Hidrazina

Hidrazina ialah sebatian bukan organik dengan formula kimia . Ia merupakan pniktogen hidrida ringkas, dan berupakan cecair mudah terbakar tidak berwarna dengan bau seperti ammonia. Hidrazina adalah sangat beracun melainkan dikendalikan dalam larutan sebagai, contohnya, hidrazina hidrat ().

Hidrazina digunakan terutamanya sebagai agen pembuih dalam menyediakan buih polimer, dan aplikasi lain termasuk kegunaannya sebagai pelopor kepada pemangkin pempolimeran, farmaseutikal dan agrokimia, serta bahan pendorong boleh simpan jangka panjang bagi gerakan kapal angkasa dalam angkasa. Selain itu, hidrazina digunakan dalam pelbagai bahan api roket dan untuk menyediakan prekursor gas yang digunakan dalam beg udara. Hidrazina digunakan dalam kedua-dua kitaran wap loji janakuasa elektrik nuklear dan konvensional sebagai pengambil oksigen untuk mengawal kepekatan oksigen terlarut dalam usaha mengurangkan kakisan.

, pasaran hidrazina sedunia dianggarkan sebanyak kira-kira $350 juta. Dalam dua juta tan hidrazina hidrat digunakan dalam agem pembuih pada 2015.

Kumpulan hidrazina pula merujuk kepada kelas bahan organik yang diperolehi dengan menggantikan satu atau lebih atom hidrogen dalam hidrazina oleh kumpulan organik.

Etimologi 
Nomenklatur ialah bentuk bivalen, dengan awalan hidr- digunakan untuk menunjukkan kehadiran atom hidrogen, dan akhiran yang bermula dengan -az-, daripada azote, perkataan Perancis bagi nitrogen.

Aplikasi

Pengeluar gas dan propelan 
Penggunaan terbesar hidrazina adalah sebagai pelopor kepada agen tiupan. Sebatian khusus termasuk azodikarbonamida dan azobisisobutironitril, yang menghasilkan  gas setiap gram prekursor. Dalam aplikasi yang berkaitan, natrium azida, agen pembentuk gas dalam beg udara, dihasilkan daripada hidrazina melalui tindak balas dengan natrium nitrit.

Hydrazine juga digunakan sebagai propelan boleh simpan jangka panjang dalam kenderaan angkasa lepas, seperti misi Dawn ke Ceres dan Vesta, dan kedua-duanya mengurangkan kepekatan oksigen terlarut dan mengawal pH air yang digunakan dalam dandang industri besar. Jet pejuang F-16, Eurofighter Typhoon, kapal angkasa ulang-alik dan pesawat pengintip U-2 menggunakan hidrazina untuk menjana Sistem Permulaan Kecemasan mereka sekiranya enjin terhenti.

Pelopor racun perosak dan farmaseutikal 

Hidrazina ialah sebatian pendahulu kepada beberapa sebatian farmaseutikal dan racun perosak. Selalunya aplikasi ini melibatkan penukaran hidrazina kepada cincin heterosiklik seperti pirazola dan piridazina. Contoh terbitan hidrazina bioaktif yang dikomersialkan termasuk sefazolina, rizatriptan, anastrozola, flukonazola, metazakhlor, metamitron, metribuzin, paklobutrazol, diklobutrazol, propikonazola, hidrazina sulfat, diimida, triadimefon dan dibenzolhidrazina.

Sebatian hidrazina boleh berkesan sebagai bahan aktif dalam campuran dengan atau dalam kombinasi dengan bahan kimia pertanian lain seperti racun serangga, mitisida, nematisida, racun kulat, agen antivirus, penarik, racun herba atau pengawal pertumbuhan tumbuhan.

Dalam penyelidikan dan tujuan kecil 
Pengeluar pemangkin Itali Acta (syarikat kimia) telah mencadangkan penggunaan hidrazina sebagai alternatif kepada hidrogen dalam sel bahan api. Faedah utama menggunakan hidrazina ialah ia boleh menghasilkan lebih 200 m W/cm2 lebih daripada sel hidrogen yang serupa tanpa memerlukan pemangkin platinum yang mahal. Oleh kerana bahan api adalah cecair pada suhu bilik, ia boleh dikendalikan dan disimpan dengan lebih mudah daripada hidrogen. Dengan menyimpan hidrazina dalam tangki yang penuh dengan karbonil karbon ikatan ganda dua, bahan api bertindak balas dan membentuk pepejal selamat yang dipanggil hidrazona. Dengan menyiram tangki dengan air suam, cecair hidrazina hidrat dilepaskan. Hidrazina mempunyai daya gerak elektrik yang lebih tinggi iaitu 1.56 V berbanding 1.23 V bagi hidrogen. Hidrazina terurai dalam sel untuk membentuk nitrogen dan hidrogen yang terikat dengan oksigen, membebaskan air. Hydrazine digunakan dalam sel bahan api yang dikeluarkan oleh Allis-Chalmers Corp., termasuk beberapa yang membekalkan kuasa elektrik dalam satelit angkasa pada tahun 1960-an.

Campuran 63% hidrazina, 32% hidrazina nitrat dan 5% air ialah bahan pendorong standard artileri propelan cecair muatan pukal eksperimental. Campuran pendorong di atas adalah salah satu yang paling boleh diramal dan stabil, dengan profil tekanan rata semasa penembakan. Kegagalan pelancaran biasanya disebabkan oleh pencucuhan yang tidak mencukupi. Pergerakan meriam selepas nyalaan salah menyebabkan gelembung besar dengan luas permukaan pencucuhan yang lebih besar, dan kadar pengeluaran gas yang lebih besar menyebabkan tekanan yang sangat tinggi, kadangkala termasuk kegagalan tiub (letupan). Dari Januari–Jun 1991, Makmal Penyelidikan Tentera AS menjalankan kajian semula program senjata propelan cecair muatan pukal awal bagi kemungkinan kerelevanan dengan program pendorong kimia elektroterma.

Tentera Udara Amerika Syarikat kerap menggunakan H-70, 70% hidrazina dan 30% campuran air, dalam operasi yang menggunakan pesawat pejuang General Dynamics F-16 "Fighting Falcon" dan pesawat peninjau Lockheed U-2 "Dragon Lady". Enjin jet tunggal F-16 menggunakan hidrazina untuk menggerakkan Unit Kuasa Kecemasan (EPU) yang membekalkan kuasa elektrik dan hidraulik kecemasan sekiranya enjin terbakar. EPU diaktifkan secara automatik, atau secara manual dengan kawalan juruterbang, sekiranya berlaku kehilangan tekanan hidraulik atau kuasa elektrik untuk menyediakan kawalan penerbangan kecemasan. Enjin jet tunggal U-2 menggunakan hidrazina untuk menggerakkan Sistem Permulaan Kecemasan (ESS) yang menyediakan kaedah yang sangat boleh dipercayai untuk menghidupkan semula enjin dalam penerbangan sekiranya berlaku kepegunan.

Bahan api roket 

Hidrazina pertama kali digunakan sebagai komponen dalam bahan api roket semasa Perang Dunia II. Campuran 30% mengikut berat dengan 57% metanol (dinamakan M-Stoff dalam Luftwaffe Jerman) dan 13% air dipanggil C-Stoff oleh pihak Jerman. Campuran itu digunakan untuk menggerakkan pesawat pejuang berkuasa roket Messerschmitt Me 163B, di mana peroksida ujian tinggi Jerman T-Stoff digunakan sebagai pengoksida. Hidrazina tanpa campuran telah dirujuk sebagai B-Stoff oleh tentera Jerman, sebutan yang juga digunakan kemudian bagi bahan api etanol/air peluru berpandu V-2.

Hidrazina digunakan sebagai monopropelan berkuasa rendah dalam pendorong pergerakan kapal angkasa, dan digunakan untuk menggerakkan unit kuasa tambahan pesawat angkasa ulang-alik. Di samping itu, enjin roket berbahan api hidrazina mono-propelan sering digunakan dalam penurunan terminal kapal angkasa. Enjin sedemikian digunakan pada program pendaratan Viking pada tahun 1970-an serta pendarat Marikh Phoenix (Mei 2008), Curiosity (Ogos 2012) dan Perseverance (Februari 2021).

Campuran hidrazina dan asid nitrik wasap merah digunakan dalam program angkasa lepas Soviet, di mana ia dikenali sebagai "racun syaitan" oleh kerana sifatnya yang berbahaya.

Dalam semua enjin monopropelan hidrazina, hidrazina disalurkan melalui pemangkin seperti logam iridium yang disokong oleh alumina luas permukaan tinggi, menyebabkan ia terurai menjadi ammonia, gas nitrogen dan gas hidrogen mengikut tindak balas berikut:

 
 
 

Dua tindak balas pertama adalah sangat eksotermik (ruang pemangkin boleh mencapai 800 °C dalam hitungan milisaat,) dan menghasilkan sejumlah besar gas panas daripada isipadu cecair yang kecil, menjadikan hidrazina sebagai pendorong yang agak cekap dengan impuls khusus vakum kira-kira 220 saat. Tindak balas kedua adalah yang paling eksotermik, tetapi menghasilkan bilangan molekul yang lebih kecil daripada tindak balas pertama. Tindak balas ketiga adalah endotermik dan mengembalikan kesan tindak balas kedua kembali kepada kesan yang sama seperti tindak balas pertama (suhu lebih rendah, bilangan molekul lebih banyak). Struktur pemangkin mempengaruhi bahagian bahagian yang tercerai dalam tindak balas ketiga; suhu yang lebih tinggi adalah wajar dalam pendorong roket, manakala lebih banyak molekul adalah wajar apabila tindak balas bertujuan untuk menghasilkan kuantiti gas yang lebih besar.

Bahaya pekerjaan

Kesan kesihatan 
Laluan berpotensi pendedahan hidrazina termasuk kulit, mata, penyedutan dan penelanan.

Pendedahan hidrazina boleh menyebabkan kerengsaan kulit/dermatitis kontak dan terbakar, kerengsaan pada mata/hidung/tekak, loya/muntah, sesak nafas, edema pulmonari, sakit kepala, pening, kemurungan sistem saraf pusat, lesu, buta sementara, sawan dan koma. Pendedahan juga boleh menyebabkan kerosakan organ pada hati, buah pinggang dan sistem saraf pusat. Hidrazina didokumenkan sebagai pemeka kulit yang kuat dengan potensi untuk pemekaan silang kepada derivatif hidrazina selepas pendedahan awal. Sebagai tambahan kepada kegunaan pekerjaan yang disemak di atas, pendedahan kepada hidrazina juga mungkin dalam jumlah kecil daripada asap tembakau.

Panduan rasmi AS mengenai hidrazina sebagai karsinogen adalah bercampur-campur tetapi secara amnya terdapat pengiktirafan kesan yang berpotensi menyebabkan kanser. Institut Keselamatan dan Kesihatan Pekerjaan Kebangsaan (NIOSH) menyenaraikannya sebagai "karsinogen pekerjaan yang berpotensi". Program Toksikologi Kebangsaan (NTP) mendapati ia "dijangkakan secara munasabah sebagai karsinogen manusia". American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) menggredkan hidrazina sebagai "karsinogen haiwan yang disahkan A3 dengan kaitan yang tidak diketahui dengan manusia". Agensi Perlindungan Alam Sekitar (EPA) AS menggredkannya sebagai "B2—kemungkinan karsinogen manusia berdasarkan bukti kajian haiwan".

Agensi Penyelidikan Kanser Antarabangsa (IARC) menilai hidrazina sebagai "2A—mungkin karsinogenik kepada manusia" dengan perkaitan positif yang diperhatikan antara pendedahan hidrazina dan kanser paru-paru. Berdasarkan kajian kohort dan keratan rentas pendedahan hidrazina dalam pekerjaan, sebuah jawatankuasa dari Akademi Sains, Kejuruteraan dan Perubatan Kebangsaan menyimpulkan bahawa terdapat bukti yang menunjukkan perkaitan antara pendedahan hidrazina dan kanser paru-paru, dengan bukti yang tidak mencukupi berkaitan dengan kanser di tempat lain. Jawatankuasa Saintifik Suruhanjaya Eropah mengenai Had Pendedahan Pekerjaan (SCOEL) meletakkan hidrazina dalam karsinogen "kumpulan B—karsinogen genotoksik". Mekanisme genotoksik jawatankuasa memetik rujukan tindak balas hidrazina dengan formaldehid endogen dan pembentukan agen pemetilan DNA.

Sekiranya berlaku kecemasan berkaitan pendedahan hidrazina, NIOSH mengesyorkan agar pakaian tercemar ditanggalkan segera, mencuci kulit dengan sabun dan air, dan bagi pendedahan mata, kanta sentuh ditanggalkan dan mata disiram dengan air selama sekurang-kurangnya 15 minit. NIOSH juga mengesyorkan sesiapa yang mempunyai potensi pendedahan hidrazina untuk mendapatkan rawatan perubatan secepat mungkin. Tiada pelan pascapendedahan makmal atau pengimejan perubatan khusus, dan kerja perubatan mungkin bergantung pada jenis dan keterukan simptom. Pertubuhan Kesihatan Sedunia (WHO) mengesyorkan pendedahan berpotensi dirawat secara simptomatik dengan perhatian khusus diberikan kepada potensi kerosakan paru-paru dan hati. Kes pendedahan hidrazina yang lalu telah mencatatkan kejayaan dengan rawatan piridoksina (vitamin B6).

Pengendalian dan pengawasan perubatan 
Program pengawasan lengkap untuk hidrazina harus termasuk analisis sistematik pemantauan biologi, pemeriksaan perubatan dan maklumat morbiditi/kematian. CDC mengesyorkan ringkasan pengawasan dan pendidikan disediakan untuk penyelia dan pekerja. Pemeriksaan perubatan prapenempatan dan berkala hendaklah dijalankan dengan tumpuan khusus pada potensi kesan hidrazina apabila berfungsi pada mata, kulit, hati, buah pinggang, hematopoietik, saraf dan sistem pernafasan.

Kawalan biasa yang digunakan untuk hidrazina termasuk penutupan proses, pengudaraan ekzos tempatan dan peralatan pelindung diri (PPE). Garis panduan PPE hidrazina termasuk sarung tangan dan pakaian tidak telap, cermin mata kalis percikan bolong tidak langsung, pelindung muka dan dalam beberapa kes, alat pernafasan. Penggunaan alat pernafasan dalam pengendalian hidrazina perlu menjadi pilihan terakhir sebagai kaedah mengawal pendedahan pekerja. Dalam kes di mana alat pernafasan diperlukan, pemilihan alat pernafasan yang betul dan program perlindungan pernafasan yang lengkap selaras dengan garis panduan OSHA harus dilaksanakan.

Bagi kakitangan USAF, Lampiran 8, Standard 48-8, Air Force Occupational Safety and Health (AFOSH) mengkaji pertimbangan dalam pendedahan pekerjaan kepada hidrazina dalam sistem peluru berpandu, pesawat dan kapal angkasa. Panduan khusus tindak balas pendedahan termasuk pancuran mandian kecemasan wajib dan stesen cuci mata dan proses untuk menyahcemar pakaian pelindung. Panduan ini juga menetapkan tanggungjawab dan keperluan PPE yang betul, latihan pekerja, pengawasan perubatan dan tindak balas kecemasan. Pangkalan USAF yang memerlukan penggunaan hidrazina secara amnya mempunyai peraturan asas khusus yang mengawal keperluan tempatan bagi penggunaan hidrazina yang selamat dan tindak balas kecemasan.

Struktur molekul 
Hidrazina, , mengandungi dua kumpulan amina () dihubungkan dengan ikatan tunggal antara dua atom nitrogen. Setiap satu subunit adalah berbentuk piramid. Struktur molekul bebas ditentukan oleh pembelauan elektron gas dan spektroskopi gelombang mikro. Panjang ikatan tunggal N–N ialah 1.447(2) Å (144.7(2) pm), jarak NH ialah 1.015(2) Å, sudut NNH ialah 106(2)° dan 112(2)°, sudut HNH ialah 107°. Molekul ini menggunakan konformasi gauche dengan sudut kilasan 91(2)° (sudut dihedral antara satah yang mengandungi ikatan NN dan pembahagi dua sudut HNH). Penghalang putaran adalah dua kali ganda daripada etana. Ciri-ciri struktur ini menyerupai hidrogen peroksida gas, yang menggunakan konformasi antiklin "miring", dan juga mengalami halangan putaran yang kuat.

Struktur hidrazina pepejal ditentukan oleh pembelauan sinar-X. Dalam fasa ini ikatan NN mempunyai panjang 1.46 Å dan jarak tidak terikat yang terdekat ialah 3.19, 3.25 dan 3.30 Å.

Sintesis dan pengeluaran 
Pelbagai laluan telah dibangunkan.  Langkah utama ialah penciptaan ikatan tunggal N–N. Banyak laluan boleh dibahagikan kepada yang menggunakan oksida klorin (dan menjana garam) dan yang tidak.

Tindak balas

Tingkah balas asid-bes 
Hidrazin membentuk monohidrat yang lebih tumpat (1.032 g/cm 3) daripada bentuk kontang  (1.021 g/cm3). Hidrazina mempunyai sifat kimia bes (alkali) yang setanding dengan ammonia:

  , Kb = 1.3 × 10−6, pKb = 5.9

(bagi ammonia, K b = 1.78 × 10−5)

Ia untuk diprotonasi:

 , Kb = 8.4 × 10−16, pKb = 15

Rujukan 

Keselamatan dan kesihatan pekerjaan
Agen penurun
Bahan api roket