Afgeleiden van ammoniak
Twee van de belangrijkste derivaten van ammoniak zijn hydrazine en hydroxylamine.
Hydrazine
Hydrazine, N 2 H 4, is een molecuul waarin één waterstofatoom in NH 3 wordt vervangen door een ―NH 2- groep. De pure verbinding is een kleurloze vloeistof die rookt met een lichte geur die lijkt op die van ammoniak. In veel opzichten lijkt het in zijn fysieke eigenschappen op water. Het heeft een smeltpunt van 2 ° C (35,6 ° F), een kookpunt van 113,5 ° C (236,3 ° F), een hoge diëlektrische constante (51,7 bij 25 ° C [77 ° F]) en een dichtheid van 1 gram per kubieke cm. Net als bij water en ammoniak is waterstof de belangrijkste intermoleculaire kracht.
Hydrazine wordt het best bereid volgens het Raschig-proces, waarbij een waterige alkalische ammoniakoplossing met natriumhypochloriet (NaOCl) wordt omgezet. 2NH 3 + NaOCl → N 2 H 4 + NaCl + H 2 O Deze reactie treedt op in twee hoofdstappen. Ammoniak reageert snel en kwantitatief met het hypochlorietion, OCl -, om chloramine, NH 2 Cl te produceren, dat verder reageert met meer ammoniak en base om hydrazine te produceren. NH 3 + OCl - → NH 2 Cl + OH -
NH 2 Cl + NH 3 + NaOH → N 2 H 4 + NaCl + H 2 O Bij dit proces treedt een schadelijke reactie op tussen hydrazine en chlooramine en die lijkt gekatalyseerd te zijn door zware metaalionen zoals Cu 2+. Aan dit proces wordt gelatine toegevoegd om deze metaalionen op te vangen en de nevenreactie te onderdrukken. N 2 H 4 + 2NH 2 Cl → 2NH 4 Cl + N 2 Wanneer hydrazine aan water wordt toegevoegd, worden twee verschillende hydraziniumzouten verkregen. N 2 H 5 + -zouten kunnen worden geïsoleerd, maar N 2 H 6 2 + -zouten worden normaal gesproken uitgebreid gehydrolyseerd. N 2 H 4 + H 2 O ⇌ N 2 H 5 + + OH -
N 2 H 5 + + H 2 O ⇌ N 2 H 6 2+ + OH -
Hydrazine verbrandt in zuurstof om stikstofgas en water te produceren, waarbij een aanzienlijke hoeveelheid energie vrijkomt in de vorm van warmte. N 2 H 4 + O 2 → N 2 + 2 H 2 O + warmte Als gevolg hiervan wordt het belangrijkste niet-commerciële gebruik van deze verbinding (en zijn methylderivaten) als raketbrandstof gebruikt. Hydrazine en zijn derivaten zijn gebruikt als brandstoffen in geleide raketten, ruimtevaartuigen (inclusief de spaceshuttles) en ruimtelanceerders. Zo werd de maanmodule van het Apollo-programma vertraagd voor de landing en gelanceerd vanaf de maan door de oxidatie van een 1: 1-mengsel van methylhydrazine, H 3 CNHNH 2 en 1,1-dimethylhydrazine, (H 3 C) 2 NNH 2, met vloeibaar distikstoftetroxide, N 2 O 4. Drie ton van het methylhydrazinemengsel was nodig voor de landing op de maan en ongeveer één ton voor de lancering vanaf het maanoppervlak. De belangrijkste commerciële toepassingen van hydrazine zijn als blaasmiddel (om gaten in schuimrubber te maken), als reductiemiddel, bij de synthese van landbouw- en medicinale chemicaliën, als algiciden, fungiciden en insecticiden, en als plantengroeiregulatoren.
