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Tetróxido de dinitrógeno

Tetraóxido de dinitrógeno

Tetraóxido de dinitrógeno
General
Nombre sistemático Tetraóxido de dinitrógeno
Óxido de nitrógeno(IV)
Fórmula química N2O4
Masa molecular 92.011 u
Apariencia Gas incoloro
Número CAS 10544-72-6
Enlace MSDS
Propiedades físicas
Densidad 1443 kg/
Solubilidad Reacciona en agua
Propiedades en estado sólido
Entropía molecular
(S0sólido)
150.38 J/(mol•K)
Densidad ? g/cm³
Seguridad
Ingestión ?
Inhalación Corrosivo y tóxico
Contacto con la piel Corrosivo
Ojos Corrosivo
OSHA Exposición permitida
(PEL)
5 ppm
NIOSH Peligroso para la vida y salud
(IDLH)
20 ppm
Precauciones
Protección personal
Piel: prevenir contacto.
Ojos: prevenir contacto.
Lavar piel: si hubo contacto.
Reacciona con
Material combustible
Agua
Compuestos organoclorados
Disulfuro de carbono
Amoníaco
NFPA 704
0
3
0
OX

El tetraóxido de dinitrógeno[1]​ u óxido de nitrógeno(IV)[2]​ (N2O4) (siglas en inglés NTO) es un dímero del dióxido de nitrógeno (NO2). Por ello empleando la antiguamente llamada nomenclatura de Stock, hoy nomenclatura sistemática (IUPAC) de composición con números romanos, existe una dificultad en la denominación para diferenciar ambos compuestos ya que ambos parecen ser un óxido de nitrógeno(IV). Además ambos compuestos se encuentran normalmente en un equilibrio químico dependiente de la presión y la temperatura.

Es un poderoso oxidante, altamente tóxico y corrosivo. El N2O4 recibió mucha atención como comburente de cohetes debido a que reacciona de forma hipergólica con la hidracina, y derivados, y se puede almacenar con facilidad. En este ámbito se le suele conocer con la sigla inglesa NTO. También es un poderoso reactivo en síntesis química.

Estructura y propiedades

Es una molécula plana con un enlace N-N con una distancia de 1,78 Å y los enlaces N-O con distancias de 1,19 Å. El N2O4. A diferencia del NO2, el N2O4 es una molécula diamagnética. En estado puro a 25 °C es un gas incoloro, corrosivo y muy oxidante. Su temperatura crítica es 157'85 °C y su presión crítica 10MPa .

Las moléculas de NO2 se combinan para dar su dímero N2O4 y estas se decomponen en NO2. Este proceso esta en equilibrio:

 

Al aumentar la presión, aumenta la concentración de N2O4, mientras que disminuye la de NO2

 

El valor de la constante de disociación depende significativamente de la temperatura.[3]

T en °C 0 8,7 25 35 45 50 86,5 101,5 130,8
Kd en atm 0,0177 0,0374 0,174 0,302 0,628 0,863 7,499 16,18 59,43

A altas temperaturas el equilibrio se desplaza hacia la derecha, aumentando la concentración de NO2. Como este último es de color pardo la mezcla adquiere una tonalidad del rojiza virando a un pardo más intenso cuanto mayor sea la descompoción. A temperatura superiores a 80 °C la disociación aumenta rápidamente y a 140 °C esta casi completamente disociado. Se puede apreciar el efecto inverso al disminuir la temperatura.

El estado líquido consiste principalmente en el dímero N2O4. Es un líquido volátil con un olor acre de color marrón amarillento, debido a la mezcla de dióxido de nitrógeno. El punto de ebullición a presión atmosférica, +21,15 ° C, solidificación a -11 ° C. El sólido a temperaturas inferiores a -12 ° C es incoloro. Reacciona con el agua para formar una mezcla de ácidos nítrico y nitroso: 2NO2 + H 2 O = HNO 3 + HNO 2

Sus mezclas con sustancias orgánicas son explosivas.

Producción

Industrial

Una manera de sintetizarlo es mediante la oxidación catalitica del amoníaco: el vapor se emplea para reducir la temperatura de combustión. La mayoría del agua se condensa, y los gases se enfrían aún más.

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

El óxido nítrico producido se oxida a dióxido de nitrógeno, y el resto del agua se elimina con ácido nítrico.

2NO + O2 → 2NO2
2NO2 ⇌ N2O4

El gas resultante es tetraóxido de dinitrógeno prácticamente puro, que se condensa gracias a una refrigeración con salmuera.

Pero la forma habitual es obtener el tetraóxido de dinitrógeno como subproducto de una planta de ácido nítrico. Se oxida al aire el óxido nítrico NO producido a dióxido de nitrógeno. Al enfriarse forma su dímero, el tetraóxido de dinitrógeno.

Laboratorio

En el laboratorio se puede obtener de manera similar, o bien por reducción del ácido nítrico concentrado con cobre o calentando nitratos de metales pesados tales como nitrato de plomo o de nitrato de plata en una corriente de oxígeno.

Almacenamiento

El tetróxido de nitrógeno se almacena en tanques de acero inoxidable o de aluminio de hasta 100 m³. Los tanques están equipados Slivno lleno de tubos, válvulas de seguridad, manómetros y medidores . Como el intervalo donde permanece en estado líquido es muy estrecho (desde 262 K a 294,3 K ), los depósitos se colocan en las salas subterráneas donde la temperatura se mantiene entre 268 K y 288 K .

Las peculiaridades de tetróxido de nitrógeno de almacenamiento se puede atribuir la saturación de los componentes con nitrógeno o aire en el tanque y mantener la presión alta 0,15 MPa a 0,22 MPa . Esto se hace en primer lugar, para evitar entrar en el oxidante desde la atmósfera, humedad o contaminantes, y, en segundo lugar, para reducir el tiempo de saturación cuando se llena de gas misiles. Cohetes repostados también tienen un exceso de presión, lo que elimina la cavitación en la unidad turbo-bomba (TPU) para operar del sistema de propulsión .

Transporte

El tetróxido de nitrógeno se transporte en tanques especiales con aislamiento y un sistema de tuberías que, dependiendo de la temperatura ambiente recirculan agua caliente o una solución refrigerante.

El tetróxido de dinitrógeno se transporta en sobrepresión de 0,1 a 0,15 MPa . En cisternas ferroviarias y camiones equipados con válvulas de seguridad , manómetros y medidores . Los vagones cisterna con una capacidad de alrededor de 40 m³, los camiones de 30 a 60 m³.

Empleo

Combustible de cohetes

Es ampliamente utilizado en los cohetes como comburente de elevado punto de ebullición. En los motores cohete se emplea en conjunción con combustibles a base de derivados de hidracina ( metilhidrazina , dimetilhidracina asimétrica ).

El tetraóxido de dinitrógeno en combinación con el combustible alqilhidracina forma una pareja hipergólica con un tiempo de retardo de encendido de aproximadamente 0,003 s.

En la etapa inicial fue utilizado en una solución de ácido nítrico , debido a la alta temperatura de transición al estado sólido. De acuerdo con el grado de utilización sólo es superado por el oxígeno líquido.

El tetróxido de dinitrógeno en primer lugar se empezó a utilizar tanto en EE. UU. como en la URSS como oxidante almacenables sin refrigeración en el misiles balísticos intercontinentales de segunda generación, a finales de 1950, como el Titan II. Esto permitía mantenerlos en alerta siempre con el depósito lleno y listo para su disparo inmediato. La generación anterior, que usaba oxígeno líquido, debía almacenarlo en condiciones especiales.

Después se emplearía en los lanzadores espaciales derivados de estos misiles intercontinetales. Uno de los primeros usos de esta combinación fue en el cohetes Titan utilizado originalmente como misiles balísticos intercontinentales y luego como los vehículos de lanzamiento para muchas naves espaciales. Utilizado en el Gemini de EE. UU., la nave espacial Apolo y del transbordador espacial. Se sigue utilizando en la mayoría de los satélites geoestacionarios, y muchas sondas del espacio profundo. Ahora parece probable que la NASA continuará usando este oxidante en la próxima generación de "vehículos tripulados", que sustituirá a la lanzadera. También es el oxidante principal de cohete rusos Protón, Cosmos , Tsyklon (en versión AK-27I ), los europeos Ariane y los chinos Larga Marcha .

Cuando se utiliza como propelente, el tetróxido de dinitrógeno se suele llamar simplemente "tetróxido de nitrógeno" se utiliza ampliamente la abreviatura "NTO". Además, a menudo se emplea con la adición de un pequeño porcentaje de óxido nítrico , que inhibe la corrosión bajo tensión de las aleaciones de titanio, y de esta forma, el NTO con calidad de propulsor se conoce como "mezcla de óxidos de nitrógeno" o "MON " . La mayoría de naves espaciales utilizan ahora MON en lugar de NTO. Por ejemplo, el transbordador espacial de reacción del sistema de control utiliza MON3 (NTO con un 3% en peso de NO)

El 24 de julio de 1975, el NTO casi mató por envenenamiento a los tres astronautas de EE. UU. a bordo del proyecto de prueba Apollo-Soyuz durante su descenso final. Un miembro de la tripulación perdió el conocimiento durante el descenso. Al aterrizar, la tripulación fue hospitalizado 14 días por neumonía y edema inducidos químicamente.

Generación de energía

La propiedad del N2 O4 para disociarse de forma reversible en NO2 ha promovido una investigación para su uso en sistemas avanzados de generación de energía. El tetróxido de nitrógeno relativamente frío se comprime y a continuación se calienta, provocando que se disocian en dióxido de nitrógeno con la mitad del peso molecular. Este dióxido de nitrógeno caliente se expande a través de una turbina, enfriándose y disminuyendo la presión, y luego se enfría aún más en un disipador de calor, haciendo que se recombine en tetróxido de dinitrógeno con el peso molecular original. Es entonces mucho más fácil de comprimir para iniciar el ciclo otra vez. Tal disociación del gas el ciclo Brayton tienen potencial para aumentar considerablemente la eficiencia de los equipos de conversión de energía.

Síntesis química

Si los nitratos de metales se preparan a partir N2O4 en condiciones completamente anhidras, se pueden formar una serie de nitratos metálicos covalentes con muchos metales de transición. Esto se debe a que existe una preferencia termodinámica del ion nitrato para unirse covalentemente con metales en lugar de formar una estructura iónica. Estos compuestos se deben preparar en condiciones anhidras, ya que el ion nitrato forma un enlace mucho más débil que el agua, y si el agua está presente el nitrato hidratado sencillo formulario. Los nitratos anhidro son covalentes, y de muchos, por ejemplo, el nitrato de cobre anhidro, son volátiles a temperatura ambiente. El nitrato de titanio anhidro sublima en vacío a sólo 40 °C. Muchos de los nitratos metálicos anhidros de transición tiene colores llamativos. Esta rama de la química fue desarrollada por Clifford Addisson y Logan Noramn en la Universidad de Nottingham en el Reino Unido durante los años 1960 y 1970, cuando comenzaron a estar disponibles desecantes de alta eficiencia y cajas secas.

Referencias

  1. Según el (Libro Rojo de la IUPAC) Recomendaciones de la IUPAC para la nomenclatura de compuestos inorgánicos 2005, texto completo en inglés, en formato pdf, el nombre tetróxido de dinitrógeno es incorrecto.
  2. Según el (Libro Rojo de la IUPAC) Recomendaciones de la IUPAC para la nomenclatura de compuestos inorgánicos 2005, texto completo en inglés, en formato pdf, el nombre óxido de nitrógeno (IV) es incorrecto.
  3. J. Chao; R.C. Wilhoit; B.J. Zwolinski: Gas phase chemical equilibrium in dinitrogen trioxide and dinitrogen tetroxide in Thermochim. Acta 10 (1974) 359-371, doi 10.1016/0040-6031(74)87005-X.
  •   Datos: Q382984
  •   Multimedia: Dinitrogen tetroxide

tetróxido, dinitrógeno, para, otros, usos, este, término, véase, Óxido, nitrógeno, desambiguación, tetraóxido, dinitrógenotetraóxido, dinitrógenogeneralnombre, sistemático, tetraóxido, dinitrógenoÓxido, nitrógeno, fórmula, química, n2o4masa, molecular, uaparie. Para otros usos de este termino vease oxido de nitrogeno IV desambiguacion Tetraoxido de dinitrogenoTetraoxido de dinitrogenoGeneralNombre sistematico Tetraoxido de dinitrogenooxido de nitrogeno IV Formula quimica N2O4Masa molecular 92 011 uApariencia Gas incoloroNumero CAS 10544 72 6Enlace MSDS Air Liquide MSDS PDF Propiedades fisicasDensidad 1443 kg m Solubilidad Reacciona en aguaPropiedades en estado solidoEntropia molecular S0solido 150 38 J mol K Densidad g cm SeguridadIngestion Inhalacion Corrosivo y toxicoContacto con la piel CorrosivoOjos CorrosivoOSHA Exposicion permitida PEL 5 ppmNIOSH Peligroso para la vida y salud IDLH 20 ppmPrecaucionesProteccion personal Piel prevenir contacto Ojos prevenir contacto Lavar piel si hubo contacto Reacciona con Material combustible Agua Compuestos organoclorados Disulfuro de carbono AmoniacoNFPA 704 0 3 0 OXEl tetraoxido de dinitrogeno 1 u oxido de nitrogeno IV 2 N2O4 siglas en ingles NTO es un dimero del dioxido de nitrogeno NO2 Por ello empleando la antiguamente llamada nomenclatura de Stock hoy nomenclatura sistematica IUPAC de composicion con numeros romanos existe una dificultad en la denominacion para diferenciar ambos compuestos ya que ambos parecen ser un oxido de nitrogeno IV Ademas ambos compuestos se encuentran normalmente en un equilibrio quimico dependiente de la presion y la temperatura Es un poderoso oxidante altamente toxico y corrosivo El N2O4 recibio mucha atencion como comburente de cohetes debido a que reacciona de forma hipergolica con la hidracina y derivados y se puede almacenar con facilidad En este ambito se le suele conocer con la sigla inglesa NTO Tambien es un poderoso reactivo en sintesis quimica Indice 1 Estructura y propiedades 2 Produccion 2 1 Industrial 2 2 Laboratorio 3 Almacenamiento 4 Transporte 5 Empleo 5 1 Combustible de cohetes 5 2 Generacion de energia 5 3 Sintesis quimica 6 ReferenciasEstructura y propiedades EditarEs una molecula plana con un enlace N N con una distancia de 1 78 A y los enlaces N O con distancias de 1 19 A El N2O4 A diferencia del NO2 el N2O4 es una molecula diamagnetica En estado puro a 25 C es un gas incoloro corrosivo y muy oxidante Su temperatura critica es 157 85 C y su presion critica 10MPa Las moleculas de NO2 se combinan para dar su dimero N2O4 y estas se decomponen en NO2 Este proceso esta en equilibrio N 2 O 4 2 NO 2 D H 57 kJ mol displaystyle ce N 2 O 4 rightleftharpoons 2NO 2 quad Delta it H 57 rm kJ mol Al aumentar la presion aumenta la concentracion de N2O4 mientras que disminuye la de NO2 K d p N O 2 2 p N 2 O 4 displaystyle K d p mathrm NO 2 2 over p mathrm N 2 O 4 El valor de la constante de disociacion depende significativamente de la temperatura 3 T en C 0 8 7 25 35 45 50 86 5 101 5 130 8Kd en atm 0 0177 0 0374 0 174 0 302 0 628 0 863 7 499 16 18 59 43A altas temperaturas el equilibrio se desplaza hacia la derecha aumentando la concentracion de NO2 Como este ultimo es de color pardo la mezcla adquiere una tonalidad del rojiza virando a un pardo mas intenso cuanto mayor sea la descompocion A temperatura superiores a 80 C la disociacion aumenta rapidamente y a 140 C esta casi completamente disociado Se puede apreciar el efecto inverso al disminuir la temperatura El estado liquido consiste principalmente en el dimero N2O4 Es un liquido volatil con un olor acre de color marron amarillento debido a la mezcla de dioxido de nitrogeno El punto de ebullicion a presion atmosferica 21 15 C solidificacion a 11 C El solido a temperaturas inferiores a 12 C es incoloro Reacciona con el agua para formar una mezcla de acidos nitrico y nitroso 2NO2 H2 O HNO3 HNO2Sus mezclas con sustancias organicas son explosivas Produccion EditarIndustrial Editar Una manera de sintetizarlo es mediante la oxidacion catalitica del amoniaco el vapor se emplea para reducir la temperatura de combustion La mayoria del agua se condensa y los gases se enfrian aun mas 4NH3 5O2 4NO 6H2OEl oxido nitrico producido se oxida a dioxido de nitrogeno y el resto del agua se elimina con acido nitrico 2NO O2 2NO2 2NO2 N2O4El gas resultante es tetraoxido de dinitrogeno practicamente puro que se condensa gracias a una refrigeracion con salmuera Pero la forma habitual es obtener el tetraoxido de dinitrogeno como subproducto de una planta de acido nitrico Se oxida al aire el oxido nitrico NO producido a dioxido de nitrogeno Al enfriarse forma su dimero el tetraoxido de dinitrogeno Laboratorio Editar En el laboratorio se puede obtener de manera similar o bien por reduccion del acido nitrico concentrado con cobre o calentando nitratos de metales pesados tales como nitrato de plomo o de nitrato de plata en una corriente de oxigeno Almacenamiento EditarEl tetroxido de nitrogeno se almacena en tanques de acero inoxidable o de aluminio de hasta 100 m Los tanques estan equipados Slivno lleno de tubos valvulas de seguridad manometros y medidores Como el intervalo donde permanece en estado liquido es muy estrecho desde 262 K a 294 3 K los depositos se colocan en las salas subterraneas donde la temperatura se mantiene entre 268 K y 288 K Las peculiaridades de tetroxido de nitrogeno de almacenamiento se puede atribuir la saturacion de los componentes con nitrogeno o aire en el tanque y mantener la presion alta 0 15 MPa a 0 22 MPa Esto se hace en primer lugar para evitar entrar en el oxidante desde la atmosfera humedad o contaminantes y en segundo lugar para reducir el tiempo de saturacion cuando se llena de gas misiles Cohetes repostados tambien tienen un exceso de presion lo que elimina la cavitacion en la unidad turbo bomba TPU para operar del sistema de propulsion Transporte EditarEl tetroxido de nitrogeno se transporte en tanques especiales con aislamiento y un sistema de tuberias que dependiendo de la temperatura ambiente recirculan agua caliente o una solucion refrigerante El tetroxido de dinitrogeno se transporta en sobrepresion de 0 1 a 0 15 MPa En cisternas ferroviarias y camiones equipados con valvulas de seguridad manometros y medidores Los vagones cisterna con una capacidad de alrededor de 40 m los camiones de 30 a 60 m Empleo EditarCombustible de cohetes Editar Es ampliamente utilizado en los cohetes como comburente de elevado punto de ebullicion En los motores cohete se emplea en conjuncion con combustibles a base de derivados de hidracina metilhidrazina dimetilhidracina asimetrica El tetraoxido de dinitrogeno en combinacion con el combustible alqilhidracina forma una pareja hipergolica con un tiempo de retardo de encendido de aproximadamente 0 003 s En la etapa inicial fue utilizado en una solucion de acido nitrico debido a la alta temperatura de transicion al estado solido De acuerdo con el grado de utilizacion solo es superado por el oxigeno liquido El tetroxido de dinitrogeno en primer lugar se empezo a utilizar tanto en EE UU como en la URSS como oxidante almacenables sin refrigeracion en el misiles balisticos intercontinentales de segunda generacion a finales de 1950 como el Titan II Esto permitia mantenerlos en alerta siempre con el deposito lleno y listo para su disparo inmediato La generacion anterior que usaba oxigeno liquido debia almacenarlo en condiciones especiales Despues se emplearia en los lanzadores espaciales derivados de estos misiles intercontinetales Uno de los primeros usos de esta combinacion fue en el cohetes Titan utilizado originalmente como misiles balisticos intercontinentales y luego como los vehiculos de lanzamiento para muchas naves espaciales Utilizado en el Gemini de EE UU la nave espacial Apolo y del transbordador espacial Se sigue utilizando en la mayoria de los satelites geoestacionarios y muchas sondas del espacio profundo Ahora parece probable que la NASA continuara usando este oxidante en la proxima generacion de vehiculos tripulados que sustituira a la lanzadera Tambien es el oxidante principal de cohete rusos Proton Cosmos Tsyklon en version AK 27I los europeos Ariane y los chinos Larga Marcha Cuando se utiliza como propelente el tetroxido de dinitrogeno se suele llamar simplemente tetroxido de nitrogeno se utiliza ampliamente la abreviatura NTO Ademas a menudo se emplea con la adicion de un pequeno porcentaje de oxido nitrico que inhibe la corrosion bajo tension de las aleaciones de titanio y de esta forma el NTO con calidad de propulsor se conoce como mezcla de oxidos de nitrogeno o MON La mayoria de naves espaciales utilizan ahora MON en lugar de NTO Por ejemplo el transbordador espacial de reaccion del sistema de control utiliza MON3 NTO con un 3 en peso de NO El 24 de julio de 1975 el NTO casi mato por envenenamiento a los tres astronautas de EE UU a bordo del proyecto de prueba Apollo Soyuz durante su descenso final Un miembro de la tripulacion perdio el conocimiento durante el descenso Al aterrizar la tripulacion fue hospitalizado 14 dias por neumonia y edema inducidos quimicamente Generacion de energia Editar La propiedad del N2 O4 para disociarse de forma reversible en NO2 ha promovido una investigacion para su uso en sistemas avanzados de generacion de energia El tetroxido de nitrogeno relativamente frio se comprime y a continuacion se calienta provocando que se disocian en dioxido de nitrogeno con la mitad del peso molecular Este dioxido de nitrogeno caliente se expande a traves de una turbina enfriandose y disminuyendo la presion y luego se enfria aun mas en un disipador de calor haciendo que se recombine en tetroxido de dinitrogeno con el peso molecular original Es entonces mucho mas facil de comprimir para iniciar el ciclo otra vez Tal disociacion del gas el ciclo Brayton tienen potencial para aumentar considerablemente la eficiencia de los equipos de conversion de energia Sintesis quimica Editar Si los nitratos de metales se preparan a partir N2O4 en condiciones completamente anhidras se pueden formar una serie de nitratos metalicos covalentes con muchos metales de transicion Esto se debe a que existe una preferencia termodinamica del ion nitrato para unirse covalentemente con metales en lugar de formar una estructura ionica Estos compuestos se deben preparar en condiciones anhidras ya que el ion nitrato forma un enlace mucho mas debil que el agua y si el agua esta presente el nitrato hidratado sencillo formulario Los nitratos anhidro son covalentes y de muchos por ejemplo el nitrato de cobre anhidro son volatiles a temperatura ambiente El nitrato de titanio anhidro sublima en vacio a solo 40 C Muchos de los nitratos metalicos anhidros de transicion tiene colores llamativos Esta rama de la quimica fue desarrollada por Clifford Addisson y Logan Noramn en la Universidad de Nottingham en el Reino Unido durante los anos 1960 y 1970 cuando comenzaron a estar disponibles desecantes de alta eficiencia y cajas secas Referencias Editar Segun el Libro Rojo de la IUPAC Recomendaciones de la IUPAC para la nomenclatura de compuestos inorganicos 2005 texto completo en ingles en formato pdf el nombre tetroxido de dinitrogeno es incorrecto Segun el Libro Rojo de la IUPAC Recomendaciones de la IUPAC para la nomenclatura de compuestos inorganicos 2005 texto completo en ingles en formato pdf el nombre oxido de nitrogeno IV es incorrecto J Chao R C Wilhoit B J Zwolinski Gas phase chemical equilibrium in dinitrogen trioxide and dinitrogen tetroxide in Thermochim Acta 10 1974 359 371 doi 10 1016 0040 6031 74 87005 X Datos Q382984 Multimedia Dinitrogen tetroxideObtenido de https es wikipedia org w index php title Tetroxido de dinitrogeno amp oldid 134959460, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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