Недавно случившаяся авария ракеты« Днепр», космического носителя, переделанного из военной ракеты Р-36М УТТХ, снова вызвала интерес к ракетному топливу.

V-2 («Фау-2») легла в основу всей послевоенной ракетной техники, и американской, и советской

Запуск 900 ракет «Фау-2» требовал 12 тыс. т жидкого кислорода, 4 тыс. тонн этилового спирта, 2 тыс. т метанола, 500 т перекиси водорода и 1,5 тыс. т взрывчатки

Вместо спирта, который наряду с жидким кислородом использовал Вернер фон Браун, Королев для своих первых ракет выбрал керосин

Ни бензин, не керосин, ни дизельное топливо не воспламеняются сами при взаимодействии с кислотой, а для военных ракет самовоспламенение — одно из ключевых требований к топливу

Ракета S-4B, третья ступень еще одного детища Вернера фон Брауна — самой мощной американской ракеты-носителя Saturn V. В активе последней — 13 успешных запусков (с 1967 по 1973 год). Именно с ее помощью человек ступил на Луну

Жидкостные ракетные двигатели (ЖРД) — очень совершенные машины, и их характеристики на 90%, а то и больше, определяются примененным топливом. Эффективность же топлива зависит от состава и запасенной энергии. Идеальное топливо должно состоять из легких элементов — из самого начала таблицы Менделеева, дающих максимальную энергию при окислении. Но это не все требования к топливу — еще оно должно быть совместимым с конструкционными материалами, стабильным при хранении и по возможности недорогим. Но ракета — это не только двигатель, но еще и баки ограниченного объема: чтобы взять на борт больше топлива, его плотность должна быть повыше. Кроме топлива ракета везет с собой и окислитель.

Идеальный окислитель с точки зрения химии — жидкий кислород. Но одной химией ракета не исчерпывается, это конструкция, в которой все взаимоувязано. Вернер фон Браун выбрал для Фау-2 спирт и жидкий кислород, и дальность ракеты получилась 270 км. Но если бы ее двигатель работал на азотной кислоте и дизельном топливе, то дальность увеличилась бы на четверть, потому что такого топлива в те же баки помещается на две тонны больше!

Ракетное топливо — кладовая химической энергии в компактном виде. Топливо тем лучше, чем больше энергии запасает. Поэтому вещества, хорошие для ракетного топлива, всегда чрезвычайно химически активны, непрерывно пытаются высвободить скрытую энергию, разъедая, сжигая и разрушая все вокруг. Все ракетные окислители либо взрывоопасны, либо ядовиты, либо нестойки. Жидкий кислород — единственное исключение, и то только потому, что природа приучилась к 20% свободного кислорода в атмосфере. Но даже жидкий кислород требует уважения.

Хранить вечно

Баллистические ракеты Р-1, Р-2 и Р-5, созданные под руководством Сергея Королева, не только показали перспективность этого вида оружия, но и дали понять, что жидкий кислород не очень подходит для боевых ракет. Несмотря на то, что Р-5М была первой ракетой с ядерной боеголовкой, а в 1955 году даже было произведено реальное испытание с подрывом ядерного заряда, военных не устраивало, что ракету нужно заправлять непосредственно перед стартом. Требовалась замена жидкому кислороду, замена полноценная, такая, чтоб и в сибирские морозы не замерзала, и в каракумскую жару не выкипала: то есть с диапазоном температур от -55 градусов до +55 градусов Цельсия. Правда, с кипением в баках проблем не ожидалось, так как давление в баке повышенное, а при повышенном давлении и температура кипения больше. Но кислород ни при каком давлении не будет жидким при температуре выше критической, то есть -113 градусов Цельсия. А таких морозов даже в Антарктиде не бывает.

Азотная кислота HNO3 — другой очевидный окислитель для ЖРД, и ее использование в ракетной технике шло параллельно с жидким кислородом. Соли азотной кислоты — нитраты, особенно калийная селитра — уже много веков использовались как окислитель самого первого ракетного топлива — черного пороха.

Молекула азотной кислоты содержит как балласт лишь один атом азота да «половинку» молекулы воды, а два с половиной атома кислорода могут быть использованы для окисления горючего. Но азотная кислота — очень «хитрое» вещество, настолько странное, что непрерывно реагирует само с собой — атомы водорода от одной молекулы кислоты отщепляются и прицепляются к соседним, образуя непрочные, но чрезвычайно химически активные агрегаты. Из-за этого в азотной кислоте обязательно образуются разного рода примеси.

Кроме того, азотная кислота очевидно не удовлетворяет требованиям совместимости с конструкционными материалами — под нее специально приходится подбирать металл для баков, труб, камер ЖРД. Тем не менее «азотка» стала популярным окислителем еще в 1930-е годы — она дешева, производится в больших количествах, достаточно стабильна, чтобы ею можно было охлаждать камеру двигателя, пожаро- и взрывобезопасна. Плотность ее заметно больше, чем у жидкого кислорода, но главное ее достоинство по сравнению с жидким кислородом состоит в том, что она не выкипает, не требует теплоизоляции, может неограниченно долго храниться в подходящей таре. Только где ее взять, подходящую тару?

Все 1930-е и 1940-е годы прошли под знаменем поиска подходящих емкостей для азотной кислоты. Но даже самые стойкие сорта нержавеющей стали медленно разрушались концентрированной азоткой, в результате на дне бака образовывался густой зеленоватый «кисель», смесь солей металлов, который, конечно же, нельзя подавать в ракетный двигатель — он мгновенно забьется и взорвется.

Для уменьшения коррозионной активности азотной кислоты в нее стали добавлять различные вещества, пытаясь, зачастую методом проб и ошибок, найти комбинацию, которая бы, с одной стороны, не испортила окислитель, с другой — сделала его более удобным в использовании. Но удачная добавка была найдена только в конце 1950-х американскими химиками — оказалось, что всего 0,5% плавиковой (фтористоводородной) кислоты уменьшают скорость коррозии нержавеющей стали в десять раз! Советские химики задержались с этим открытием лет на десять-пятнадцать.

Секретные присадки

Тем не менее первый в СССР ракетный самолет-перехватчик БИ-1 использовал именно азотную кислоту и керосин. Баки и трубы пришлось делать из монель-металла — сплава никеля и меди. Этот сплав получался «естественным» образом из некоторых полиметаллических руд, поэтому был популярным конструкционным материалом второй трети ХХ века. О его внешнем виде можно судить по металлическим рублям — они сделаны из почти «ракетного» сплава. Во время войны не хватало, однако, не только меди с никелем, но и нержавеющей стали. Приходилось использовать обычную, покрытую для защиты хромом. Но тонкий слой быстро проедался кислотой, поэтому после каждого запуска двигателя остатки топливной смеси приходилось скребками удалять из камеры сгорания — техники поневоле вдыхали ядовитые испарения. Один из пионеров ракетной техники Борис Черток однажды едва не погиб при взрыве двигателя для БИ-1 на стенде, этот эпизод он описал в своей замечательной книге «Ракеты и люди».

Помимо добавок, снижающих агрессивность азотной кислоты, в нее пытались добавлять разные вещества, чтобы повысить ее эффективность как окислителя. Наиболее результативным веществом была двуокись азота, еще одно «странное» соединение. Обычно — газ бурого цвета, с резким неприятным запахом, но стоит его слегка охладить, он сжижается и две молекулы двуокиси склеиваются в одну. Поэтому соединение часто называют четырехокисью азота, или азотным тетраоксидом — АТ. При атмосферном давлении АТ кипит при комнатной температуре (+21 градус), а при -11 градусах замерзает. Чем ближе к точке замерзания, тем бледнее цвет соединения, становящегося под конец бледно-желтым, а в твердом состоянии — почти бесцветным. Это оттого, что газ состоит в основном из молекул NO2, жидкость — из смеси NO2 и димеров N2O4, а в твердом веществе остаются одни только бесцветные димеры.

Добавка АТ в азотную кислоту увеличивает эффективность окислителя сразу по многим причинам — АТ содержит меньше «балласта», связывает попадающую в окислитель воду, что уменьшает коррозионную активность кислоты. Самое интересное, что с растворением АТ в АК плотность раствора сначала растет и достигает максимума при 14% растворенного АТ. Именно этот вариант состава и выбрали американские ракетчики для своих боевых ракет. Наши же стремились повысить характеристики двигателей любой ценой, поэтому в окислителях АК-20 и АК-27 было по 20% и 27% соответственно растворенного азотного тетраоксида. Первый окислитель использовался в зенитных ракетах, а второй — в баллистических. КБ Янгеля создало ракету средней дальности Р-12, которая использовала АК-27 и специальный сорт керосина ТМ-185.

Зажигалки

Параллельно поискам лучшего окислителя шли поиски оптимального горючего. Военных больше всего устраивал бы продукт перегонки нефти, но и другие вещества, если они производились в достаточных количествах и стоили недорого, тоже можно было использовать. Проблема была одна — ни бензин, ни керосин, ни дизельное топливо не воспламеняются сами при контакте с азотной кислотой, а для военных ракет самовоспламенение — одно из ключевых требований к топливу. Хотя наша первая межконтинентальная ракета Р-7 использовала пару «керосин — жидкий кислород», стало ясно, что пиротехническое зажигание неудобно для боевых ракет. При подготовке ракеты к пуску требовалось вручную вставить в каждое сопло (а их у Р-7 ни много ни мало 32−20 основных камер и 12 рулевых) деревянную крестовину с зажигательной шашкой, подключить все электропровода, которыми шашки воспламеняются, и проделать еще много разных подготовительных операций.

В Р-12 эти недостатки были учтены, и зажигание обеспечивалось пусковым горючим, которое самовоспламенялось при контакте с азотной кислотой. Его состав был найден еще немецкими ракетчиками во время Второй мировой войны, и называлось оно «Тонка-250». Наши ракетчики переименовали его в соответствии с ГОСТами в ТГ-02. Теперь ракета могла стоять заправленной несколько недель, и это был большой успех, так как ее можно было бы запустить в течение пары часов вместо трех суток для Р-7. Но три компонента — много для боевой ракеты, а для использования в качестве основного горючего ТГ-02 годился только для зенитных ракет; для баллистических ракет дальнего действия нужно было что-то более эффективное.

Гиперголики

Химики назвали пары веществ, самовоспламеняющихся при контакте, «гиперголическими», то есть, в приблизительном переводе с греческого, имеющими чрезмерное сродство друг с другом. Они знали, что лучше всего воспламеняются с азотной кислотой вещества, имеющие в составе, кроме углерода и водорода, азот. Но «лучше» — это насколько?

Задержка самовоспламенения — ключевое свойство для пар химических веществ, которые мы хотим сжечь в ракетном двигателе. Представьте — включили подачу, горючее и окислитель накапливаются в камере, а воспламенения нет! Зато, когда оно наконец происходит, мощный взрыв разносит камеру ЖРД на кусочки. Для определения задержки самовоспламенения разные исследователи строили самые разные по сложности стенды — от двух пипеток, синхронно выдавливающих по капельке окислителя и горючего, до маленьких ракетных двигателей без сопла — форсуночная головка и короткая цилиндрическая труба. Все равно взрывы раздавались очень часто, действуя на нервы, выбивая стекла и повреждая датчики.

Очень быстро был обнаружен «идеальный гиперголь» — гидразин, старый знакомый химиков. Это вещество, имеющее формулу N2H4, по физическим свойствам очень похоже на воду — плотность на несколько процентов больше, температура замерзания +1,5 градуса, кипения +113 градусов, вязкость и все прочее — как у воды, но вот запах…

Гидразин был получен впервые в чистом виде в конце XIX века, а в составе ракетного топлива впервые употреблен немцами в 1933 году, но в качестве сравнительно небольшой добавки для самовоспламенения. Как самостоятельное горючее гидразин был дорог, производство его недостаточно, но, главное, военных не устраивала его температура замерзания — выше, чем у воды! Нужен был «гидразиновый антифриз», и его поиски шли непрерывно. Уж очень гидразин хорош! Вернер фон Браун для запуска первого спутника США «Эксплорер» заменил спирт в ракете «Редстоун» на «гидин» (Hydyne), смесь 60% гидразина и 40% спирта. Такое горючее улучшило энергетику первой ступени, но для достижения необходимых характеристик пришлось удлинить баки.

Гидразин, как и аммиак NH3, состоит только из азота и водорода. Но если при образовании аммиака из элементов энергия выделяется, то при образовании гидразина энергия поглощается — именно поэтому прямой синтез гидразина невозможен. Зато поглощенная при образовании энергия выделится потом при сгорании гидразина в ЖРД и пойдет на повышение удельного импульса — главного показателя совершенства двигателя. Пара кислород-керосин позволяет получить удельную тягу для двигателей первой ступени в районе 300 секунд. Замена жидкого кислорода на азотную кислоту ухудшает эту величину до 220 секунд. Такое ухудшение требует увеличения стартовой массы почти в два раза. Если же заменить керосин гидразином, большую часть этого ухудшения можно «отыграть». Но военным было нужно, чтобы горючее не замерзало, и они требовали альтернативу.

Пути разошлись

И тут пути наших и американских химиков разошлись! В СССР химики придумали способ получения несимметричного диметилгидразина, а американцы предпочли более простой процесс, в котором получался монометилгидразин. Обе эти жидкости, несмотря на их чрезвычайную ядовитость, устраивали и конструкторов, и военных. К аккуратности при обращении с опасными веществами ракетчикам было не привыкать, но все же новые вещества были настолько токсичными, что обычный противогаз не справлялся с очисткой воздуха от их паров! Нужно было либо использовать изолирующий противогаз, либо специальный патрон, который окислял токсичные пары до безопасного состояния. Зато метилированные производные гидразина были менее взрывоопасными, меньше впитывали водяные пары, были термически более стойкими. Но вот температура кипения и плотность по сравнению с гидразином понизились.

Поэтому поиски продолжались. Американцы одно время очень широко использовали «Аэрозин-50» — смесь гидразина и НДМГ, что было следствием изобретения технологического процесса, в котором они получались одновременно. Позднее этот способ был вытеснен более совершенными, но «Аэрозин-50» успел распространиться, и на нем летали и баллистические ракеты «Титан-2», и корабль «Аполлон». Ракета «Сатурн-5» разгоняла его к Луне на жидком водороде и кислороде, но собственный двигатель «Аполлона», которому нужно было включаться несколько раз в течение недельного полета, должен был использовать самовоспламеняющееся долгохранимое топливо.

Тепличные условия

Но дальше с баллистическими ракетами произошла удивительная метаморфоза — они спрятались в шахты, для защиты от первого удара противника. При этом уже не требовалось морозостойкости, так как в шахте воздух подогревался зимой и охлаждался летом! Топливо можно было подбирать, не учитывая его морозоустойчивости. И сразу же двигателисты отказались от азотной кислоты, перейдя на чистый азотный тетраоксид. Тот самый, что кипит при комнатной температуре! Ведь давление в баке повышенное, а при повышенном давлении и температура кипения нас беспокоит гораздо меньше. Зато теперь коррозия баков и трубопроводов уменьшилась настолько, что стало возможным хранить ракету заправленной на протяжении всего срока боевого дежурства! Первой ракетой, которая могла стоять заправленной 10 лет подряд, стала УР-100 конструкции КБ Челомея. Почти одновременно с ней появилась гораздо более тяжелая Р-36 фирмы Янгеля. Нынешний ее потомок, последняя модификация Р-36М2, кроме баков, мало имеет общего с первоначальной ракетой.

По энергетическим характеристикам пары «кислород — керосин» и «четырехокись азота — НДМГ» очень близки. Но первая пара хороша для космических ракет-носителей, а вторая — для МБР шахтного базирования. Для работы с такими ядовитыми веществами была разработана специальная технология — ампулизация ракеты после заправки. Смысл ее понятен из названия: все магистрали перекрываются необратимо, чтобы избежать даже малейших утечек. Впервые она была применена на ракетах для подводных лодок, которые тоже использовали такое топливо.

Твердое топливо

Американские же ракетчики для боевых ракет предпочли твердое топливо. Оно имело несколько худшие характеристики, зато ракета требовала гораздо меньше подготовительных операций при запуске. Наши тоже пытались использовать твердотопливные ракеты, но последнюю ступень все равно приходилось делать жидкостной, для того чтобы скомпенсировать разброс работы твердотопливных двигателей, которые невозможно регулировать так, как жидкостные. А позднее, когда появились ракеты с несколькими боеголовками, на последнюю жидкостную ступень легла задача «разведения» их по целям. Так что пара «АТ-НДМГ» без работы не осталась. Не остается и сейчас: на этом топливе работают двигатели космического корабля «Союз», Международной космической станции и многих других аппаратов.

ГОСТ 19503-88

Те хническая характеристика:

Наименование показателя	Норма
1. Внешний вид	Бесцветная прозрачная жидкость с запахом аммиака, дымящая на воздухе.
2. Массовая доля гидразин-гидрата, %, не менее в пересчете на гидразин, %, не менее	64.0 41.0
3. Массовая доля железа, %, не более	0,0005
4. Массовая доля тяжелых металлов (Pb), %, не более	0.0005
5. Массовая доля хлоридов, %, не более	0.003
6. Массовая доля сульфатов, %, не более	0.002
7. Массовая доля нелетучих веществ, %, не более	0.02

Получение:

Гидразин-гидрат получают окислением NH 3 или CO(NH 2 ) 2 гипохлоритом натрия (NaOCl).

Применение:

Гидразин-гидрат применяют для удаления кислорода при обработке воды; для защиты от коррозии водяных и паровых циркуляционных трубопроводов (а именно: парогенераторов, систем охлаждения, систем отопления), а также для консервации выведенного из эксплуатации оборудования.

Также гидразин-гидрат используют

· как горючее в топливных элементах;

· для получения чистых металлов (Сu, Ni и др.) из их оксидов и солей;

· в производстве порообразователей (например, бензолсульфонилгидразида), инсектицидов, взрывчатых веществ, регуляторов роста растений (например, гидразида малеиновой кислоты), лекарственных средств (например, гидразида изоникотиновой кислоты);

· в качестве реактива (для обнаружения карбонильных групп, хлоритов и хлоратов);

· для получения промежуточных продуктов и красителей;

· в качестве добавки в стекломассу (для устранения тусклости стекол);

· для очистки промышленных газов от СО 2 и меркаптанов.

Гидразин-гидрат сильно ядовит, является сильным восстановителем, интенсивно окисляется кислородом воздуха до N 2 , NH 3 , H 2

Формула: N 2 H 4 .H 2 O Требования безопасности:

Гидразин-гидрат - горючая жидкость, в парах взрывоопасен, по степени воздействия на организм относится к веществам 1-го класса опасности.

Упаковка:

Гидразин-гидрат заливают в бочки из коррозионно-стойкой стали вместимостью 250 дм³, возвратные бочки из нержавеющей стали для жидких химических продуктов вместимостью 250 дм³, специальные контейнеры вместимостью 1300 дм³ и цистерны, изготовленные из стали, а также пластиковые евро-бочки вместимостью 220 дм³ массой 200 кг .

Не допускается наличие на стенках стальных бочек и цистерн ржавых пятен.

Транспортировка, хранение:

Гидразин-гидрат транспортируют всеми видами транспорта.

Гидразин-гидрат, упакованный в бочки, транспортируют в крытых транспортных средствах. По железной дороге транспортирование осуществляется повагонными отправками.

Гидразин-гидрат, упакованный в специальные контейнеры, транспортируют по железной дороге на открытом подвижном составе.

Транспортирование гидразин-гидрата осуществляется также в железнодорожных цистернах (изготовителя, потребителя).

Гидразин-гидрат хранят в специальных открытых или неотапливаемых закрытых складских помещениях, в транспортной таре или в специальных емкостях из стали.

Не допускается хранение гидразин-гидрата вместе с окислителями и концентрированными минеральными кислотами.

Гарантийный срок хранения продукта: 5 лет со дня изготовления.

Требования безопасности:

Степень токсичности
Основные свойства и виды опасности
Основные свойства	Бесцветная прозрачная жидкость с запахом аммиака, дымящая на воздухе. Гидразин-гидрат является сильным восстановителем, интенсивно окисляется кислородом воздуха до N 2 , NH 3 , H 2 O. Гидразин-гидрат гигроскопичен, на воздухе поглощает углекислоту, с водой и спиртом смешивается в любых соотношениях; в эфире, хлороформе и бензоле не растворяется. Температура плавления -65°С, температура кипения 100-120°С, рН 1%-ного раствора 10.3-10.7. Пары тяжелее воздуха; скапливаются в низких участках поверхности, подвалах, тоннелях. Коррозионен. Загрязняет водоемы.
Взрыво- и пожароопасность	Гидразин-гидрат - горючая жидкость, образует взрывоопасные смеси с воздухом и О 2 , на воздухе при контакте с каталитически активными веществами, имеющими развитую поверхность (песок, земля, асбест, активированный уголь, вата, пряжа, оксиды Сu, Fe, Hg и др.) склонен к самовозгоранию. Легко воспламеняется от искр и пламени. В воздухе температура вспышки 270°С (в чистом О 2 и в присутствии металлов и их оксидов температура вспышки понижается), температура воспламенения - не ниже 73°C , концентрационный предел распространения пламени в объемных долях: нижний 7,3%, верхний 100%. Емкости могут взрываться при нагревании. В порожних емкостях из остатков могут образовываться взрывоопасные смеси. Горит с образованием токсичных газов (циана, оксидов азота). Над поверхностью разлитой жидкости образуется горючая концентрация паров при температурах окружающей среды, равной температуре вспышки жидкости и выше.
Опасность для человека	Сильно ядовит, раздражает слизистые оболочки, глаза и дыхательные пути, поражает центральную нервную систему и печень, попадая на кожу, вызывают экзему. Опасен при вдыхании (кашель, боль за грудиной, расстройство дыхания, учащение пульса, потеря сознания), попадании на кожу (краснота, сухость, зуд), попадании в глаза (резь, слезотечение). Действует через неповрежденную кожу. Химический ожог. При пожаре и взрывах возможны ожоги и травмы.
Средства индивидуальной защиты	Для химразведки и руководителя работ - ПДУ-3 (в течение 20 минут). Для аварийных бригад - изолирующий защитный костюм КИХ-5 в комплекте с изолирующим противогазом ИП-4М или дыхательным аппаратом АСВ-2. При возгорании - огнезащитный костюм в комплекте с самоспасателем СПИ-20.
Необходимые действия в аварийных ситуациях
Общего характера	Отвести вагон в безопасное место. Изолировать опасную зону в радиусе не менее 200 м . Откорректировать указанное расстояние по результатам химразведки. Удалить посторонних. В опасную зону входить в защитных средствах. Держаться наветренной стороны. Избегать низких мест. Соблюдать меры пожарной безопасности. Не курить. Устранить источники огня и искр. Пострадавшим оказать первую помощь.
При утечке, разливе и россыпи	Сообщить в ЦСЭН. Прекратить движение поездов и маневровую работу в опасной зоне. Не прикасаться к пролитому веществу. Устранить течь с соблюдением мер предосторожности. Перекачать содержимое в исправную емкость или емкость для слива с соблюдением условий смешения жидкостей. Проливы оградить земляным валом. Не допускать попадания вещества в водоемы, подвалы, канализацию. Осаждать пары тонкораспыленной водой.
При пожаре	Не приближаться к горящим емкостям. Охлаждать емкости водой с максимального расстояния. Тушить тонкораспыленной водой, воздушно-механической и химическими пенами с максимального расстояния (не менее 40 м ). Организовать эвакуацию людей из близлежащих зданий с учетом направления движения токсичных продуктов горения.
Нейтрализация	Для осаждения (рассеивания, изоляции) паров использовать распыленную воду. Место разлива изолировать песком, воздушно-механической пеной, промыть большим количеством воды и не допускать попадания вещества в поверхностные воды. При пониженных температурах воздуха вещество откачать из понижений местности с соблюдением мер пожарной безопасности. Срезать поверхностный слой грунта с загрязнениями, собрать и вывезти для утилизации, соблюдая меры пожарной безопасности. Места срезов засыпать свежим слоем грунта. Промытые водой поверхности подвижного состава, территории промыть моющими композициями; обработать содержащими «активный хлор» растворами (хлорная известь, ДТСГК), концентрированным раствором пероксида водорода, слабым раствором кислоты. Поверхность территории (отдельные очаги) выжечь при угрозе попадания вещества в грунтовые воды; почву перепахать. Промышленные сточные воды, содержащие гидразин, обрабатывают Сl 2 или хлорной известью либо пропускают через адсорберы с активным углем, стекловатой, золой, шлаком.
Меры первой помощи	Вызвать скорую помощь. Лица, оказывающие первую помощь, должны использовать индивидуальные средства защиты органов дыхания и кожи. Свежий воздух, покой, тепло, чистая одежда. При попадании на кожу требуется немедленная ее обработка водой или слабым раствором кислот. Пораженные глаза в течение 10 минут тщательно промыть проточной водой при хорошо раскрытых веках. Обильное питье воды.

114 °C Химические свойства Растворимость в воде смешивается Классификация Рег. номер CAS Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа) , если не указано иного.

Гидрази́н (диамид) H 2 N-NH 2 - бесцветная, сильно гигроскопическая жидкость с неприятным запахом.

Молекула N 2 H 4 состоит из двух групп NH 2 , повёрнутых друг относительно друга, что обусловливает полярность молекулы гидразина, μ = 0,62·10 −29 Кл · м. Смешивается в любых соотношениях с водой , жидким аммиаком , этанолом ; в неполярных растворителях растворяется плохо. Образует органические производные: алкилгидразины и арилгидразины . Был открыт в 1887 году Теодором Курциусом .

Свойства

Термодинамически гидразин значительно менее устойчив, чем аммиак, так как связь N-N не очень прочна: разложение гидразина - экзотермическая реакция, протекающая в отсутствие катализаторов при 200-300 °С:

$\backslash mathsf\{3N\_2H\_4\; \backslash rightarrow\; 4NH\_3\; +\; N\_2\}$

Переходные металлы (Co, Ni, Cu, Ag) катализируют разложение гидразина, при катализе платиной, родием и палладием основными продуктами разложения являются азот и водород:

$\backslash mathsf\{N\_2H\_4\; \backslash rightarrow\; N\_2\; +\; 2H\_2\}$

Благодаря наличию двух неподелённых пар электронов у атомов азота, гидразин способен к присоединению одного или двух ионов водорода. При присоединении одного протона получаются соединения гидразиния с зарядом 1+, двух протонов - гидразония с зарядом 2+, содержащие соответственно ионы N 2 H 5 + и N 2 H 6 2+ . Водные растворы гидразина обладают основными свойствами, но его основность значительно меньше, чем у аммиака:

$\backslash mathsf\{N\_2H\_4\; +\; H\_2O\; \backslash rightarrow\; ^+\; +\; OH^-,\; \backslash \; \backslash \; K\_b=3,0\backslash cdot\; 10^\{-6\}\}$

(для аммиака K b = 1,78·10 −5)

Протонирование второй неподеленной пары электронов протекает ещё труднее:

$\backslash mathsf\{^+\; +\; H\_2O\; \backslash rightarrow\; ^\{2+\}\; +\; OH^-,\; \backslash \; \backslash \; K\_b=8,4\backslash cdot\; 10^\{-16\}\}$

Гидразина сульфат применяется в случае таких заболеваний, как неоперабельные прогрессирующие распространенные формы, рецидивы и метастазы злокачественных опухолей - рак легкого (особенно немелкоклеточный), молочных желез, желудка, поджелудочной железы, гортани, эндометрия , шейки матки, десмоидный рак , саркома мягких тканей, фибросаркома , нейробластома , лимфогранулематоз , лимфосаркома (монотерапия или в составе полихимиотерапии).

Гидразин также применяется в качестве топлива в гидразин-воздушных низкотемпературных топливных элементах.

Жидкая смесь гидразина и нитрата аммония используется как мощное взрывчатое средство с нулевым кислородным балансом - астролита , который, однако, в настоящее время практического значения не имеет. Гидразин широко применяется в химической промышленности в качестве восстановителя кислорода, содержащегося в деминерализованной воде, применяемой для питания котлов (котельные установки, производства аммиака, слабой азотной кислоты и др.). При этом протекает следующая химическая реакция: N2H4 + O2 = N2 + 2H2O

Ракетное топливо

Во время Второй мировой войны гидразин применялся в Германии в качестве одного из компонентов топлива для реактивных истребителей «Мессершмитт Ме-163 » (C-Stoff , содержащий до 30 % гидрата гидразина) и ракет «Фау-2 » (B-Stoff, 75 % гидразина).

Гидразин и его производные (метилгидразин , несимметричный диметилгидразин и их смеси (аэрозин)) широко распространены как ракетное горючее. Они могут быть использованы в паре с самыми разными окислителями, а некоторые и в качестве однокомпонентного топлива , в этом случае рабочим телом двигателя являются продукты разложения на катализаторе. Последнее удобно для маломощных двигателей.

Теоретические характеристики различных видов ракетного топлива, образованных гидразином с различными окислителями

Окислитель	Удельная тяга (Р1, с*)	Температура сгорания °С	Плотность топлива г/см³	Прирост скорости, ΔVид,25, м/с	Весовое содерж.горючего %
Фтор	364,4 с	°С	1,314	5197 м/с	31 %
Тетрафторгидразин	334,7 с	°С	1,105	4346 м/с	23,5 %
ClF 3	294,6 с	°С	1,507	4509 м/с	27 %
ClF 5	312,0 с	°С	1,458	4697 м/с	26,93 %
Перхлорилфторид	295,3 с	°С	1,327	4233 м/с	40 %
Фторид кислорода	345,9 с	°С	1,263	4830 м/с	40 %
Кислород	312,9 с	°С	1,065	3980 м/с	52 %
Пероксид водорода	286,9 с	°С	1,261	4003 м/с	33 %
N 2 O 4	291,1 с	°С	1,217	3985 м/с	43 %
Азотная кислота	279,1 с	°С	1,254	3883 м/с	40 %

• Удельная тяга равна отношению тяги к весовому расходу топлива; в этом случае она измеряется в секундах (с = Н·с/Н = кгс·с/кгс). Для перевода весовой удельной тяги в массовую её надо умножить на ускорение свободного падения (примерно равное 9,81 м/с²)

Токсичность

Гидразин и большинство его производных очень токсичны. Небольшие концентрации гидразина вызывают раздражение глаз, дыхательных путей. При повышении концентрации начинается головокружение, головная боль и тошнота. Далее следуют судороги, токсический отёк лёгких, а за ними - кома и смерть. ПДК в воздухе рабочей зоны = 0,1 мг/м 3 . Относится к первому классу опасности .

Напишите отзыв о статье "Гидразин"

Примечания

Литература

• Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. - 4-е изд., испр. - М .: Высшая школа, 2003. - 743 с. - ISBN 5-06-003363-5 .
• Карапетьянц М. Х. , Дракин С. И. Общая и неорганическая химия. Учебное пособие для вузов. - 4-е изд., стер. - М .: Химия, 2000. - 592 с., ил. - ISBN 5-7245-1130-4 ; ББК 540 К 21; УДК 546(075.8).
• Третьяков Ю. Д. и др. 15.3.3.1. Водородные соединения азота и их производные. Гидразин. Гидроксиламин. // Неорганическая химия. Химия элементов: Учебник для вузов. В 2 книгах. Кн. II / Ю. Д. Третьяков, Л. И. Мартыненко, А. Н. Григорьев, А. Ю. Цивадзе. - М .: Химия, 2001. - С. 869-872. - 583 с., ил. - ISBN 5-7245-1214-9 ; ББК 24.1 (я 7); УДК 546 Т 66.
• Одрит Л., Огг Б. Химия гидразина = The Chemistry of Hydrazine. - М .: ИИЛ , 1954. - 238 с., ил.

Отрывок, характеризующий Гидразин

Соня ничего не видала, она только что хотела замигать глазами и встать, когда услыхала голос Наташи, сказавшей «непременно»… Ей не хотелось обмануть ни Дуняшу, ни Наташу, и тяжело было сидеть. Она сама не знала, как и вследствие чего у нее вырвался крик, когда она закрыла глаза рукою.
– Его видела? – спросила Наташа, хватая ее за руку.
– Да. Постой… я… видела его, – невольно сказала Соня, еще не зная, кого разумела Наташа под словом его: его – Николая или его – Андрея.
«Но отчего же мне не сказать, что я видела? Ведь видят же другие! И кто же может уличить меня в том, что я видела или не видала?» мелькнуло в голове Сони.
– Да, я его видела, – сказала она.
– Как же? Как же? Стоит или лежит?
– Нет, я видела… То ничего не было, вдруг вижу, что он лежит.
– Андрей лежит? Он болен? – испуганно остановившимися глазами глядя на подругу, спрашивала Наташа.
– Нет, напротив, – напротив, веселое лицо, и он обернулся ко мне, – и в ту минуту как она говорила, ей самой казалось, что она видела то, что говорила.
– Ну а потом, Соня?…
– Тут я не рассмотрела, что то синее и красное…
– Соня! когда он вернется? Когда я увижу его! Боже мой, как я боюсь за него и за себя, и за всё мне страшно… – заговорила Наташа, и не отвечая ни слова на утешения Сони, легла в постель и долго после того, как потушили свечу, с открытыми глазами, неподвижно лежала на постели и смотрела на морозный, лунный свет сквозь замерзшие окна.

Вскоре после святок Николай объявил матери о своей любви к Соне и о твердом решении жениться на ней. Графиня, давно замечавшая то, что происходило между Соней и Николаем, и ожидавшая этого объяснения, молча выслушала его слова и сказала сыну, что он может жениться на ком хочет; но что ни она, ни отец не дадут ему благословения на такой брак. В первый раз Николай почувствовал, что мать недовольна им, что несмотря на всю свою любовь к нему, она не уступит ему. Она, холодно и не глядя на сына, послала за мужем; и, когда он пришел, графиня хотела коротко и холодно в присутствии Николая сообщить ему в чем дело, но не выдержала: заплакала слезами досады и вышла из комнаты. Старый граф стал нерешительно усовещивать Николая и просить его отказаться от своего намерения. Николай отвечал, что он не может изменить своему слову, и отец, вздохнув и очевидно смущенный, весьма скоро перервал свою речь и пошел к графине. При всех столкновениях с сыном, графа не оставляло сознание своей виноватости перед ним за расстройство дел, и потому он не мог сердиться на сына за отказ жениться на богатой невесте и за выбор бесприданной Сони, – он только при этом случае живее вспоминал то, что, ежели бы дела не были расстроены, нельзя было для Николая желать лучшей жены, чем Соня; и что виновен в расстройстве дел только один он с своим Митенькой и с своими непреодолимыми привычками.
Отец с матерью больше не говорили об этом деле с сыном; но несколько дней после этого, графиня позвала к себе Соню и с жестокостью, которой не ожидали ни та, ни другая, графиня упрекала племянницу в заманивании сына и в неблагодарности. Соня, молча с опущенными глазами, слушала жестокие слова графини и не понимала, чего от нее требуют. Она всем готова была пожертвовать для своих благодетелей. Мысль о самопожертвовании была любимой ее мыслью; но в этом случае она не могла понять, кому и чем ей надо жертвовать. Она не могла не любить графиню и всю семью Ростовых, но и не могла не любить Николая и не знать, что его счастие зависело от этой любви. Она была молчалива и грустна, и не отвечала. Николай не мог, как ему казалось, перенести долее этого положения и пошел объясниться с матерью. Николай то умолял мать простить его и Соню и согласиться на их брак, то угрожал матери тем, что, ежели Соню будут преследовать, то он сейчас же женится на ней тайно.
Графиня с холодностью, которой никогда не видал сын, отвечала ему, что он совершеннолетний, что князь Андрей женится без согласия отца, и что он может то же сделать, но что никогда она не признает эту интригантку своей дочерью.
Взорванный словом интригантка, Николай, возвысив голос, сказал матери, что он никогда не думал, чтобы она заставляла его продавать свои чувства, и что ежели это так, то он последний раз говорит… Но он не успел сказать того решительного слова, которого, судя по выражению его лица, с ужасом ждала мать и которое может быть навсегда бы осталось жестоким воспоминанием между ними. Он не успел договорить, потому что Наташа с бледным и серьезным лицом вошла в комнату от двери, у которой она подслушивала.
– Николинька, ты говоришь пустяки, замолчи, замолчи! Я тебе говорю, замолчи!.. – почти кричала она, чтобы заглушить его голос.
– Мама, голубчик, это совсем не оттого… душечка моя, бедная, – обращалась она к матери, которая, чувствуя себя на краю разрыва, с ужасом смотрела на сына, но, вследствие упрямства и увлечения борьбы, не хотела и не могла сдаться.
– Николинька, я тебе растолкую, ты уйди – вы послушайте, мама голубушка, – говорила она матери.
Слова ее были бессмысленны; но они достигли того результата, к которому она стремилась.
Графиня тяжело захлипав спрятала лицо на груди дочери, а Николай встал, схватился за голову и вышел из комнаты.
Наташа взялась за дело примирения и довела его до того, что Николай получил обещание от матери в том, что Соню не будут притеснять, и сам дал обещание, что он ничего не предпримет тайно от родителей.
С твердым намерением, устроив в полку свои дела, выйти в отставку, приехать и жениться на Соне, Николай, грустный и серьезный, в разладе с родными, но как ему казалось, страстно влюбленный, в начале января уехал в полк.
После отъезда Николая в доме Ростовых стало грустнее чем когда нибудь. Графиня от душевного расстройства сделалась больна.
Соня была печальна и от разлуки с Николаем и еще более от того враждебного тона, с которым не могла не обращаться с ней графиня. Граф более чем когда нибудь был озабочен дурным положением дел, требовавших каких нибудь решительных мер. Необходимо было продать московский дом и подмосковную, а для продажи дома нужно было ехать в Москву. Но здоровье графини заставляло со дня на день откладывать отъезд.
Наташа, легко и даже весело переносившая первое время разлуки с своим женихом, теперь с каждым днем становилась взволнованнее и нетерпеливее. Мысль о том, что так, даром, ни для кого пропадает ее лучшее время, которое бы она употребила на любовь к нему, неотступно мучила ее. Письма его большей частью сердили ее. Ей оскорбительно было думать, что тогда как она живет только мыслью о нем, он живет настоящею жизнью, видит новые места, новых людей, которые для него интересны. Чем занимательнее были его письма, тем ей было досаднее. Ее же письма к нему не только не доставляли ей утешения, но представлялись скучной и фальшивой обязанностью. Она не умела писать, потому что не могла постигнуть возможности выразить в письме правдиво хоть одну тысячную долю того, что она привыкла выражать голосом, улыбкой и взглядом. Она писала ему классически однообразные, сухие письма, которым сама не приписывала никакого значения и в которых, по брульонам, графиня поправляла ей орфографические ошибки.
Здоровье графини все не поправлялось; но откладывать поездку в Москву уже не было возможности. Нужно было делать приданое, нужно было продать дом, и притом князя Андрея ждали сперва в Москву, где в эту зиму жил князь Николай Андреич, и Наташа была уверена, что он уже приехал.
Графиня осталась в деревне, а граф, взяв с собой Соню и Наташу, в конце января поехал в Москву.

Пьер после сватовства князя Андрея и Наташи, без всякой очевидной причины, вдруг почувствовал невозможность продолжать прежнюю жизнь. Как ни твердо он был убежден в истинах, открытых ему его благодетелем, как ни радостно ему было то первое время увлечения внутренней работой самосовершенствования, которой он предался с таким жаром, после помолвки князя Андрея с Наташей и после смерти Иосифа Алексеевича, о которой он получил известие почти в то же время, – вся прелесть этой прежней жизни вдруг пропала для него. Остался один остов жизни: его дом с блестящею женой, пользовавшеюся теперь милостями одного важного лица, знакомство со всем Петербургом и служба с скучными формальностями. И эта прежняя жизнь вдруг с неожиданной мерзостью представилась Пьеру. Он перестал писать свой дневник, избегал общества братьев, стал опять ездить в клуб, стал опять много пить, опять сблизился с холостыми компаниями и начал вести такую жизнь, что графиня Елена Васильевна сочла нужным сделать ему строгое замечание. Пьер почувствовав, что она была права, и чтобы не компрометировать свою жену, уехал в Москву.
В Москве, как только он въехал в свой огромный дом с засохшими и засыхающими княжнами, с громадной дворней, как только он увидал – проехав по городу – эту Иверскую часовню с бесчисленными огнями свеч перед золотыми ризами, эту Кремлевскую площадь с незаезженным снегом, этих извозчиков и лачужки Сивцева Вражка, увидал стариков московских, ничего не желающих и никуда не спеша доживающих свой век, увидал старушек, московских барынь, московские балы и Московский Английский клуб, – он почувствовал себя дома, в тихом пристанище. Ему стало в Москве покойно, тепло, привычно и грязно, как в старом халате.

Гидразин

Гидразин
Общие
Систематическое наименование	гидразин
Химическая формула	N 2 H 4
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	бесцветная жидкость
Отн. молек. масса	32.05 а. е. м.
Молярная масса	32.05 г/моль
Плотность	1.01 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	1 °C
Температура кипения	114 °C
Химические свойства
Растворимость в воде	смешивается г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS

Гидрази́н (диамид) H 2 N-NH 2 - бесцветная, сильно гигроскопическая жидкость с неприятным запахом.

Молекула N 2 H 4 состоит из двух групп NH 2 , повёрнутых друг относительно друга, что обусловливает полярность молекулы гидразина, μ = 0,62·10 −29 Кл · м. Смешивается в любых соотношениях с водой , жидким аммиаком , этанолом ; в неполярных растворителях растворяется плохо. Гидразин и большинство его производных токсичны.

Свойства

Термодинамически гидразин значительно менее устойчив, чем аммиак, так как связь N-N не очень прочна: разложение гидразина - экзотермическая реакция, протекающая в отсутствие катализаторов при 200-300 °С:

3 N 2 H 4 → 4 NH 3 + N 2

Переходные металлы (Co, Ni, Cu, Ag) катализируют разложение гидразина, при катализе платиной, родием и палладием основными продуктами разложения являются азот и водород:

N 2 H 4 → N 2 + 2 H 2

Благодаря наличию двух неподелённых пар электронов у атомов азота, гидразин способен к присоединению одного или двух ионов водорода. При присоединении одного протона получаются соединения гидразиния с зарядом 1+, двух протонов - гидразиния 2+, содержащие соответственно ионы N 2 H 5 + и N 2 H 6 2+ . Водные растворы гидразина обладают основными свойствами, но его основность значительно меньше, чем у аммиака:

N 2 H 4 + H 2 O → + + OH − (K b = 3,0·10 −6)

(для аммиака K b = 1,78·10 −5) Протонирование второй неподеленной пары электронов протекает ещё труднее:

H 2 O → 2+ + OH − (K b = 8,4·10 −16)

Известны соли гидразина - хлорид N 2 H 5 Cl, сульфат N 2 H 6 SO 4 и т. д. Иногда их формулы записывают N 2 H 4 · HCl, N 2 H 4 · H 2 SO 4 и т. д. и называют гидрохлорид гидразина, сульфат гидразина и т. д. Большинство таких солей растворимо в воде.

NH 3 + NaClO NH 2 Cl + NaOH NH 2 Cl + NH 3 N 2 H 4 · HCl,

реакция проводится при температуре 160 °C и давлении 2,5−3,0 МПа.

Синтез гидразина окислением мочевины гипохлоритом по механизму аналогичен синтезу аминов из амидов по Гофману:

H 2 NCONH 2 + NaOCl + 2 NaOH N 2 H 4 + H 2 O + NaCl + Na 2 CO 3 ,

реакция проводится при температуре ~100 °C и атмосферном давлении.

Применение

Гидразина сульфат применяется в случае таких заболеваний, как неоперабельные прогрессирующие распространенные формы, рецидивы и метастазы злокачественных опухолей - рак легкого (особенно немелкоклеточный), молочных желез, желудка, поджелудочной железы, гортани, эндометрия, шейки матки, десмоидный рак, саркома мягких тканей, фибросаркома, нейробластома, лимфогранулематоз, лимфосаркома (монотерапия или в составе полихимиотерапии).

Гидразин и его производные, такие как метилгидразин , несимметричный диметилгидразин и их смеси (аэрозин) широко распространены как ракетное горючее. Они могут быть использованы в паре с самыми разными окислителями, а некоторые и в качестве однокомпонентного топлива, в этом случае рабочим телом двигателя являются продукты разложения на катализаторе. Последнее удобно для маломощных двигателей.
Во время Второй мировой войны гидразин был применён в Германии на реактивных истребителях «Мессершмитт Ме-16З ».

Теоретические характеристики различных видов ракетного топлива, образованных гидразином с различными окислителями.

Окислитель

Окислитель	Удельная тяга (Р1, с*)	Температура сгорания °С	Плотность топлива г/см³	Прирост скорости, ΔVид,25, м/с	Весовое содерж.горючего %
Фтор	364,4 с	°С	1,314	5197 м/с	31 %
Тетрафторгидразин	334,7 с	°С	1,105	4346 м/с	23,5 %
ClF 3	294,6 с	°С	1,507	4509 м/с	27 %
ClF 5	312,0 с	°С	1,458	4697 м/с	26,93 %
Перхлорилфторид	295,3 с	°С	1,327	4233 м/с	40 %
Фторид кислорода	345,9 с	°С	1,263	4830 м/с	40 %
Кислород	312,9 с	°С	1,065	3980 м/с	52 %
Перекись водорода	286,9 с	°С	1,261	4003 м/с	33 %
N 2 O 4	291,1 с	°С	1,217	3985 м/с	43 %
Азотная кислота	279,1 с	°С	1,254	3883 м/с	40 %

• Удельная тяга равна отношению тяги к весовому расходу топлива; в этом случае она измеряется в секундах (с = Н·с/Н = кгс·с/кгс). Для перевода весовой удельной тяги в массовую её надо умножить на ускорение свободного падения (примерно равное 9,81 м/с²)

Гидразин также применяется в качестве топлива в гидразин-воздушных низкотемпературных топливных элементах.

Завод по производству гидразина в России построен в рамках организации производства стратегических, дефицитных и импортозамещающих материалов. Он расположен в Нижегородской области, проектная мощность — 15 т в год. В настоящее время идут комплексные испытания оборудования.

Производство гидразина и гептила (несимметричный диметилгидразин) в России было свернуто в 1990-е годы. С тех пор гидразин закупался за рубежом, в основном в Германии. В 2014 году, после обострения отношений со странами западного блока, поставки гидразина в РФ прекратились.

В октябре 2014 года санкции были частично ослаблены: совет Европейского союза разрешил поставлять в Россию гидразин и гептил в тех случаях, когда топливо приобретается для реализации совместных с Европейским космическим агентством программ либо для запусков европейских космических аппаратов. Продавцам указали следить за тем, чтобы российские компании покупали строго необходимое количество топлива под конкретный проект.

Эмбарго никак не сказалось на космических программах. Точнее, сказаться пока не успело: в РФ были накоплены запасы тех марок топлива, которые попали под санкции. Главным образом, о создании запасов позаботились в Минобороны, уточнил собеседник в Роскосмосе.

— Основного ракетного топлива — несимметричного диметилгидразина, на котором работают первые ступени «Протонов» и ряд других ракет, у нас накоплено на десятилетие вперед, так что дефицита не предвидится, — заверил Иван Моисеев, научный руководитель Института космической политики. — А вот с особо чистыми гидразинами, такими как амидол, возникают проблемы. Поэтому Роскосмос и решил этот вопрос оперативно.

Вещество с очень простой формулой и очень непростой историей, в которой были и взлеты (в прямом смысле этого слова), и падения (к счастью, в основном в переносном). Это гидразин — H 2 N—NH 2 .

История с предысторией

В том, что гидразин был открыт в самом конце XIX века, сомневаться не приходится. В менделеевских «Основах химии», равно как и в «Истории химии» Микеле Джуа, первооткрывателем гидразина назван Теодор Курциус (1857—1928) — известный в свое время химик, профессор в Киле и Гейдельберге.

Однако во французских книгах по истории химии утверждается, что чистый безводный гидразин был получен лишь через семь лет после опытов Курциуса, в 1894 году, французским химиком Лобре де Брином. Курциус же получил лишь сульфат гидразина — соль состава N 2 H 4 -H 2 SO 4 .

Как он есть

Не слишком привлекательно выглядело новое вещество. Бесцветная довольно вязкая жидкость, дымящаяся на воздухе, с запахом нашатырного спирта, не очень стойкая к окислителям (склонная к самовоспламенению) и гигроскопичная. Но были у гидразина свойства, заинтересовавшие химиков. Например, он оказался восстановителем, причем очень активным. Окислы многих металлов — железа, хрома, меди — при контакте с ним восстанавливались столь бурно, что избыток гидразина воспламенялся и горел фиолетовым пламенем.

Позже выяснили, что под действием этих окислов происходит каталитическое разложение гидразина на газообразные азот и аммиак. Таким образом, он оказался пригоден в качестве ракетного топлива. Но с этой точки зрения гидразином заинтересовались спустя много лет. Пока же его изучали как достаточно своеобразный химический феномен.

Тепла при горении гидразина выделяется сравнительно мало—намного меньше, чем при горении углеводородов. Гидразингидрат в этом смысле еще хуже. Но оба они хорошо горят при малых затратах окислителя (последним могут быть воздух и кислород, перекись водорода, азотная кислота и фтор; кроме того, как мы уже знаем, гидразин может создавать реактивную тягу и без помощи реакции окисления, разлагаясь на катализаторах). Это обстоятельство, а также большое количество образующихся при горении газов сделали гидразин и его производные незаменимыми веществами ракетных полигонов.

Макро и микро

Двигателем второй ступени ракет «Космос», посредством которых в 1962— 1967 гг. на космические орбиты выведено около 200 искусственных спутников Земли, был жидкостной реактивный двигатель РД-119. Горючим для него служило вещество, обозначаемое в справочниках четырьмя буквами: НДМГ. Расшифровываются они так: несимметричный диметилгидразин. Еще одно важное для ракетной техники производное гидразина! Его формула: (CH 3) 2 NNH 2 .

В отличие от безводного гидразина и гидразингидрата это вещество легко, в любых соотношениях, смешивается не только с водой, но и с нефтепродуктами. НДМГ входит в состав многих жидких ракетных топлив. Известное американское горючее для ЖРД «Аэрозин-50» это смесь гидразина и НДМГ.

НДМГ от гидразина отличается не сильно: то же агрегатное состояние, близкие химические и физические свойства, тот же малоприятный запах.

Одна существенная частность. Несимметричный диметилгидразин — хороший растворитель. Поэтому в нем набухают, утрачивая прочность и плотность, большинство известных прокладочных материалов. Исключение составляют лишь некоторые специальные резины, полиэтилен и, конечно, «пластмассовая платина» — фторопласт-4.

Пределы взрывоопасных концентраций для смесей НДМГ с воздухом чрезвычайно широки: от 2 до 99% НДМГ по объему. Уже поэтому лучше не допускать его контакта с воздухом. Но есть и другие причины. Во-первых, он окисляется кислородом; во-вторых, взаимодействует с двуокисью углерода, содержащейся в воздухе (при этом образуются твердые соли); в-третьих, как и гидразин, НДМГ поглощает из воздуха влагу. Все три процесса приводят к порче достаточно дорогого НДМГ. Потому эту непростую жидкость рекомендуют хранить под азотной «подушкой».

Выше рассказано о наиболее известных примерах использования гидразина и его производных в ракетной технике. Однако это был, если хотите, итог, высшая точка взлета. А предшествовали ей события менее знаменательные.

Многим знакомо имя немецкого инженера и изобретателя Хельмута Вальтера. До начала второй мировой войны он был техническим руководителем небольшой приборостроительной фирмы, а к концу войны стал одним из самых почитаемых (и глубоко засекреченных) деятелей науки и техники в фашистской Германии. Как и Вернер фон Браун, он разрабатывал «оружие возмездия», на которое так рассчитывали гитлеровцы и которое им почти ничего не дало.

Вся карьера Вальтера связана с концентрированными растворами перекиси водорода. Их он использовал и в двигателях для подводной лодки новой конструкции, и в реактивном двигателе собственной конструкции. Восьмидесяти процентная перекись водорода работала в этом двигателе как окислитель, горючим же для него служила смесь почти равных количеств метилового спирта и гидразингидрата. Гидразингидрат в составе топлива обеспечивал его легкое и безотказное самовоспламенение.

Двигатели Вальтера устанавливали на истребителях Мессершмитта «Ме-163» и на пилотируемом самолете-снаряде «Наттер». Последний предназначался для борьбы с бомбардировочной авиацией. Примитивная деревянная конструкция самолета несла мощный заряд из 24 твердотопливных реактивных снарядов. После залпа летчик и дорогостоящий двигатель спасались на парашютах, а «Наттер» самоуничтожался в воздухе.

Дальше испытаний (сентябрь 1944 г.) затея с «Наттером» не пошла. Она не повлияла на исход войны, как, впрочем, и другие начинания Хельмута Вальтера. Однако работы по использованию гидразина и его производных в качестве реактивного топлива были продолжены в разных странах. В частности, в США вскоре после войны построены ракеты «Бомарк», «Авангард», «Тор-Эйбл», «Найк-Аякс», работающие на смеси, несимметричного диметилгидразина и керосина. Позже НДМГ вошел в состав топлива двигателей второй ступени ракет «Тор-Дельта», «Торад-Дельта», «Тор-Аджена», «Торад-Аджена». Он же входил в состав горючего первой и второй ступеней мощных ракет-носителей «Титан-М», «Титан-Ill». А в реактивном двигателе французского истребителя- бомбардировщика «Мираж-111» НДМГ используют как активизирующую добавку к традиционному топливу.

Современной космической технике нужны не только гигантские двигатели ракет первой и второй ступени. В последнее время все больше внимания уделяют разработке микрореактивных двигателей, с помощью которых корабли и спутники перемещаются в открытом космосе в условиях невесомости — меняют орбиты, маневрируют. В этих микродвигателях гидразину тоже отводят важную роль.

В условиях орбитального полета одним из самых главных требований к ракетному топливу становятся простота и надежность его воспламенения (или начала реакции самопроизвольного разложения с выделением газообразных продуктов). С этой точки зрения гидразин и его производные не имеют равных. Они воспламеняются очень легко, а разложение гидразина на азот и аммиак возможно как под действием нагрева, так и под влиянием катализаторов. В итоге микродвигатели с гидразином и его производными изготавливают в нескольких странах.

Но не только в космосе, не только для космической техники нужен нам гидразин. Сегодня химии гидразина посвящено много исследований и книг. Производных его получены сотни тысяч, и некоторые из них оказались практически значимыми.

В терапевтической практике используют многие биологически активные вещества — производные гидразина. Известна, в частности, группа лекарств от туберкулеза, в которых действующим началом стал гидразид изоникотиновой кислоты — производное гидразина. Другие его производные используют как средство против нервных депрессий.

А гидразид малеиновой кислоты — стимулятор роста картофеля, сахарной свеклы, винограда, табака.

Конечно, далеко не все производные гидразина применимы для подобных целей. Давно известно, что и сам гидразин, и его простейшие производные, применяемые в ракетной технике, токсичны. Сообщения о токсичности многих производных гидразина, появившиеся в медицинской литературе в последние годы, заставляют относиться к этим веществам с еще большей настороженностью и вниманием. Однако от их вредностей научились защищаться достаточно надежно.

Разработаны и кое-где уже используются на практике высокоэффективные и надежные гидразин-воздушные и гидразин-кислородные топливные элементы — химические источники тока. Они работали, в частности, вместо аккумуляторов на борту канадской одноместной научно-исследовательской подводной лодки «Стар».

При работе в топливном элементе из сравнительно ядовитого гидразина (или гидразингидрата) образуются лишь совершенно безвредные вода и азот. Электрическая энергия вырабатывается благодаря протекающей на аноде реакции:

Экологическая безвредность — главное достоинство таких источников тока.

Гидразин-воздушные топливные элементы прошли успешные испытания на микромотоцикле и грузовом электромобиле, развивавшем скорость больше 70 километров в час.

Одним словом, гидразину нашлось дело и в космосе, и под водой, и на земле.