Dikvävetetraoxid (N2O4) – egenskaper, struktur och användning

Dikvävetetraoxid (N2O4) – tydlig guide till egenskaper, molekylär struktur, reaktivitet och praktiska användningar inom kemi och industri. Lär dig snabbt och enkelt.

Dikvävetetraoxid (N₂O₄), ibland kallad dinitrogentetraoxid eller på engelska "dinitrogen tetroxide", är en oorganisk kemisk förening bestående av två kväve- och fyra syreatomer. Formeln skrivs N₂O₄. Varje kväveatom i molekylen har formellt oxidationstal +4, alltså är kväve i i oxidationstillstånd +4 i denna förening. Till skillnad från joniska salter innehåller N₂O₄ inte fria, separata joner — den är en kovalent molekylär förening och innehåller därför inte fria oxidjoner.

Egenskaper

• Molekylvikt: cirka 92,01 g/mol.
• Fysikaliskt tillstånd: gas eller flytande beroende på temperatur; i låg temperatur dominerar färglös N₂O₄, vid högre temperaturer dissocierar den till brun NO₂-gas.
• Smältpunkt: omkring −11 °C.
• Kokpunkt: omkring 21 °C (vid 1 atm) — nära rumstemperatur förekommer därför ofta en blandning av N₂O₄ och NO₂.
• Vätskedens densitet: relativt hög jämfört med vatten (vätskelagrade värden ligger runt 1,4 g/cm³ beroende på temperatur).
• Färg: ren N₂O₄ är färglös eller svagt gul; NO₂ är brun och ger gasblandningen dess bruna färg vid dissociation.

Struktur

N₂O₄ är en dimer av kvävedioxid (NO₂). Två NO₂-enheter binds ihop via en N–N-bindning. Varje kväveatom binder till två syreatomer och till den andra kväveatomen; geometrierna kring kvävet är nära trigonal plan. Molekylen är i stort sett kovalent och neutral, inte uppbyggd av separata joner.

Kemiskt beteende

• Jämvikt med NO₂: N₂O₄ ⇌ 2 NO₂. Vid högre temperaturer och lägre tryck forskjuts jämvikten mot NO₂ (brun gas), vid lägre temperaturer mot färglös N₂O₄.
• Starkt oxiderande: reagerar med många organiska och oorganiska reduktionsmedel och kan orsaka combustion eller våldsamma reaktioner med brännbara ämnen.
• Hydrolys och reaktioner med vatten: NO₂/N₂O₄ reagerar med vatten och ger bl.a. salpetersyra (HNO₃) och salpetersyra/salpeternitrit beroende på förhållanden; detta är en del av bildandet av marknära ozon och syreregn i miljön.
• Används i nitrerings- och nitrosylationsreaktioner i organisk syntes genom att fungera som nitronium-/nitrosylkälla under kontrollerade förhållanden.

Användning

• Raketdrift: N₂O₄ används som hypergolt/oxiderande medel tillsammans med flytande bränslen, t.ex. hydrazinderivat, eftersom den kan lagras flytande vid relativt låg temperatur och reagerar spontant med vissa bränslen.
• Laboratoriekemi: används som nitreringsmedel eller nitrosylkälla i syntes av organiska och oorganiska föreningar.
• Industri: förekommer som mellanprodukt vid framställning av salpetersyra och andra salpetersk derivat.

Säkerhet och miljö

• Toxicitet: NO₂ och N₂O₄ är mycket giftiga och irriterande för andningsorganen. Inandning kan leda till hosta, andnöd och i allvarliga fall lungödem.
• Korrosivitet: N₂O₄ och dess löslighetsprodukter är korrosiva mot vissa metaller och material; utrustning för lagring och hantering måste vara kompatibel.
• Oxiderande egenskaper: ska hållas åtskilt från organiska material, brännbara ämnen och reduktionsmedel.
• Miljöpåverkan: bidrar till bildning av NOx som är viktiga för luftföroreningar, fotokemisk smog och försurning.

Hantering och förvaring

Hanteras i välventilerade utrymmen eller dragskåp med lämplig skyddsutrustning (andas-skydd, ögonskydd, kemikalieresistenta handskar, etc.). Förvaras i tryckkärl eller flaskor av material som tål oxidationsmedel, på avskild, sval plats. Transport och användning i raketbränslesammanhang sker under strikta säkerhetsrutiner.

Framställning

N₂O₄ kan framställas genom oxidation av NO (monoxid) till NO₂ och därefter dimerisering till N₂O₄, eller genom direkt oxidationssteg i industriella processer vid produktion av salpetersyra och relaterade processer.

Sammanfattningsvis är dikvävetetraoxid en viktig, men farlig, oxidationsmedel med speciella tillämpningar inom raketteknik och kemisk syntes. Dess kemiska jämvikt med NO₂ ger den sina karakteristiska egenskaper och påverkar både hantering och användning.

Sök med bokstav