Hidrasien

Hidrasien is 'n anorganiese verbinding met die chemiese formule . Dit is 'n eenvoudige hidried en is 'n kleurlose, vlambare vloeistof met 'n ammoniakagtige reuk.

Hidrasien is baie giftig, tensy dit in oplossing hanteer word, soos byvoorbeeld hidrasienhidraat (NHNH·xHO). Dit word hoofsaaklik gebruik as 'n skuimmiddel by die bereiding van polimeerskuim, maar toepassings sluit ook die gebruik daarvan in as voorloper vir polimerisasie-katalisators, farmaseutiese en landbouchemikalieë, sowel as 'n langtermyn-stoorbare dryfmiddel vir die aandrywing van ruimtetuie in die ruimte.

Die term "hidrasiene" verwys na 'n klas organiese stowwe wat verkry word deur een of meer waterstofatome in hidrasien deur 'n organiese groep te vervang.

Geskiedenis 
Die naam "hidrasien" is in 1875 deur die Duitse chemikus Emil Fischer geskep. Hy het probeer om organiese verbindings te vervaardig wat uit monosubstitueerde hidrasien bestaan. Teen 1887 het Theodor Curtius hidrasiensulfaat vervaardig deur organiese diasiede met verdunde swaelsuur te behandel. Hy was egter nie in staat om suiwer hidrasien te verkry nie, ondanks herhaalde pogings. Suiwer watervrye hidrasien is die eerste keer deur die Nederlandse chemikus Lobry de Bruyn in 1895 voorberei.

Gebruike

Suurstofverwyderaar 
Hidrasien word in industrieë gebruik as 'n suurstofverwyderaar of suurstofwasser (in Engels, oxygen scavenger). Die doel is om die laaste oorblyfsels van suurstof uit ketelvoerwater te verwyder om korrosie te voorkom. Dit vind deur die volgende reaksie plaas:

N2H4 + O2 -> N2 + 2H2O

Omdat hidrasien skadelik is vir mense, word koolhidrasied gewoonlik eerder gebruik. Koolhidrasied ontbind by temperature hoër as 180 °C om hidrasien te vorm, wat dan weer met suurstof reageer:

(N2H3)2CO + H2O -> 2N2H4 + CO2

2N2H4 + 2O2 -> 2N2 + 4H2O

Verhoog pH in ketelsisteme 

Nie net verwyder hidrasien suurstof nie, maar verhoog dit ook die pH van water wat korrosie verder teenwerk.

By 200 °C ontbind hidrasien om ammoniak te vorm:

3N2H4 -> 4NH3 + N2

Omdat ammoniak 'n basis is (pH is hoër as 7) werk dit korrosie verder teë.

Of dit ontbind soos volg in water:

N2H4 + H2O -> [N2H5]+ + OH-

Wanneer die konsentrasie van OH- verhoog, verhoog dit ook die pH van die oplossing.

Gas en dryfmiddels 
Die grootste gebruik van hidrasien is 'n voorloper vir 'n verbindings wat in staat is om 'n sellulêre struktuur te produseer deur middel van 'n skuimproses in verskillende materiale wat verhard of fase-oorgang ondergaan, soos polimere, plastiek en metale. Spesifieke voorbeelde van die verbindings sluit in asodikarbonamied en asobisisobutironitril. In 'n verwante toepassing word natriumasied, die gasvormende middel in lugsakke, vervaardig uit hidrasien deur reaksie met natriumnitriet.

N2H4 + NaNO2 -> NaN3 + 2H2O

Hidrasien word ook gebruik as 'n metode om die dryfmiddel aan boord van 'n ruimtevoertuig lank op te berg, soos NASA se Dawn-ruimtetuig na Ceres en Vesta. Dit word ook beruik om die konsentrasie van opgeloste suurstof te verminder en die pH van water wat in groot industriële ketels gebruik word, te beheer. Die F-16-vegvliegtuig, NASA se pendeltuie en die U-2-verkenningsvliegtuig gebruik hidrasien om hul noodkrageenhede aan te vul.

Die Amerikaanse lugmag gebruik gereeld H-70, 'n mengsel van 70% hidrasien 30% water, in operasies wat gebruik maak van die General Dynamics F-16 vegvliegtuig  en die Lockheed U-2 verkenningsvliegtuie. Die enkelstraal-enjin F-16 gebruik hidrasien om sy noodkrageenheid aan te dryf, wat elektriese en hidrouliese krag in noodgevalle lewer waar 'n enjin afskakel. Die noodkrageenheid aktiveer outomaties of deur loodsbeheer in die geval van hidrouliese druk- of elektriese kragverlies om sodoende noodvlugkontrole te bied. Die enkelstraal-enjin U-2 gebruik hidrasien ook om sy noodstelsel aan te dryf, wat 'n uiters betroubare metode bied om die enjin weer te laat vlieg in geval van 'n enjin wat afskakel in 'n noodgeval.

Vuurpylbrandstof 

Hidrasien is die eerste keer gebruik as 'n komponent in vuurpylbrandstowwe tydens die Tweede Wêreldoorlog. 'n Mengsel van 30% hidrasien met 57% metanol (in die Duitse Luftwaffe was metanol "M-Stoff" genoem) en 13% water is deur die Duitsers "C-Stoff" genoem. Die mengsel is gebruik om die Messerschmitt Me 163 Komet, 'n vuurpylaangedrewe vegvliegtuig, aan te dryf. Die Duitse het 'n oplossing van 85 tot 98 persent waterstofperoksied met water (genoemd "hoogtoetsperoksied" of "T-Stoff") as oksideerder gebruik. 

Hidrasien word gebruik as 'n lae-krag dryfmiddel vir die maneuverende vuurpyle van ruimtetuie, en word gebruik om die hulpverleningskrageenhede van die pendeltuig aan te dryf. Daarbenewens word vuurpylenjins wat met hidrasien aangedryf word dikwels gebruik in die afkomsfase van ruimtetuie. Sulke enjins is in die 1970's op die Viking-programlanders gebruik, sowel as die Phoenix-lander en die Curiosity-verkenningstuig wat onderskeidelik in Mei 2008 en Augustus 2012 op Mars geland het.

Ander gebruike 

Hidrasien is 'n voorloper vir verskeie farmaseutiese middels en plaagdoders. Hierdie toepassings behels dikwels omskakeling van hidrasien na heterosikliese ringe soos pirasole en piridasiene.

Hidrasien is voorgestel as 'n alternatief vir waterstof in brandstofselle, aangesien dit 'n hoër energiedigtheid het as soortgelyke brandstofselle en nie 'n duur platinumkatalisator benodig nie.

'n Mengsel van 63% hidrasien, 32% hidrasiennitraat en 5% water is 'n standaard dryfmiddel vir eksperimentele grootladingsartillerie wat met vloeibare dryfmiddels werk. Die dryfstofmengsel hierbo is een van die voorspelbaarste en bestendigste.

Sintese 
Daar is verskillende roetes ontwikkel. Die belangrikste stap is die skepping van die stikstof-stikstof enkelbinding. Die vele roetes kan verdeel word in die wat chlooroksidante gebruik (en sout genereer) en die wat nie sout vorm nie.

Hidrasien kan uit ammoniak en waterstofperoksied gesintetiseer word (sonder om 'n sout te vorm):
2NH3 + H2O2 -> H2NNH2 + 2H2O

Hidrasien word vervaardig in die Olin-Raschig-proses uit natriumhipochloriet en ammoniak, 'n proses wat in 1907 aangekondig is. Die tussenstap is die vorming van monochlooramien.
 NaOCl + 2NH3 -> NH2Cl + NH3 + NaOH -> H2NNH2 + HCl

Ureum kan geoksideer word in plaas van ammoniak. Weereens dien natriumhipochloriet as die oksideermiddel.
(H2N)2CO + NaOCl + 2 NaOH -> H2NNH2 + H2O + NaCl + Na2CO3

Kyk ook 
 RP-1

Verwysings 

Chemie
Anorganiese verbindings