอกจากนี้ยังเป็นสารออกซิไดซ์หลักสำหรับจรวดโปรตอน ของ รัสเซีย ด้วย

เมื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงขับดัน ไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์มักเรียกง่ายๆ ว่าไนโตรเจนเตตรอกไซด์และมีการใช้ตัวย่อNTO อย่างแพร่หลาย นอกจากนี้ NTO มักใช้ร่วมกับ ไนตริกออกไซด์ในปริมาณเล็กน้อยซึ่งจะทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างไดไนโตรเจนไตรออกไซด์ซึ่งช่วยยับยั้งการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของโลหะผสมไทเทเนียมและในรูปแบบนี้ NTO เกรดเชื้อเพลิงขับดันจะเรียกว่าออกไซด์ผสมของไนโตรเจน ( MON ) และสามารถแยกแยะได้จากสีเขียวอมฟ้า การเติมไนตริกออกไซด์ในปริมาณที่มากขึ้น สูงถึง 25–30% ยังช่วยลดจุดเยือกแข็งของ NTO ทำให้สามารถเก็บรักษาได้ในสภาวะอวกาศ^{[ 16 ]}ปัจจุบันยานอวกาศส่วนใหญ่ใช้ MON แทน NTO ตัวอย่างเช่น ระบบควบคุมปฏิกิริยาของกระสวยอวกาศใช้ MON3 (NTO ที่มี NO 3% โดยน้ำหนัก) ^{[ 17 ]}

แนวโน้มของN2O4ที่จะแตกตัวเป็น NO2 ได้อย่างย้อนกลับได้การวิจัยเกี่ยวกับการใช้งานในระบบผลิตพลังงานขั้นสูงในฐานะก๊าซที่แตกตัว^{[ 20 ]} ไดไนโตรเจนเตตรอก ไซ "เย็น" จะถูกอัดและให้ความร้อน ทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไนโตรเจนไดออกไซด์ที่น้ำหนักโมเลกุลครึ่งหนึ่ง ไนโตรเจนไดออกไซด์ร้อนนี้จะถูกขยายตัวผ่านกังหัน ทำให้เย็นลงและลดความดัน จากนั้นจะถูกทำให้เย็นลงอีกในอ่างระบายความร้อน ทำให้เกิดการรวมตัวใหม่เป็นไนโตรเจนเตตรอกไซด์ที่น้ำหนักโมเลกุลเดิม จากนั้นจึงง่ายต่อการอัดเพื่อเริ่มต้นวงจรทั้งหมดอีกครั้งวงจร Brayton ที่ใช้ก๊าซแตกตัวดังกล่าว มีศักยภาพที่จะเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์แปลงพลังงานได้อย่างมาก^{[ 21 ]}

น้ำหนักโมเลกุลสูงและอัตราส่วนการขยายตัวเชิงปริมาตรที่น้อยกว่าของไนโตรเจนไดออกไซด์เมื่อเทียบกับไอน้ำทำให้กังหันมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น^{[ 22 ]}

N2O4เป็นส่วนประกอบหลักของของเหลวทำงาน "ไนทริน" ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบพกพา Pamir-630D ที่ปลดประจำการแล้วใช้งานตั้งแต่ปี 1985 ถึง^{[ 23 ]}

• ชมิดต์, เอคคาร์ต ดับเบิลยู. (2022) "ไดไนโตเจนเตตรอกไซด์". สารานุกรมของสารออกซิไดเซอร์ . ฉบับที่ 1. เดอ กรอยเตอร์ หน้า367– 624. ดอย : 10.1515/9783110750294-005 . ไอเอสบีเอ็น  978-3-11-075029-4.
• เฮด, แอนดรูว์ ดับเบิลยู. (2021). ไนโตรเจนเตตรอกไซด์ถึงออกไซด์ผสมของไนโตรเจน: ประวัติ การใช้งาน การสังเคราะห์ และการกำหนดองค์ประกอบ (วิทยานิพนธ์ปริญญาโท). มหาวิทยาลัยเพอร์ดู. doi : 10.25394/PGS.17003098.V1 .
• ก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ในบรรยากาศสถานที่ทำงาน, osha.gov, พฤษภาคม 1987, แก้ไขเพิ่มเติม พฤษภาคม 2001

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์

• บัตรข้อมูลความปลอดภัยทางเคมีระหว่างประเทศ 0930
• เอกสารข้อมูลเกี่ยวกับสารประกอบออกไซด์ของไนโตรเจนจากบัญชีรายชื่อสารมลพิษแห่งชาติ
• คู่มือพกพาของ NIOSH เกี่ยวกับอันตรายจากสารเคมี : ไนโตรเจนเตตระออกไซด์
• สารานุกรมก๊าซของ Air Liquide: NO / N O เก็บถาวรเมื่อ 10 มีนาคม 2016 ที่Wayback Machine
• โพลิอาคอฟฟ์, มาร์ติน (2009). "เคมีของการขึ้นบินจากดวงจันทร์: สารคดีพิเศษครบรอบ 40 ปี อพอลโล 11"ตารางธาตุแห่งวิดีโอมหาวิทยาลัยนอตติงแฮม