Distickstofftetroxid

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) 
03 – Brandfördernd 04 – Gasflasche 05 – Ätzend 06 – Giftig oder sehr giftig
Gefahr
H- und P-Sätze H:
  • Kann Brand verursachen oder verstärken; Oxidationsmittel.
  • Lebensgefahr bei Einatmen.
  • Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden.
P:
  • Von Kleidung /…/ brennbaren Materialien fernhalten/entfernt aufbewahren. (Die vom Gesetzgeber offen gelassene Einfügung ist vom Inverkehrbringer zu ergänzen)
  • Staub / Rauch / Gas / Nebel / Dampf / Aerosol nicht einatmen.
  • Schutzhandschuhe / Schutzkleidung / Augenschutz / Gesichtsschutz tragen.
  • Atemschutz tragen.
  • Bei Kontakt mit den Augen: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen.
  • Sofort Giftinformationszentrum, Arzt oder … anrufen.
EU-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) 
Brandfördernd Sehr giftig
Brand-
fördernd
Sehr giftig
(O) (T+)
R- und S-Sätze R:
  • Feuergefahr bei Berührung mit brennbaren Stoffen.
  • Sehr giftig beim Einatmen.
  • Verursacht Verätzungen.
S:
  • Unter Verschluss und für Kinder unzugänglich aufbewahren. (Text nur erforderlich bei Abgabe an nichtgewerbliche Endverbraucher)
  • Behälter an einem gut gelüfteten Ort aufbewahren.
  • Bei Berührung mit den Augen gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren.
  • Bei Berührung mit der Haut sofort abwaschen mit viel ... (vom Hersteller anzugeben)
  • Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung, Schutzhandschuhe und Schutzbrille/Gesichtsschutz tragen.
  • Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt hinzuziehen (wenn möglich, Etikett vorzeigen).

Distickstofftetroxid, N2O4, ist bei 25 °C ein farbloses Gas. Es ist das Dimer des Stickstoffdioxids, NO2, und steht mit diesem in einem druck- und temperaturabhängigen Gleichgewicht.

Distickstofftetroxid wird unter seinem Trivialnamen Stickstofftetroxid, beziehungsweise meist unter der Abkürzung NTO (von englisch> nitrogen tetroxide), in der Raumfahrt und Raketentechnik als ohne Kühlung lagerfähiges und hypergol mit Hydrazin und seinen Derivaten reagierendes Oxidationsmittel (Oxidator) verwendet.

Strukturformel
Struktur von Distickstofftetroxid
Allgemeines
Name Distickstofftetroxid
Andere Namen
  • Stickstofftetraoxid
  • Stickstofftetroxid
  • NTO
Summenformel N2O4
CAS-Nummer 10544-72-6
Kurzbeschreibung farbloses Gas
Eigenschaften
Molare Masse 92,01 g/mol
Aggregatzustand gasförmig (25 °C)
Dichte 1,45 g/cm3
Schmelzpunkt −11,25 °C
Siedepunkt 21,10 °C
Dampfdruck 0,1 MPa (20 °C)
Löslichkeit löslich in Wasser
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0 11,1 kJ/mol

Eigenschaften

Distickstofftetroxid ist bei einer Temperatur oberhalb von 21 °C ein ätzendes und stark oxidierend wirkendes Gas. Das farblose, diamagnetische Distickstofftetroxid steht im Gleichgewicht mit dem rotbraunen, paramagnetischen Stickstoffdioxid. In der Gasphase zerfällt ein Molekül N2O4 in zwei Moleküle NO2.

\mathrm{N_2O_4 \ \rightleftharpoons \ 2NO_2 \quad \Delta H=+57~{\rm kJ/mol}}.

Je nach Druck und Temperatur liegen unterschiedliche Anteile an beiden Gasen vor. Da Stickstoffdioxid ein rotbraunes Gas ist, ist Distickstofftetroxid meist braun gefärbt. Mit zunehmender Temperatur verschiebt sich das obige Gleichgewicht nach rechts und die braune Färbung vertieft sich. Bei 800 °C ist der Zerfall nahezu vollständig. Die Dissoziationskonstante kann hier über die konzentrationsproportionalen Partialdrücke wiedergegeben werden:

K_d = {p^2_\mathrm{(NO_2)} \over p_\mathrm{(N_2O_4)}}

Der Wert der Dissoziationskonstante hängt signifikant von der Temperatur ab.

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

Beim Abkühlen kondensiert Distickstofftetroxid und die Flüssigkeit klart auf. In der Nähe des Siedepunktes zeigt die Substanz wegen noch gelöstem Stickstoffdioxid eine braune Färbung. N2O4 bildet farblose Kristalle. Auch die Variation des Druckes beeinflusst das Gleichgewicht. Eine Erhöhung des Druckes verschiebt es auf die linke, eine Absenkung auf die rechte Seite (Prinzip vom kleinsten Zwang). Der kritische Punkt von N2O4 liegt bei 157,85 °C und 10 MPa.

N2O4 als auch NO2 bilden das gemischte Anhydrid der Salpetersäure und der Salpetrigen Säure. Mit Alkalihydroxidlösungen entstehen Nitrate und Nitrite, z.B:

 \mathrm{2\,NO_2 + 2\,NaOH \ \rightarrow \ NaNO_2 + NaNO_3 + H_2O }.

Herstellung

Distickstofftetroxid ist das Dimer des Stickstoffdioxids, das als Zwischenprodukt bei der großtechnischen Salpetersäuresynthese durch Luftoxidation von Stickstoffmonoxid NO entsteht. Durch Abkühlen dimerisiert Stickstoffdioxid zu Distickstofftetroxid und kann so als Nebenprodukt in einer Salpetersäurefabrik produziert werden. Im Labor kann es analog gewonnen werden oder alternativ durch Reduktion von konzentrierter Salpetersäure mit Kupfer oder durch Erhitzen von Schwermetallnitraten wie Bleinitrat oder Silbernitrat im Sauerstoffstrom.

Verwendung

Distickstofftetroxid wird unter dem Trivialnamen Stickstofftetroxid seit den 1950er Jahren in vielen Raketen als ohne Kühlung lagerfähiges Oxidationsmittel (Oxidator) verwendet. Zusammen mit Hydrazinderivaten als Reduktionsmittel bildet es die einzigen bei Träger- und Interkontinentalraketen verwendeten hypergolischen Treibstoffmischungen. So wurde es z.B. zusammen mit Hydrazin und UDMH als Treibstoffgemisch (Aerozin 50) der Mondlandefähren und dem Apollo-Raumschiff im amerikanischen Apollo-Programm für Haupt- und Steuertriebwerke verwendet.

Zuerst wurde Distickstofftetroxid als lagerfähiger Oxidator bei den Interkontinentalraketen der zweiten Generation wie der Titan II verwendet, die dadurch immer vollgetankt und einsatzbereit auf ihren sofortigen Start warten konnten. Danach kam Distickstofftetroxid bei den aus diesen Interkontinentalraketen abgeleiteten Trägerraketen und zahlreichen neu entwickelten Trägerraketen bis heute zum Einsatz. Außerdem ist Distickstofftetroxid neben MON der Standardoxidator von Satelliten und Raumsonden.

Sicherheitshinweise

Die Auswirkungen von Distickstofftetroxid auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt werden unter REACH im Jahr 2016 im Rahmen der Stoffbewertung von Lettland geprüft.

Siehe auch

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Basierend auf einem Artikel in Wikipedia.de
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 24.07. 2021