聯氨
此條目介紹的是無機化合物。關於有機化合物的基團，請見「肼基」。| 聯氨 | |||
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| IUPAC名 Hydrazine | |||
| 系統名 Diazane 二氮烷 | |||
| 別名 | 聯胺 肼 | ||
| 識別 | |||
| CAS號 | 302-01-2 
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| PubChem | 9321 | ||
| ChemSpider | 8960 | ||
| SMILES |
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| InChI |
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| InChIKey | OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYAZ | ||
| Beilstein | 878137 | ||
| Gmelin | 190 | ||
| 3DMet | B00770 | ||
| UN編號 | 2029 | ||
| EINECS | 206-114-9 | ||
| ChEBI | 15571 | ||
| RTECS | MU7175000 | ||
| KEGG | C05361 | ||
| MeSH | Hydrazine | ||
| 性質 | |||
| 化學式 | N2H4（無水） N2H4·H2O（一水） | ||
| 莫耳質量 | 32.05（無水） 50.06（水合） g·mol⁻¹ | ||
| 外觀 | 無色液體 | ||
| 密度 | 1.004 g/mL（無水） 1.146 g/mL（無水，−5 °C）[1] 1.032 g/mL（一水） | ||
| 熔點 | 2.0℃（無水） -51.5℃（一水） | ||
| 沸點 | 113.5℃（無水） 120.1℃（一水，共沸） | ||
| 溶解性（水） | 混溶 | ||
| 黏度 | 0.9 cP, 25°C[2] | ||
| 結構 | |||
| 分子構型 | 氮原子為錐形 | ||
| 偶極矩 | 1.85 D[2] | ||
| 危險性 | |||
歐盟危險性符號 劇毒 T+ 危害環境N | |||
| 警示術語 | R：R45-R10-R23/24/25-R34-R43-R50/53 | ||
| 安全術語 | S：S53-S45-S60-S61 | ||
| MSDS | External MSDS | ||
GHS危險性符號    
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| 主要危害 | 劇毒 | ||
| NFPA 704 |
 4
4
3
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| 閃點 | 38℃（無水，開杯） 75℃（一水，開杯） | ||
| 相關物質 | |||
| 相關氫化物 | 過氧化氫、乙烷、 氨、聯膦 | ||
| 相關化學品 | 甲基肼、二甲基肼 苯肼、二硝基苯肼 | ||
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |||
聯氨（英語：Hydrazine），又稱聯胺或（無水）
常態下呈無色油狀液體。氣味類似氨，溶於水、醇、氨等溶劑，常用於人造衛星及火箭的燃料、鍋爐的抗腐蝕劑、炸藥與抗氧化劑等。
聯氨有吸濕性，在空氣中發煙。燃燒會呈紫色火焰。液體中分子以二聚體存在。有強還原性和腐蝕性，能侵蝕玻璃、橡膠、皮革、軟木等。
製取
[編輯]- NaClO + 2NH3 → N2H4 + NaCl + H2O
還可由氨、丙酮的混合物與氯氣反應的產物水解製取，同時得到聯氨和丙酮：
- 4NH3 + (CH3)2CO +Cl2 → (CH3)2C(N2H2) + 2NH4Cl+H2O
- (CH3)2C(N2H2) + H2O → (CH3)2CO + N2H4
性質
[編輯]結構
[編輯]聯氨的結構是從一對氨分子裡各取一個氫原子然後把他們結合起來，每一個H2N-N次單元是個金字塔。H-N-H角為108°，N-N鍵距離1.45Å。按照聯氨偶極矩為1.85D及N-H鍵矩為4.44(10-30Cm)[3]計算得到偏轉角為0.5°，分子符合重疊構象，近似C2v點群。也有認為分子符合偏轉構象[4][5]。旋扭難度是乙醇的兩倍，結構特性像過氧化氫。
化學性質
[編輯]聯氨的鹼性僅為氨的15分之一。
- N2H4 + H+ → [N2H5]+
K = 8.5 x 10-7
（氨之K值 = 1.78 x 10-5）
成鹽：[6]
- [N2H5]+ + H+ → [N2H6]2+
K = 8.4 x 10-16
但需注意的是，[N2H6]2+完全水解，因此這個離子很難存在於水溶液中：[7]
- [N2H6]2+ + H2O → N2H5+ + H3O+
聯氨可以和二氧化碳反應：
- N2H4 + CO2 → N2H3COOH
和NH3類似，聯氨可以以分子的形式和一些金屬化合物形成配合物。
它可以在銅離子的催化下和過氧化氫反應：[8]
- N2H4 + 2 H2O2 → N2 + 4 H2O
用途
[編輯]與四氧化二氮混合使用可當作火箭的燃料。但通常會作為姿態控制火箭的單組元推進劑，在離開噴口前經過催化劑產生自燃。
- N2O4 + 2N2H4 → 3N2 ↑ + 4H2O
壓水式核電機組啟動時，會向一迴路冷卻劑中注入聯氨以除去水中的氧。
- N2H4+ O2 → 2H2O + N2↑
在鹼性環境下可作為還原劑使用。
- N2H4 + 4OH- → N2↑ + 4H2O + 4e- (𝐸ᶱ = +1.16V)
有機化學中，聯氨經常被作為還原試劑，以進行沃－凱氏還原反應。
絕大部分情況下，聯氨可被水合聯氨代替使用，以降低其危險性。
危險性
[編輯]對人健康的危害
[編輯]吸入本品蒸汽、刺激鼻和上呼吸道。此外，尚可出現頭暈、噁心、嘔吐、和中樞神經系統症狀。液體或蒸汽對眼有刺激作用，可致眼的永久性損害。對皮膚有刺激性，可造成嚴重灼傷。可經皮膚吸收引起中毒，可致皮炎。口服引起頭暈、噁心，以後出現暫時性中樞性呼吸抑制、心律紊亂，及中樞神經系統症狀，如嗜睡、運動障礙、共濟失調、麻木等，肝功能可出現異常。長期接觸可出現神經衰弱症候群，肝大及肝功能異常。
化學活性
[編輯]遇明火、高熱可燃。具有強還原性。與氧化劑能發生強烈反應，引起燃燒或爆炸。遇氧化汞、金屬鈉、氯化亞錫、2,4-二硝基氯苯劇烈反應。
前蘇聯有次失敗爆炸的火箭試射是將硝酸與聯胺作為火箭發動機的燃料，好處是不用經過點火程序，兩相混合即會自燃，簡單易用失敗率低，因此受到早期太空科技領域的歡迎。因為其自燃，高腐蝕，劇毒特性，只要發射失敗就會嚴重汙染發射場土地，即便成功發射也會污染大氣。目前已逐漸被相對環保的火箭燃料（液態氫氧，煤油等）取代而淘汰，目前多用於地球軌道衛星與外太空探測器使用（免點火裝置推進劑），因為外太空使用沒有環保汙染顧慮。
環境危害
[編輯]對環境有危害，對水體可造成污染。
注釋
[編輯]參考資料
[編輯]- ^ Beck, G. Volume relationships of carbohydrates, amino acids, and hydrocarbons. Wiener Chemiker-Zeitung, 1943. 46: 18-22. ISSN: 0372-7270.
- ^ 2.0 2.1 "Chemistry of the Elements", 2nd ed., Greenwood, N. N. and Earnshaw, A., Butterworth-Heinemann, Oxford (1997).
- ^ 周公度、段連運《結構化學基礎第4版》，北京大學出版社（2008.01）. ISBN 978-7-301-05773-5.
- ^ 宋天佑、徐家寧、程功臻、史蘇華 《無機化學第二版》下冊，高等教育出版社（2010.4）. ISBN 978-7-04-028479-9.
- ^ Miessler, Gary L. and Tarr, Donald A. Inorganic Chemistry, Third Edition. Pearson Prentice Hall (2004). ISBN 0-13-035471-6.
- ^ Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
- ^ K. C. Patil. Inorganic Hydrazine Derivatives - Synthesis, Properties and Applications. Wiley, 2014: pp 2-3
- ^ Carl R. Wellman, J. Richard Ward, Lester P. Kuhn. Kinetics of the oxidation of hydrazine by hydrogen peroxide, catalyzed by hydrated copper(II). Journal of the American Chemical Society. 1976-03, 98 (7): 1683–1684 [2019-08-03]. ISSN 0002-7863. doi:10.1021/ja00423a008. （原始內容存檔於2021-04-21） （英語）.
