Distickstofftetroxid

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Strukturformel

Raumfuellendes Modell eines Distickstoffteroxidmoleküls

Allgemeines

Name

Distickstoffdioxid

Summenformel

N₂O₄

Andere Namen

Stickstofftetroxid

Kurzbeschreibung

Durchsichtige Flüssigkeit, meistens durch gelöstes Stickstoffdioxid NO₂ gelbbraun gefärbt. Beim Verdampfen zerlegt sich jedes Molekül in zwei Monomere und es entweicht NO₂.

CAS-Nummer

10544-72-6

Sicherheitshinweise

Gefahrensymbole

T+
Sehr giftig

C
Ätzend

O
Brandfördernd

R- und S-Sätze

R 26-34
S (1/2)-9-26-28-36/37/39-45

Handhabung

Lagerung

MAK

5 ml/m³

Physikalische Eigenschaften

Aggregatzustand

flüssig

Farbe

durchsichtig, meistens jedoch durch gelöstes Stickstoffdioxid gelbbraun gefärbt.

1,443 kg/m³

92,011 g/mol

-11,20 °C

21,2 °C

1 bar bei 20^oC

Weitere Eigenschaften

Löslichkeit

Gut löslich in

Wasser

Schlecht löslich in

Unlöslich in

Analytik

Klassische Verfahren

SI-Einheiten wurden, wo möglich, verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, wurden Normbedingungen benutzt.

Distickstofftetroxid N₂O₄ ist eine farblose Flüssigkeit. Es ist ein Dimer aus Stickstoffdioxid, NO₂.

Distickstofftetroxid wird unter seinem Trivialnamen Stickstofftetroxid in der Raumfahrt und Raketentechnik, als ohne Kühlung lagerfähiges, giftiges, ätzendes, und hypergol mit Hydrazin und seinen Derivaten reagierendes Oxidationsmittel (Oxidator) verwendet.

[Bearbeiten] Eigenschaften

Das Stickstoffdioxid hat eine Dichte von 1443 kg/m³ und eine relative Molmasse von 46,01. Der Schmelzpunkt liegt bei -11,20 °C, der Siedepunkt bei 21,2 °C. Die kritische Temperatur für N₂O₄ beträgt 157,85 °C und der kritische Druck liegt bei 10 MPa. Oberhalb von 21,2 °C zerfällt ein Molekül N₂O₄ in zwei Moleküle NO₂.

Das rotbraune paramagnetische NO₂ wirkt stark oxidierend und steht mit dem diamagnetischen farblosen Distickstofftetroxid N₂O₄ im Gleichgewicht, wobei sich dieses Gleichgewicht mit zunehmender Temperatur nach links verschiebt.

Distickstofftetroxid als Dimer von Stickstoffdioxid

$2\,NO_2 \quad ^\rightarrow _\leftarrow \quad N_2O_4 ,\Delta H=-57~{\rm kJ/mol}$

N₂O₄ und NO₂ verhalten sich wie das gemischte Anhydrid der Salpetersäure und der salpetrigen Säure. Mit Alkalihydroxidlösungen bilden sie Nitrate und Nitrite. Z. B:

$2\,NO_2 + 2\,NaOH \quad \rightarrow \quad NaNO_2 + NaNO_3 +H_2O$

[Bearbeiten] Herstellung

Technisch wird Stickstoffdioxid (NO₂) als Zwischenprodukt bei der Salpetersäuresynthese durch Luftoxidation von NO gewonnen. Durch Abkühlen unter 21,2 °C dimerisiert dieses zu Stickstofftetroxid. Im Labor kann es analog gewonnen werden, oder alternativ durch Reduktion von konz. Salpetersäure mit Kupfer oder durch Erhitzen von Schwermetallnitraten, v.a. Bleinitrat, im Sauerstoffstrom.

[Bearbeiten] Verwendung

Distickstofftetroxid wird unter dem Trivialnamen Stickstofftetroxid seit den 1950er Jahren in vielen Raketen als giftiges, ätzendes und 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 Treibstoff der Mondlandefähren im amerikanischen Apollo-Programm 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 neuentwickelten Trägerraketen bis heute zum Einsatz. Außerdem ist Distickstofftetroxid der Standardoxidator von Satelliten und Raumsonden.