Nitromethan

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 15. januar 2019; checks kræver 29 redigeringer .

Nitromethan

Generel

Systematisk
navn

nitromethan

Traditionelle navne

nitromethan, nitrocarbol [1]

Chem. formel

CH 3 NO 2

Rotte. formel

CH 3 NO 2

Fysiske egenskaber

farveløs væske

61 g/ mol

1,138 g/cm³

0,61 mPa s

11,08 ± 0,01 eV [4]

Termiske egenskaber

Temperatur

• smeltning

-28,5°C

• kogning

101,2°C

• blinker

36°C

Eksplosionsgrænser

7,3 ± 0,1 vol.% [4]

tredobbelt punkt

244,6 K, 1,4015 10 2 Pa

Kritisk punkt

588,15 K, 6,3 10 6 Pa [2]

Entalpi

• uddannelse

-113,1 kJ/mol

Specifik fordampningsvarme

38,28 J/mol

Specifik fusionsvarme

9,7 J/kg

Damptryk

36,4 hPa (20 °C)

Kemiske egenskaber

Syredissociationskonstant

pK_{a}

10.2

Opløselighed

• i vand

10,5 g/100 ml

Optiske egenskaber

Brydningsindeks

1,3817

Struktur

Dipol moment

3,50 D

Klassifikation

200-876-6

C[N+](=O)[O-]

InChI=1S/CH3NO2/c1-2(3)4/h1H3LYGJENNIWJXYER-UHFFFAOYSA-N

RTECS

PA9800000

CHEBI

77701

ChemSpider

6135

Sikkerhed

Begræns koncentrationen

30 mg/m³

LD 50

950 mg/kg (mus)

Toksicitet

Fareklasse ifølge GOST 12.1.007: 4. [3]

ECB ikoner

NFPA 704

3 2 fire

Data er baseret på standardbetingelser (25 °C, 100 kPa), medmindre andet er angivet.

Mediefiler på Wikimedia Commons

Nitromethan ( nitrocarból ) er en organisk kemisk forbindelse med formlen CH 3 -NO 2 . Den enkleste repræsentant for nitroforbindelserne i den alifatiske serie . Nitromethan bør skelnes fra methylnitrat (en ester af methylalkohol og salpetersyre med formlen CH 3 ONO 2 ) og dets isomere methylnitrit med samme bruttoformel CH 3 ONO.

Fysiske egenskaber

Nitromethan er en farveløs højpolær væske (ε=35,87) med en lugt af bitre mandler. Svagt opløselig i vand - 10,5 g pr. 100 g vand og opløser 1,93 g vand i 100 g nitromethan, blandbar med almindelige organiske opløsningsmidler; danner en azeotrop blanding med vand (76,4 % nitromethan, t bp = 83,6 °C) [5] . Opløses ikke i mættede kulbrinter . Den maksimale forbrændingstemperatur er 2177 °C under deflagration - eksplosive forbrændingsreaktioner [6] :

{\mathsf {CH_{3}NO_{2}\rightarrow 0.2CO_{2}\uparrow +0.8H_{2}O+0.7H_{2}\uparrow +0.5N_{2}\ uparrow}}

Nitromethan brænder med en gul flamme.

Undersøgelser af nitromethan-molekylet viste, at i C-NO 2 -fragmentet er alle atomer placeret i samme plan, mens ONO-bindingsvinklen er 127±3°, mens CNO-bindingsvinklen er 116±3°. Forskellen i vinklen forklares ved den gensidige frastødning af negativt ladede iltatomer [7] .

Kemiske egenskaber

Nitromethan er brandfarligt og eksplosivt. Under korrekte opbevaringsforhold kan den opbevares ved stuetemperatur på ubestemt tid.

På grund af tilstedeværelsen af nitrogruppen er hydrogenatomer i nitromethan mobile og kan spaltes fra i opløsning under påvirkning af baser ( pKa = 10,2).

{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}NO_{2}+NaOH\højrepil CH_{3}OH+NaNO_{2))))

Nitromethan reagerer med ketoner , aldehyder i den såkaldte nitraldol-reaktion eller Henri-reaktion,

som formaldehyd

{\mathsf {CH_{3}NO_{2}+HCHO\rightarrow HOCH_{2}CH_{2}NO_{2}}}

Ved brug af et overskud af formaldehyd udskiftes alle tre hydrogenatomer, og der dannes tri(hydroxymethylen)nitromethan

{\mathsf {CH_{3}NO_{2}+3HCHO\rightarrow (HOCH_{2})_{3}CNO_{2))}

som ved reduktion danner (CH 2 OH) 3 CNH 2 - tri(hydroxymethylen)methylamin ("tris"), hovedkomponenten i Tris-bufferen.

Nitromethan fungerer også som en donor i Michael-reaktionen og tilføjer til α,β-umættede forbindelser i henhold til 1,4-additionsskemaet.

Interagerer med ethylenoxid og andre forbindelser.

Når andre hydrogenatomer erstattes af nitrogrupper, danner nitromethan dinitromethan (CH 2 (NO 2 ) 2 ), trinitromethan (CH (NO 2 ) 3 ) og tetranitromethan (C (NO 2 ) 4 ). Alle disse forbindelser er også sprængstoffer.

Henter

I den kemiske industri opnås nitromethan sædvanligvis ved destruktiv nitrering af lavere alkaner, såsom propan , med 50-70% salpetersyre ved 400-700°C. Denne proces producerer også nitroethan , 1-nitropropan , 2-nitropropan . En blanding af nitroforbindelser adskilles ved destillation .

I laboratoriet kan nitromethan opnås fra natriumchloracetat i henhold til følgende reaktion (G. Kolbe) med et udbytte på 35-38 %:

{\displaystyle {\mathsf {CH_{2}ClCOONa+NaNO_{2}+H_{2}O\højrepil CH_{3}NO_{2}+NaCl+NaHCO_{3))))

eller ved omsætning af brommethan med sølvnitrit ( Meyer-reaktion ):

{\mathsf {CH_{3}Br+AgNO_{2}\rightarrow CH_{3}NO_{2}+AgBr\downarrow }}

også ved omsætning af dimethylsulfat med natriumnitrit :

{\mathsf {(CH_{3})_{2}SO_{4}+2NaNO_{2}\højrepil 2CH_{3}NO_{2}+Na_{2}SO_{4))}

Ansøgning

Hovedanvendelsen af nitromethan er som opløsningsmiddel (for eksempel celluloseetherlakker, vinylpolymerer, cyanoacrylater (superlim), nogle malinger), til udvinding af aromatiske kulbrinter, til fremstilling af chloropicrin , nogle sprængstoffer .
Som flybrændstof
Det bruges også som et brændstoftilsætningsstof til glødende forbrændingsmotorer (for eksempel i radiostyrede modeller).
Som brændstof til racerbiler - "nitro", "Top fuel" (dragsters).

Forbrænding af nitromethan

Nitromethan kan bruges som monobrændstof , dvs. et brændstof, der er i stand til at brænde uden tilstedeværelse af ilt. Forbrændingsprodukter kan omfatte carbonmonoxid og carbondioxid, vand, molekylært nitrogen og nitrogenoxider. Ligningen for denne reaktion kan repræsenteres som:

{\mathsf {4CH_{3}NO_{2}\rightarrow 4CO\uparrow +4H_{2}O+2H_{2}\uparrow +2N_{2}\uparrow ))

Den laminære forbrændingshastighed af nitromethandamp er 0,5 m/s (lidt højere end for benzin), hvilket gør det til et lovende brændstof til højhastighedsmotorer. Derudover er flammetemperaturen lidt højere - 2400 ° C. Den høje specifikke fordampningsvarme (0,56 MJ/kg) sammen med den høje strømningshastighed resulterer i kraftig afkøling af det egnede brændstof (ca. det dobbelte af methanol), hvilket resulterer i ret lave temperaturer.

På grund af tilstedeværelsen af oxygen i nitromethan kan det brænde med meget mindre atmosfærisk luft sammenlignet med kulbrintebrændstoffer ( benzin , petroleum ):

{\mathsf {4CH_{3}NO_{2}+3O_{2}\rightarrow 4CO_{2}\uparrow +6H_{2}O+2N_{2}\uparrow ))

Der skal 14,7 kg luft til for at forbrænde et kilo benzin, men kun 1,7 kg luft pr. kilo nitromethan. Da en motorcylinder kun kan holde en begrænset mængde luft ved hvert slag, kan der forbrændes 8,7 gange mere nitromethan sammenlignet med benzin i et enkelt slag. Nitromethan har dog en lavere energitæthed: benzin afgiver omkring 42-44 MJ/kg, mens nitromethan afgiver 11,3 MJ/kg. Denne beregning viser, at nitromethan producerer omkring 2,3 gange mere strøm end almindeligt brændstof.

Nitromethan bruges ofte i rige luft/brændstofblandinger, fordi det giver energi selv i fravær af atmosfærisk ilt. Når man bruger en rig luft-brændstofblanding, er nogle af forbrændingsprodukterne brint og kulilte. Disse gasser antændes ofte, nogle gange spektakulært, når meget rige blandinger af stadig brændende brændstof forlader udstødningsrørene. Meget rige blandinger er nødvendige for at sænke temperaturen i forbrændingskammeret, for at kontrollere forantændelse og for at eliminere mulig detonation.

En lille mængde hydrazin blandet med nitromethan kan øge effekten yderligere. Hydrazin danner et eksplosivt salt med nitromethan, også et monodrivmiddel . På grund af eksplosionsfaren er denne blanding forbudt til brug som brændstof til flymodeller.

I flymodellering og brændstof til bilopvarmning er hovedingrediensen sædvanligvis methanol med en lille mængde nitromethan (mellem 0 % og 65 %, men sjældent mere end 30 %, da nitromethan er dyrere end methanol) og 10-20 % smøremiddel (normalt ricinusolie og/eller syntetisk olie). Selv moderate mængder nitro vil øge motorens effekt (da luftindtag normalt er den begrænsende faktor), hvilket gør det nemmere at tune motoren (optimer luft/brændstof-forholdet).

Eksplosive egenskaber

Nitromethan som eksplosivt stof vakte særlig opmærksomhed i 1958, hvor der med en forskel på seks måneder i USA skete eksplosioner af tanke med nitromethan under transport med jernbane. Før dette blev nitromethan betragtet som en brandfarlig, men ikke eksplosiv væske [8] [9] .

Oprensning

Nitromethanen fryses, de resulterende krystaller vaskes med diethylether og destilleres derefter.

Toksicitet

Nitromethan er et giftigt stof [10] . I overensstemmelse med GOST 12.1.005-76 er nitromethan et giftigt lavfarligt stof med hensyn til graden af påvirkning af kroppen, den 4. fareklasse [11] . Ved indånding af dampe i høje koncentrationer påvirker nitromethan lever og nyrer og har en skadelig effekt på centralnervesystemet . Et lægemiddel , der også har en krampevirkning og en eftervirkning .

LD50 = 950 mg/kg for mus .
MAC = 30 mg/m³ (anbefalet).

Juridisk status

Nitromethan i en koncentration på 40% eller mere betragtes som en forløber ( tabel III ) med begrænset cirkulation i Den Russiske Føderation.

Noter

↑ navn= https://www.safework.ru_Nitromethane
↑ Kilde: CH3NO2 i fysiske og termodynamiske egenskaber af rene kemikalier: Data Compilation, red. TE Daubert, et al., Taylor & Francis, Washington, DC, 1997. Andre referencer giver andre værdier for pres.
↑ navn= https://docs.cntd.ru_GOST (utilgængeligt link) 12.1.007-76. SSBT. Skadelige stoffer. Klassificering og generelle krav
↑ 1 2 http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0457.html
↑ [1] Arkiveret 20. februar 2012 på Wayback Machine Azeotropiske blandinger med nitromethan
↑ Korolchenko, Brand- og eksplosionsfare for stoffer, 2004 , s. 199.
↑ Bollmeier A.F. Nitroparaffins // Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. - John Wiley & Sons, Inc., 2000. - doi : 10.1002/0471238961.1409201802151212.a02 .
↑ 30 år siden (utilgængeligt link) . HCB Publishing Ltd. (2013). Dato for adgang: 19. november 2014. Arkiveret fra originalen 29. november 2014. (ubestemt)
↑ Interstate Commerce Commission: Ex Parte No 213. Accident Near Mt. Pulaski, ILL (utilgængeligt citat) (1958). Dato for adgang: 19. november 2014. Arkiveret fra originalen 7. januar 2009. (ubestemt)
↑ Nitromethans toksicitet bestemmes af tilstedeværelsen af en nitrogruppe i den
↑ navn= https://docs.cntd.ru_GOST (utilgængeligt link) 12.1.005-76. Arbejdsområde luft. Generelle sanitære og hygiejniske krav

Litteratur

Korolchenko A. Ya., Korolchenko D. A. Brand- og eksplosionsfare for stoffer og materialer og midler til at slukke dem. Håndbog: i 2 dele. Del 2. - M . : Pozhnauka Association, 2004. - 774 s. — ISBN 5-901283-02-3 .
Nitromethan (ANGUS Technical Bulletin) . ANGUS Chemical Company. Hentet: 27. november 2014. (ubestemt)