Dityppitetroksidi (N2O4) – määritelmä, ominaisuudet ja rakenne

Dityppitetroksidi (N2O4): määritelmä, rakenne ja ominaisuudet — kemiallinen käyttäytyminen, hapetusaste +4, turvallisuus ja käyttökohteet selkeästi ja ytimekkäästi.

Dityppitetraoksidi (kemiallinen kaava N₂O₄), joka tunnetaan myös nimillä dityppitetroksidi tai englanniksi dinitrogen tetroxide, on kemiallinen yhdiste. Sen moolimassa on noin 92,01 g·mol⁻¹. Se sisältää typpeä hapetusasteessa +4 keskimäärin, mutta yhdiste ei muodosta erillisiä typpi‑ tai oksidi‑ioneja vaan on pääosin kovalenttinen molekyyli.

Ominaisuudet

• Fysikaalinen muoto: huoneenlämmössä N₂O₄ esiintyy kaasuna, joka on väritön; korkeammissa lämpötiloissa se hengittää tasapainossa NO₂-radikaalien kanssa ja kaasuseos muuttuu ruskehtavaksi (NO₂ on ruskea).
• Tasapainoreaktio: N₂O₄ ⇌ 2 NO₂, tasapaino riippuu lämpötilasta ja paineesta — kylmä olomuoto suosii dimeriä (N₂O₄), lämmin olomuoto radikaalia (NO₂).
• Fyysiset arvot (suuntaa-antavia): sulamispiste noin −11 °C, kiehumispiste noin +21 °C, nestetiheyden luokkaa 1,4–1,5 g·cm⁻³.
• Elektroninen ominaisuus: NO₂-radikaali on paramagnetinen, mutta dimeroitunut N₂O₄ on yleensä diamagnetinen.

Rakenne ja kemiallinen luonne

N₂O₄ muodostuu kahdesta NO₂-yksiköstä, jotka ovat liittyneet toisiinsa N–N-sidoksella. Molekyyli on pääosin kovalenttinen ja siinä on resonanssirakenteita N–O‑sidosvertausmalleissa. Typpien keskimääräinen oksidaatiotila on +4, mutta sidokset ovat kovalentteja — toisin sanoen yhdiste ei koostu vapaista ioneista.

Kemialliset reaktiot

• Hydrolyysi: N₂O₄ reagoi veden kanssa muodostaen typpihappoa (HNO₃) ja typpihapponaista ainetta (HNO₂), mikä tekee siitä vesiliukoisen ja syövyttävän vesiliuoksissa.
• Hapettuminen ja nitrointi: voimakas hapetin ja nitrointiaine; käytetään orgaanisessa kemiassa nitrointireaktioissa.
• Reagoi herkästi orgaanisten yhdisteiden kanssa ja voi sytyttää tai rikkoa alustoja hapettavuutensa vuoksi.

Käyttö

• Raketinpolttoaineissa N₂O₄ on yleinen oksidantti hypergolisissa järjestelmissä (esimerkiksi yhdistettynä hydrazinijohdannaisiin), koska se syövyttää ja reagoi itsestään syttyvien polttoaineiden kanssa.
• Teollisuudessa ja laboratoriossa sitä käytetään nitrointiaineena ja lähtöaineena eräissä synteesiprosesseissa.

Turvallisuus ja käsittely

N₂O₄ on myrkyllinen, ärsyttävä ja voimakas hapetin. NO₂-pitoisuuden noustessa hengitysilma voi aiheuttaa vakavia hengitysteiden ärsytysoireita ja keuhkoödeemaa. Nestemäinen tai tiheä kaasu voi aiheuttaa paleltumia tai syövyttäviä vammoja iholle ja limakalvoille. Varastointi ja käsittely edellyttävät suljettuja järjestelmiä, jäähdytystä tarvittaessa, hyvin toimivaa tuuletusta ja henkilökohtaisia suojaimia (hengityssuojaimet, kemikaalinkestävä suojavaatetus). N₂O₄ on myös ympäristölle vaarallinen, koska se voi muodostaa typpihappoa vesistöissä.

Yhteenvetona: N₂O₄ on tärkeä, voimakas hapettava molekyyli, jolla on laajoja teollisia käyttökohteita, mutta se vaatii huolellista ja turvallista käsittelyä vakavien terveys- ja paloriskien vuoksi.

Hae kirjaimella