四氧化二氮

四氧化二氮

四氧化二氮（dinitrogen tetroxide），化學式N2O4。共價化合物，無色氣體或液體，強氧化劑，有毒，且有腐蝕性。其易分解為二氧化氮為紅棕色的氣體，具有神經麻醉的毒性。

基本介紹

  • 中文名：四氧化二氮
  • 英文名：dinitrogen tetroxide
  • 別稱：四氧化氮
  • 化學式：N2O4
  • 分子量：92
  • CAS登錄號：10544-72-6
  • EINECS登錄號：233-272-6
  • 熔點：-11.2℃
  • 沸點：21.2℃
  • 水溶性：與水反應
  • 密度：1443 kg/m3（液態）
  • 外觀：無色氣體或液體
  • 套用：火箭推進器的燃料
  • 安全性描述：S：1/2-9-26-28-36/37/39-45
  • 危險性符號：R：26-34
  • 危險性描述：有劇毒，有腐蝕性
  • 危險品運輸編號：UN 1067 2.3
  • 摩爾質量：92.011 g mol−1 g·mol−1
基本信息,編號系統,性質,分子結構,化學反應,生態學數據,分子結構數據,計算化學數據,安全信息,主要用途,存運方法,危害問題,身體健康,環境問題,應急處理,泄漏應急,防護措施,急救措施,滅火方法,

基本信息

中文名稱：四氧化二氮
英文名稱：dinitrogen tetraoxide
英文別名：nitrogen dioxide dimer;dinitrogen tertoxide;Nitrogen dioxide,di;dinitrogen tetra-oxide;Nitrogen tetraoxide;
CAS號：10544-72-6
分子式：N2O4
分子量：92.01100
精確質量：91.98580
PSA：91.64000
LogP：0.50120

編號系統

CAS號：10544-72-6
MDL號：暫無
EINECS號：233-272-6
RTECS號：QX1575000
BRN號：暫無
PubChem號：暫無

性質

氮和氧的化合物，具有強烈氧化性，常被用於作為火箭推進劑組分中的氧化劑。
N2O4是由二氧化氮疊合而成。其固體和液體及氣體均無色。隨著溫度升高，二氧化氮增多，顏色加深，由褐色到赤紅色。在大氣壓下，N2O4的沸點為21.2℃，熔點-11.2℃。密度(20℃)1.446g/cm3。由於N2O4的分子成對稱結構，故較為穩定。溶於水、二硫化碳等。但其與水只是有限的互溶。0℃時，有含量為47%和98%(質量)的兩層液體，摻和的臨界溫度為67℃，此時不再分層，液體中N2O4的含量為89%(質量)。易與水反應生成等摩爾硝酸和亞硝酸混合物。當溫度升高，亞硝酸分解為硝酸和氧化氮。是強氧化劑。其與氨混合，在低溫下發生爆炸。N2O4與許多有機溶劑如酯、醚、酮、腈形成分子加合物。液體N2O4腐蝕某些金屬(鹼金屬、鹼土金屬、鋅、鎘和汞等)，生成金屬鹽，放出一氧化氮。

分子結構

分子結構 N原子以sp2雜化軌道成鍵，分子為平面形分子。
N2O4可以有兩個二氧化氮分子化合而成。二氧化氮分子的中心原子N的2s電子中有一個被激發到Pz軌道，再採取sp2雜化，分別與兩個氧原子（採取sp雜化）形成一個σ鍵；氮的Pz軌道中的兩個電子和兩個氧原子的Pz軌道中的一個電子形成三原子四電子π鍵；每兩個二氧化氮分子中的氮原子的未成鍵的sp2雜化軌道重疊，形成σ鍵，從而形成一個N2O4分子。綜上所述，每個N2O4分子中存在5個σ鍵，2個三原子四電子π鍵形成的1個六原子八電子的大π鍵，分子的形狀與乙烯類似。

化學反應

四氧化二氮與二氧化氮按下面的方程式相互轉化：
N2O4==2NO2（可逆）
各類含氧氮化合物的構型各類含氧氮化合物的構型
當溫度升高時，反應向生成二氧化氮的方向進行；所以實際上四氧化二氮成品都是與二氧化氮的平衡態混合物。四氧化二氮與水反應生成硝酸和亞硝酸：
N2O4+H2O==HNO2+HNO3

生態學數據

該物質對環境有危害，應特別注意對地表水、土壤、大氣和飲用水的污染。

分子結構數據

1、摩爾折射率：14.09
2、摩爾體積（cm3/mol）：54
3、等張比容（90.2K）：149.2
4、表面張力（dyne/cm）：57.9
5、介電常數：無可用的
6、極化率（10-24cm3）：5.58
7、單一同位素質量：91.985806 Da
8、標稱質量：92 Da
9、平均質量：92.011 Da

計算化學數據

1.疏水參數計算參考值（XlogP）:0.4
2.氫鍵供體數量:0
3.氫鍵受體數量:4
4.可旋轉化學鍵數量:0
5.互變異構體數量:無
6.拓撲分子極性表面積91.6
7.重原子數量:6
8.表面電荷:0
9.複雜度:60.5
10.同位素原子數量:0
11.確定原子立構中心數量:0
12.不確定原子立構中心數量:0
13.確定化學鍵立構中心數量:0
14.不確定化學鍵立構中心數量:0
15.共價鍵單元數量:1

安全信息

危險運輸編碼：UN 1067 2.3
危險品標誌：極毒
安全標識：S9S26S28S45S36/S37/S39
危險標識：R26R34

主要用途

四氧化二氮能與許多燃料自燃，是一種優良的氧化劑。但它的液態溫度範圍很窄，極易凝固和蒸發。常溫下的四氧化二氮處於不斷汽化的狀態之中。懸浮於空氣中的四氧化二氮減壓立刻分解為二氧化氮氣體。二氧化氮氣體為棕紅色，有神經麻醉性毒性。
用作製造硝酸、無水金屬鹽和硝基配位絡合物的原料。在有機化學中用作氧化劑、硝化劑和丙烯酸酯聚合的抑制劑。在軍事工業中，用作製取炸藥。
從直接合成法生產濃硝酸的流程中取得氣體NO2，進行冷凝和蒸餾後製得液體N2O4。為最常用的可貯存氧化劑之一，常與肼類燃料組成雙組元液體推進劑，用於發射通訊衛星、戰略飛彈等的運載火箭中。
偏二甲肼和四氧化二氮反應方程：C2H8N2+2N2O4→2CO2+4H2O+3N2（點燃）

存運方法

氮氧化物主要損害呼吸道。
1、受壓鋼瓶灌裝,瓶上須貼“毒氣”、“氧化劑”標籤。應貯存於陰涼、通風倉庫內。庫溫不宜超過15℃。遠離火種、熱源。防止陽光直射。
2、應與易燃、可燃物分開存放和運輸。運輸按規定路線行駛，勿在居民區和人口稠密區停留。運輸設備不得進入貯存室內。
3、貯存和運輸時須輕裝卸,防止鋼瓶及附屬檔案破損。
滅火劑：乾粉、二氧化碳。禁止用水、鹵代烴滅火劑滅火。

危害問題

身體健康

1、毒理學
急性毒性：LC50126mg/m3，4小時（大鼠吸入） 。
致突變性：微生物致突變：鼠傷寒沙門氏菌6ppm。哺乳動物體細胞突變：大鼠吸入15ppm(3小時)，連續。
生殖毒性：大鼠吸入最低中毒濃度(TCL0)：8.5g/m3，24小時(孕1-22天)，引起胚胎毒性和死胎。
2、侵入途徑：吸入。
3、中毒表現：氮氧化物主要損害呼吸道。吸入初期僅有輕微的眼及上呼吸道刺激症狀，如咽部不適、乾咳等。常數小時至十幾小時或更長時間潛伏期後發生遲發性肺水腫、成人呼吸窘迫綜合徵，出現胸悶、呼吸窘迫、咳嗽、咯泡沫痰、紫紺等。可並發氣胸及縱隔氣腫。肺水腫消退後兩周左右可出現遲發性阻塞性細支氣管炎。
4、慢性影響：主要表現為神經衰弱綜合徵及慢性呼吸道炎證。個別病例出現肺纖維化。可引起牙齒酸蝕症。

環境問題

1、危險特性：本品不燃燒，但可助燃。具有強氧化性，遇衣物、鋸末、棉花或其它可燃物能立即燃燒。與一般燃料或火箭燃料以及氯代烴等猛烈反應引起爆炸。遇水有腐蝕性，腐蝕作用隨水分含量增加而加劇。
2、燃燒（分解）產物：氮氧化物。
3、對環境的影響：四氧化二氮等火箭助燃劑不完全燃燒產生的一氧化碳及剩餘的燃料或氧化劑都是大氣污染物。其中N2O4會部分分解為NO2。NO2等氮氧化物在紫外線的作用下能強烈地破壞臭氧層，破壞力不低於氟氯代烷。因此，中國於2016年發射的長征5號運載火箭使用無毒無污染的新型環保燃料，而不再使用對環境有污染的偏二甲肼與四氧化二氮。
4、環境標準
（1）、中國（TJ36-79）車間空氣中有害物質的最高容許濃度5mg/m3 （NO2）
（2）、中國（GB3092-1996）環境空氣品質標準（mg/m3 ）
一級0.04；二級0.04；三級0.08（年平均）
一級0.08；二級0.08；三級0.12（日平均）
一級0.12；二級0.12；三級0.24（小時平均）
（3）、中國（GB16297-1996）大氣污染物綜合排放標準（氮氧化物）：
①、最高允許排放濃度(mg/m3)：420～1700；240～1400
②、最高允許排放速率（kg/h）：二級0.91～612；0.77～52；三級0.14～92；1.2～78。
③、無組織排放監控濃度限值（mg/m3）：0.12；0.15

應急處理

泄漏應急

1、迅速撤離泄漏污染區人員至上風處，並進行隔離，嚴格限制出入。
2、建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿防毒服。
3、儘可能切斷泄漏源。
若是氣體，合理通風，加速擴散。噴霧狀水稀釋、溶解。構築圍堤或挖坑收容產生的大量廢水。漏氣容器要妥善處理，修復、檢驗後再用。
若是液體，用大量水沖洗，洗水稀釋後放入廢水系統。若大量泄漏，構築圍堤或挖坑收容；噴霧狀水冷卻和稀釋蒸氣。
4、用防爆泵轉移至槽車或專用收集器內，回收或運至廢物處理場所處置。

防護措施

1、呼吸系統防護：空氣中濃度超標時，佩戴自吸過濾式防毒面具（全面罩）。緊急事態搶救或撤離時，建議佩戴空氣呼吸器。
四氧化二氮全面罩防毒面具四氧化二氮全面罩防毒面具
2、眼睛防護：呼吸系統防護中已作防護。
3、身體防護：穿膠布防毒衣。
4、手防護：戴橡膠手套。
5、其它：工作現場禁止吸菸、進食和飲水。保持良好的衛生習慣。進入罐、限制性空間或其它高濃度區作業，須有人監護。

急救措施

1、皮膚接觸：脫去污染的衣著，用流動清水沖洗。
2、眼睛接觸：立即提起眼瞼，用流動清水沖洗。
3、吸入：迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進行人工呼吸。就醫。
4、食入：飲足量溫水，催吐，就醫。

滅火方法

本品不燃。消防人員必須佩戴過濾式防毒面具（全面罩）或隔離式呼吸器、穿全身防火防毒服。在上風處操作。切斷氣源。噴水冷卻容器，可能的話將容器從火場移至空曠處。
滅火劑：乾粉、二氧化碳、禁止用水、鹵代烴滅火劑滅火。

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