1,1-Диметилгидразин

Не следует путать с НГМД — накопителем на гибких магнитных дисках.

Не следует путать с углеводородным остатком — алкильным радикалом гептана.

Несимметри́чный диметилгидрази́н (НДМГ, 1,1-диметилгидрази́н, кодовое название «гепти́л»^[a]) — химическое вещество, производное гидразина, компонент высококипящего (имеющего температуру кипения выше 0 °C) ракетного топлива. В качестве окислителя в паре с НДМГ часто применяется тетраоксид диазота (АТ), чистый или в смеси с азотной кислотой, известны случаи применения чистой кислоты и жидкого кислорода^[5]. Для улучшения свойств может использоваться в смеси с гидразином, известной как аэрозин^[6]. Окисляется на воздухе, а также при попадании в воду и почву, с образованием большого количества различных веществ, в том числе токсичных^[7][8][9].

1,1-​Диметилгидразин
Общие
Систематическое наименование	1,1-​диметилгидразин
Традиционные названия	Несимметричный диметилгидразин (НДМГ), «гептил»
Хим. формула	C2H8N2
Рац. формула	(CH3)2NNH2
Физические свойства
Состояние	жидкое
Молярная масса	60,1 г/моль
Плотность	0,79 г/см³[1]
Энергия ионизации	8,05 эВ[1] и 7,28 эВ[2]
Термические свойства
Температура
• плавления	216 К, −57 °C
• кипения	336 К, +63 °C
• вспышки	258 К, −15 °C
Пределы взрываемости	2 об.%[1]
Давление пара	13 732,2 Па[1]
Классификация
Рег. номер CAS	57-14-7
PubChem	5976
Рег. номер EINECS	200-316-0
SMILES	NN(C)C
InChI	InChI=1S/C2H8N2/c1-4(2)3/h3H2,1-2H3 RHUYHJGZWVXEHW-UHFFFAOYSA-N
RTECS	MV2450000
ChEBI	18853
Номер ООН	1163
ChemSpider	5756
Безопасность
ЛД50	122 мг/кг (крысы, орально)[3] 100 мг/м3 4 часа (морские свинки, при экспозиции)[4]
Токсичность	высокотоксичен
NFPA 704	3 4 1
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Основные сведения

НДМГ — бесцветная или слегка желтоватая прозрачная жидкость с резким неприятным запахом, характерным для аминов (запах испорченной рыбы, схож с запахом аммиака, очень похож на запах шпрот)^[10], летучее вещество, температура кипения +63,1 °C^[11].

Температура кристаллизации −57,78 °C, плотность 790 кг/м³^[12]. Хорошо смешивается с водой, этанолом, большинством нефтепродуктов и многими органическими растворителями. Гигроскопичен, поглощает влагу из воздуха, что приводит к снижению удельной тяги двигателей (100 м/с на каждые 0,5 % воды в составе смеси).^{[источник не указан 1931 день]}

Самовоспламеняется при контакте с окислителями на основе азотной кислоты и тетраоксида диазота, что упрощает конструкцию и обеспечивает лёгкий запуск и возможность многократного включения ракетных двигателей.^[5]

Взаимодействие НДМГ и его водных растворов с азотной кислотой протекает бурно. Воспламенение происходит до 50%-й концентрации водного раствора. Растворы меньшей концентрации реагируют с образованием соли азотной кислоты. НДМГ термически стабилен до +350 °C. В интервале +350…+1000 °C продуктами разложения являются аммиак, амины, синильная кислота, водород, азот, метан, этан, смолистые и другие вещества.^{[источник не указан 1931 день]}

Используется в качестве горючего ракет с окислителем тетраоксидом диазота (АТ)^[13]:

${\displaystyle {\ce {H2NN(CH3)2 + 2 N2O4 -> 2 CO2 + 3 N2 + 4 H2O}}}$

К преимуществам пары НДМГ+АТ относятся:

• топливная пара находится в жидком состоянии при нормальных условиях и не относится к криогенным компонентам (таким как жидкие кислород, метан, водород);
• превосходит пару кислород + керосин и пару кислород + водород по плотности (1170 кг/м³ против 1070 кг/м³ и 285 кг/м³ соответственно), следовательно, требуются меньшие баки и конструкция оказывается компактнее;
• самовоспламеняемость при контакте топливных компонентов, что упрощает конструкцию двигателей и повышает их надёжность;
• ракета может быть заправлена топливом на долгий срок, что критично для ракет на боевом дежурстве или космических аппаратов в продолжительных миссиях.

К недостаткам НДМГ относятся:

• токсичность,
• канцерогенность,
• вероятность взрыва в присутствии окислителя,
• меньший удельный импульс, чем у кислородно-керосиновой пары,
• НДМГ заметно дороже керосина, что существенно для больших ракет^[5].

Прочие свойства:

• бо́льшая взрывоопасность по сравнению с кислородно-керосиновой парой, но меньшая по сравнению с парой водород + кислород.

Применение

НДМГ применялся и применяется в жидкостных ракетных двигателях

• американских ракет-носителей (РН) «Дельта», «Тор-Аджена», «Титан» и космического корабля «Аполлон»;
• советских, российских и украинских РН «Протон», «Космос», «Циклон», «Рокот», «Днепр» и МБР «Р-16» (SS-7), «Р-36» (SS-9), «УР-100» (SS-11), «МР УР-100» (SS-17), «Р-36М» (SS-18), «УР-100Н» (SS-19)^[14];
• китайских РН семейства «Чанчжэн»;
• французских РН семейства «Ариан»^[b], «Вега»;
• индийских РН GSLV, PSLV;
• пилотируемых («Союз», «ТКС», «Орёл») и грузовых («Прогресс») космических кораблей;
• спутников, орбитальных («Мир», МКС) и межпланетных станций («Фобос-1», «Фобос-2», «Фобос-Грунт»), разгонных блоков (Бриз-К, Биз-М, Фрегат) и пр.

История создания

В 1949 году Государственным институтом прикладной химии было получено авторское свидетельство на несимметричный диметилгидразин как эффективное пусковое ракетное топливо, обладающее рядом уникальных свойств по сравнению с горючим ТГ-02, в пять раз меньшим периодом задержки самовоспламенения, меньшей зависимостью от температуры и повышенной энергетической эффективностью (удельный импульс с АК на 10 единиц выше, чем у ТГ-02)^[15].

Пожароопасные свойства

Легковоспламеняющаяся жидкость. Температура вспышки −15 °C; температура самовоспламенения 249 °C; концентрационные пределы распространения пламени 2—95 % об.^{[источник не указан 1931 день]}

Средства тушения: распылённая вода, воздушно-механическая пена, порошки^[16].

Токсичность

НДМГ — высокотоксичное и летучее вещество^[13][17][18]. Например, его канцерогенные свойства используются в исследованиях для получения у крыс колоректальной карциномы^[19]. Гептил обладает сильным токсическим и мутагенным действием. Действие на организм человека: раздражение слизистых оболочек глаз, дыхательных путей и лёгких; сильное возбуждение центральной нервной системы; расстройство желудочно-кишечного тракта (тошнота, рвота), в больших концентрациях может наступить потеря сознания и смерть.^{[источник не указан 1931 день]}

В споре Сергея Королёва с Валентином Глушко о принципах выбора топлива для ракет (что важнее — энергоэффективность или экологичность) Королёв называл гептил «чёртовой отравой»^[20][21].

Получение в промышленности

НДМГ получают из диметиламина, являющегося крупнотоннажным продуктом органического синтеза, в две стадии через N-нитрозодиметиламин:

${\displaystyle {\ce {HN(CH3)2 + HNO2 -> ONN(CH3)2 + H2O}}}$

${\displaystyle {\ce {ONN(CH3)2 + 2 H2 -> H2NN(CH3)2 + H2O}}}$

N-нитрозодиметиламин ONN(CH₃)₂ тоже является высокотоксичным и канцерогенным веществом^[13].

Хранение

Гидразинные горючие отличаются низкой химической стабильностью в контакте с атмосферой, однако практически не вызывают коррозии конструкционных материалов в паровой и жидкой фазах. Для хранения НДМГ используют резервуары из низкоуглеродистых сталей, установленные наземно или заглублённо. Так же, как и тетраоксид диазота, НДМГ хранят под давлением азота в насыщенном состоянии.

На воздухе НДМГ взаимодействует с кислородом, при этом образуются 1,1,4,4-тетраметилтетразен, аммиак, диазометан, полиметилены, смолистые вещества основного характера. Наиболее опасные продукты таких реакций — канцерогены и мутагены (СН₃)₂NNО и СН₂N₂^[13].

Транспортирование

Транспортирование НДМГ осуществляют в основном железнодорожным, водным и автотранспортом^[22]. Авиационные перевозки НДМГ запрещены.^{[источник не указан 1931 день]}

Гидразинные горючие транспортируют в железнодорожных и автомобильных цистернах вместимостью 40—60 м³, изготовленных из малоуглеродистых сталей. Для исключения контакта горючего с атмосферой в железнодорожных и автомобильных цистернах поддерживается избыточное давление азота 100—150 кПа.^{[источник не указан 1931 день]}

Переработка и нейтрализация

Нейтрализация проливов возможна посредством абсорбции шунгитом^[23].

НДМГ можно нейтрализовать путём каталитического гидрирования с образованием (CН₃)₂NН и NН₃. Загрязнённые им воды можно очищать каталитическим окислением перекисью водорода^[13][18].

Накопленные в военных целях запасы 1,1-диметилгидразина можно использовать в качестве сырья для получения полиуретанов, ПАВ, ингибиторов коррозии, биологически активных веществ, химфармпрепаратов, удобрений с микроэлементами^[13].

См. также

• Метилгидразин — ракетное топливо со схожими свойствами
• Гидразин — ракетное топливо
• Аэрозин — ракетное топливо, смесь гептила с гидразином
• 1,2-Диметилгидразин^[англ.] — симметричный диметилгидразин
• 2-Диметиламиноэтилазид^[англ.] — экспериментальное нетоксичное ракетное топливо

Комментарии

1. Кодовое обозначения «гептил» было присвоено 1,1-диметилгидразину в СССР, см. Панасюк и др., 2010. В химической номенклатуре гептил — это алкильный радикал гептана, C7H15−.
2. До Ариан-4 включительно.