Idrazina

L’idrazina è un composto inorganico avente formula N2H4 dal tipico odore di ammoniaca; è un liquido incolore, pericoloso e tossico ed ha proprietà basiche sebbene sia molto più debole dell’ammoniaca. L’idrazina è infatti una base diacida e si comporta come energico riducente nei confronti di molti ioni metallici e molti ossidanti.

I prodotti dell’ossidazione dell’idrazina sono azoto e acqua anche se in certe condizioni si possono ottenere acido nitrico e ammoniaca. L’idrazina in presenza di aria infatti dà luogo alla reazione:

N2H4 + O2 → N2 + 2 H2O

La combustione dell’idrazina anidra con l’ossigeno sviluppa una grande quantità di energia, utilizzata nei motori a razzo quale propellente, il che ha portato allo sviluppo e al perfezionamento dei processi per la sua fabbricazione su scala industriale. L’idrazina come propellente era già stata usata dai nazisti per il loro primo aereo a razzo, nel 1945.

Nell’idrazina è presente un legame covalente tra i due atomi di azoto in cui ogni subunità H2-N-N ha una struttura piramidale.  Vi è quindi una barriera rotazionale tra i due atomi di azoto e la molecola assume una conformazione gauche:

idrazina

 

Per le sue proprietà riducenti l’idrazina può essere determinata qualitativamente aggiungendo una soluzione ammoniacale di nitrato di argento: la presenza di idrazina viene rivelata dalla formazione di un precipitato nero o uno specchio di argento metallico.

Poiché per le sue proprietà riducenti l’idrazina decolora le soluzioni di iodio essa può essere determinata quantitativamente tramite titolazione con una soluzione di iodio. Il pH deve essere mantenuto a un valore compreso tra 7 e 7.4 per impedire l’ossidazione dell’idrazina per mezzo dell’aria introducendo nella beuta azoto gassoso.

L’idrazina è solubile in acqua con cui forma una miscela azeotropica, alcol, ammoniaca e ammine ed è poco solubile o insolubile in idrocarburi e alogenuri alchilici.

Per le sue proprietà riducenti l’idrazina viene usata come antiossidante ed inoltre nell’ambito dello sviluppo fotografico in quanto è in grado di ridurre gli ioni metallici a metalli

L’idrazina è instabile e può decomporsi in modo esplosivo pertanto per abbassare la temperatura di esplosione vengono utilizzati metalli cataliticamente attivi come platino, rame, nichel e ferro o ossidi metallici come ossido di rame, ossido di cobalto, ossido di cromo e ossido di ferro.

L’idrazina fu sintetizzata per la prima volta dal chimico tedesco Theodor Curtius nel 1889 ma attualmente sono adottati diversi metodi industriali tra cui il processo Rasching che fu messo a punto nel 1907 dal chimico tedesco Friedrich Rasching.

In questo processo l’ipoclorito di sodio, ottenuto dalla reazione tra idrossido di sodio e cloro, viene fatto reagire a 5°C con l’ammoniaca:

2 NaOH + Cl2 → NaClO + NaCl + H2O

Dalla reazione si forma clorammina e idrossido di sodio:

NaClO + NH3 → NH2Cl + NaOH

La miscela ottenuta viene fatta reagire sotto pressione e alla temperatura di 130°C con formazione dell’idrazina:

NH2Cl + NaOH + NH3 → N2H4 + 2 NaCl + H2O

Il processo è accompagnato da reazioni indesiderate che ne abbassano la resa:

2 NH3 + 3 NH2Cl → 3 NH4Cl + N2

2 NH2Cl + N2H4 → 2  NH4Cl + N2

Le rese in idrazina vengono aumentate con l’aggiunta di gelatina, amico e caseina o con l’aggiunta di idrossido di magnesio.

Un altro metodo di sintesi dell’idrazina prevede l’ossidazione dell’urea con ipoclorito di sodio in presenza di idrossido di sodio secondo la reazione:

H2NCONH2 + NaClO + 2 NaOH → N2H4 + NaCl + Na2CO3 + H2O

Un altro metodo di sintesi, noto come processo Bayer Ketazine consiste nell’ossidazione dell’ammoniaca da parte dell’ipoclorito di sodio in presenza di acetone secondo le reazioni:

NaClO + 2 NH3 + 2 CH3COCH3 → (CH3)2C=N-N=C=(CH3)2 + NaCl + 3 H2O

(CH3)2C=N-N=C=(CH3)2 + 2 H2O → 2 CH3COCH3 + N2H4

L’idrazina è utilizzata come agente espandente di materie plastiche e come intermedio per la fabbricazione di sodio azide NaN3, sostanza contenuta negli air-bag delle automobili che, in caso di urti, si decompone rapidamente generando una grande massa di gas che fanno rigonfiare il sacco dell’airbag impedendo al viaggiatore di urtare contro il volante o il parabrezza.

L’idrazina è usata come inibitore della corrosione e trova impiego nell’estrazione del plutonio dal combustibile nucleare irraggiato.

L’idrazina e i suoi derivati trovano impiego nel campo di fabbricazione della gomma, di insetticidi, fungicidi, fibre sintetiche, esplosivi e intermedi per coloranti oltre che in alcune reazioni organiche quali la reazione di Curtius, la riduzione di Wolff-Kishner, l’idrolisi di immidi sostituite, nelle reazioni di dealogenazione, nella sintesi di derivati azotati eterociclici e nella reazione di McFadyen-Stebens

Author: Chimicamo

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