డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్

డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్ఒక రసాయన సమ్మేళనం.దీనిని సాధారణంగా నైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్ అనికూడా వ్యవహరిస్తుంటారు.ఈ సంయోగపదార్థం ఒక అకర్బన సంయోగపదార్థం.ఈ సమ్మేళన పదార్థం యొక్క అణు సంకేత పదంN₂O₄. పలు రసాయనాలసంశ్లేషణలో ఇది ఎంతో ఉపయోకరమైన రసాయనకారకం.ఇది నైట్రోజన్ ఆక్సైడ్ తోరసాయన సామ్యమిశ్రణము (Equilibrium mixture) ఏర్పరచును.

డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్

Full structural formula Space-filling model
పేర్లు
IUPAC నామము Dinitrogen tetroxide
ఇతర పేర్లు Dinitrogen(II) oxide(-I)
గుర్తింపు విషయాలు
సి.ఎ.ఎస్. సంఖ్య	[10544-72-6]
పబ్ కెమ్	25352
యూరోపియన్ కమిషన్ సంఖ్య	234-126-4
సి.హెచ్.ఇ.బి.ఐ	CHEBI:29803
ఆర్.టి.ఇ.సి.యస్. సంఖ్య	QW9800000
SMILES	[O-][N+](=O)[N+]([O-])=O
అంతర్జాతీయ రసాయన గుర్తింపు InChI=1/N2O4/c3-1(4)2(5)6
ధర్మములు
రసాయన సూత్రం	N2O4
మోలార్ ద్రవ్యరాశి	92.011 g/mol
స్వరూపం	colourless liquid / orange gas
సాంద్రత	1.44246 g/cm3 (liquid, 21 °C)
ద్రవీభవన స్థానం	−11.2 °C (11.8 °F; 261.9 K)
బాష్పీభవన స్థానం	21.69 °C (71.04 °F; 294.84 K)
నీటిలో ద్రావణీయత	reacts
బాష్ప పీడనం	96 kPa (20 °C)[1]
వక్రీభవన గుణకం (nD)	1.00112
నిర్మాణం
అణు ఆకృతి	planar, D2h
ద్విధృవ చలనం	zero
ఉష్ణగతిక రసాయన శాస్త్రము
నిర్మాణము మారుటకు కావాల్సిన ప్రామాణిక ఎంథ్రఫీ ΔfHo298	+9.16 kJ/mol[2]
ప్రామాణిక మోలార్ ఇంథ్రఫీ So298	304.29 J K−1 mol−1[2]
ప్రమాదాలు
ఇ.యు.వర్గీకరణ	{{{value}}}
R-పదబంధాలు	R26, R34
S-పదబంధాలు	(S1/2), S9, S26, S28, S36/37/39, S45
జ్వలన స్థానం	{{{value}}}
సంబంధిత సమ్మేళనాలు
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa).
Y verify (what is YN ?)
Infobox references

భౌతిక లక్షణాలు

డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్ రంగులేని ద్రవం.వాయువుగా మారినపుడు ఆరెంజి రంగు కలిగిఉండును.డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్ యొక్క అణుభారం 92.011 గ్రాములు/మోల్.డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్ సమ్మేళనం యొక్క సాంద్రత 1.44246 గ్రాములు/సెం.మీ³.డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్ ద్రవీభవన స్థానం (మైనస్) -11.2 °C (11.8 °F;261.9 K). బాష్పీభవన స్థానం 21.69 °C (71.04 °F; 294.84K).ఈరసాయన సమ్మేళనపదార్థం నీటితో చర్య జరుపును.డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్ యొక్క బాష్పవత్తిడి:96 kPa (20 °C).డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్ వక్రీభవనసూచిక: 1.00112

అణు సౌష్టవం-లక్షణాలు

నైట్రోజన్ డయాక్సైడ్‌తో డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్ సామ్యమిశ్రణము (equilibrium mixture) ఏర్పరచును^[3]. డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్ అణువు సమతలం (planar) గాఉండును.నైట్రోజన్-నైట్రోజన్ (N-N) పరమాణువు బంధదూరం1.78 Å, నైట్రోజన్-ఆక్సిజన్ బంధదూరం 1.19 Å. నైట్రోజన్ ఆక్సైడ్ అణువులో రెండు నైట్రోజన్పరమాణువుల మధ్యనున్న బంధం బలహీనమైనది కావటం వలన, సాధారణంగా నైట్రోజన్-నైట్రోజన్ పరమాణువుల మధ్య ఉండు బంధదూరం 1.45 Å కన్న నైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్ అణువులో రెండునైట్రోజన్ పరమాణువుల మధ్యదూరం అధికంగా ఉన్నది^[4].

నైట్రోజన్ డయాక్సైడ్ వలె కాకుండా డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్‌లో జతకట్టని ఎలక్ట్రాన్‌లు లేనందున, ఇది ఒక డయామాగ్నటిక్ (diamagnetic) పదార్థం^[5] .డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్ రంగులేని ద్రవం అయినప్పటికీ, నైట్రోజన్ డయాక్సైడ్ ను కలిసి ఉన్నప్పుడు బ్రౌన్ఛాయకలిగిన పసుపువర్ణంలో కన్పిస్తుంది, ఈ క్రింది సూత్రానికి అనుగుణంగా సామ్యమిశ్రణము అనుసరిస్తూ ..

N₂O₄ ⇌ 2 NO₂

ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతవలన, డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్ యొక్క సామ్యమిశ్రణ నైట్రోజన్ డయాక్సైడువైపుమొగ్గు చూపును.నైట్రోజన్ డయాక్సైడును కలిగి ఉన్న పొగమంచు (smog) యొక్క భాగాంశం, డై నైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్.

ఉత్పత్తి

అమ్మోనియాను ఉత్ప్రేరకయుత ఆక్సీకరణ (catalytic oxidation) కావించుట ద్వారా డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్ ఉత్పత్తి అగును. దహన ఉష్ణోగ్రతను తగ్గించుటకు నీటిఆవిరి (steam) ని విలీనకారి (diluents) గా ఉపయోగిస్తారు. మొదటిదశలో అమ్మోనియాను ఆక్సికరించడంవలన నైట్రిక్ ఆక్సైడ్ ఏర్పడును.

2NH₄ + 3O₂ → 2NO + 4H₂O

అత్యధిక శాతం నీటిఆవిరి, నీరుగా ద్రవికరణచెందును . కారణంగా వాయువులు ఉష్ణోగ్రతతగ్గి చల్లబడును .ఏర్పడిన నైట్రిక్ ఆక్సైడ్ ఆక్సీకరణ వలన నైట్రిక్ ఆక్సైడ్‌ను ఏర్పరచును. పిమ్మట నైట్రిక్ ఆక్సైడ్, అణురూపకత వలన డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్‌గా పరివర్తన చెందును.

2NO + O₂ → 2NO₂

2NO₂ ⇌ N₂O₄

మిగిలిన నీటిని నైట్రిక్ ఆమ్లంగా తొలగించెదరు.ఏర్పడిన శుద్ధమైన డైనైట్రోజన్ టెట్రాఆక్సైడ్‌ను బ్రైన్‌కుల్ద్ లిక్విఫైర్‌లో ద్రవీకరించెదరు.

రసాయన చర్యలు

నైట్రిక్ ఆమ్లాన్ని/నత్రికామ్లాన్ని భారీప్రమాణంలో డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడు నుండే ఉత్పత్తి కావింతురు. ఇది నీటితో చర్యవలన నైట్రస్ ఆమ్లాన్ని, నైట్రిక్ ఆమ్లాన్ని ఏర్పరచును.

N₂O₄ + H₂O → HNO₂ + HNO₃

పైచర్యలో సహఉత్పాదితం అయ్యిన నైట్రస్ ఆమ్లాన్ని (HNO2) వేడిచెయ్యడంతో అసమతుల్యత (disproportionates) వలన నైట్రోజన్ మొనాక్సైడు, నైట్రిక్ ఆమ్లంగా విడిపోవును.నైట్రోజన్ మొనాక్సైడు ఆక్సిజనుతో కలవడం వలన తిరిగి నైట్రోజన్ డయాక్సైడుగా మార్పు చెందును.

2 NO + O₂ → 2 NO₂

చర్య సమయంలో ఏర్పడిన నైట్రోజన్ డయాక్సైడు (డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడు కూడా) తిరిగి చర్యాచక్రియంలో చేరడం వలన తిరిగి నైట్రస్, నైట్రిక్ ఆమ్ల మిశ్రమం ఏర్పడును.

రాకెట్ చోదకంగా వినియోగము

డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్‌ను గదిఉష్ణోగ్రతవద్ద ద్రవంగా నిల్వచెయ్యగలగడం వలన, రాకెట్ చోదకాలలో ఆక్సీకరణిగా ప్రాధాన్యంగా వాడబడు రసాయన] పదార్థం.1950 నాటికే అమెరికా (USA), రష్యా లలో పలు రాకెట్లలో ఉపయోగించు చోదకం (propellant) గా మొదటిఎన్నిక అవకాశం డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడుదే.పలు రాకెట్ఇంధనాలలో హైడ్రాజీన్^తోకలపి హైపర్‌గోలిక్ చోదకంగా ఉపయోగిస్తారు.ఇస్రో వారు రూపొంది స్తున్న జీఎస్ఎల్‌వి శ్రేణికి చెందిన ఉపగ్రహ వాహకాలలో డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్‌ను చోదకం ఉపయోగిస్తున్నారు. డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్‌ను మొదట టైటాన్ రకపు రాకెట్లు ICBMsలో వాడేవారు తరువాత పలు ఉపగ్రహ ప్రయోగ వాహనాల్లో, అంతరిక్షవాహనాల్లో డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్‌ను ఉపయోగించుచున్నారు. అమెరికాకు చెందిన జెమిని, అపోలో అంతరిక్ష వాహనాల్లోను స్పేస్ సెటిల్ లోను ఉపయోగించారు. చాలా భూ స్థిరకక్ష్యలో పరిభ్రమించు చాలా ఉపగ్రహాలలో, ఉపగ్రహంలో నిల్వఉంచు చోదకఇంధనంగా ఉపయోగిస్తారు. అలాగే సుదూర అంతరిక్ష ప్రయాణం చెయ్యుశోధని (probe) లలో కూడా డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడును ఉపయోగిస్తారు.

నాసాకూడా రాబోవుకాలంలో, షటిల్ అంతరిక్షనౌక (shuttle) స్థానంలో కొత్తగా తయారుచెయ్యబోయే క్రూ వాహనం (crew vehicle) లలో డైనైట్రోజన్ టెట్రాఅక్సైడునే చోదకంగా ఉపయోగించబోతున్నది.అలాగే రాష్యావారి ప్రోటాన్‌రాకెట్‌లలో కూడా డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడు ప్రాధాన్య చోదకం.డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడును చోదకంగా వాడునపుడు, నైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్ అని సాధారణంగా పిలుస్తారు., క్లుప్తంగా NTO అని విస్తృతంగా పిలుస్తారు. NTOతో తరచుగా తక్కువప్రమాణంలో నైట్రిక్ ఆసిడ్‌తో కలిపి చోదకంగా వాడెదరు. ఈ విధంగా మిశ్రమంగాచేసిన చోదకాన్ని నైట్రోజన్ మిశ్రమఆక్సైడులు లేదా MON అంటారు.ప్రస్తుతం చాలాఅంతరిక్షవాహనాలలో NTOకు బదులుగా MON ను ఉపయోగిస్తున్నారు.స్పేస్ షటిల్ రీయాక్షన్ కంట్రోల్ సిస్టంలో MON3 (3%/భారం NOను కలిగిన నైట్రోజన్ టెట్రాఆక్సైడ్) ఉపయోగిస్తారు.^[6]

అపోలో-సోయుజ్‌లో ప్రమాదం

జులై 24, 1975లో అపోలో-సోయుజ్ టెస్ట్‌ప్రాజెక్టు సందర్భంగా, చివరిగా క్రిందికి వచ్చుసమయంలో అందులోని ముగ్గురువ్యోమగాములు నైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడ్ విషప్రభావానికి గురైనారు.పొరబాటున లేదా ప్రమాద వశాత్తున స్విచ్ ను తప్పుడు దిశలో ఉంచడం వలన, నైట్రోజన్ టెట్రాఆక్సైడ్ వేపరులు బయటికివెళ్లి తిరిగి, క్యాబిన్‌కు గాలి లోపలివచ్చు మార్గంద్వారా లోపలిరావడం వలన ఈ ప్రమాదం సంభవవించినది, ఫలితంగా భూమిమీదకు చేరేటప్పటికి ఒకవ్యోమగామి సృహకొల్పోయ్యాడు.వ్యోమగాములందరికి రసాయనికంగా సంక్రమించిన న్యుమోనియా, ఎడేమా (edema) నియంత్రణకు 14 రోజులపాటు ఆసుపత్రిలో చికిత్స చెయ్యవలసి వచ్చింది.

డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడు ఉపయోగించి విద్యుతు ఉత్పత్తి

డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడు తిరిగి నైట్రోజన్ ఆక్సైడుగా విఘటన చెందు స్వభావాన్ని ఉపయోగించుకొని కొన్నిరకాల అభివృద్ధిపరచిన విద్యుతుజనకాల ద్వారా విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేస్తున్నారు. చల్లని డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడును సంకోచింపచేసి, వేడి చేసిన, అణుభారంలో సగంవంతు నైట్రోజన్ డయాక్సైడుగా విఘటన చెందును.వేడి నైట్రోజన్ డయాక్సైడును టర్బైన్‌లోకి పంపి వ్యాకోచం చెందించెదరు, ఈ క్రమంలో టర్బైన్ తిరుగుతుంది. టర్బైనులో వ్యాకోచంవలన చల్లబడి, పీడనం తగ్గిన నైట్రోజన్ డయాక్సైడును హీట్ సింకులో మరింత చల్లబరచిన, నైట్రోజన్ డయాక్సైడు తిరిగి డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడుగా ఏర్పడి, మొదటి అసలు అణుభారాన్ని సంతరించుకొనును.ఉత్పతి ప్రక్రియ ఈ విధంగా చక్రీయంగా కొనసాగుతూనే ఉండటంవలన టర్బైన్ తిరిగి విద్యుతు అగును.

లోహ నైట్రేటుల సంశ్లేషణ

డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడు [NO⁺] [NO3⁻]లవణంలా ప్రవర్తించును. ఇందులో [NO⁺] బలమైన ఆక్సీకరణి కావడంవలన లోహాలతో చర్యవలన లోహనైట్రేట్‌లు ఏర్పడును.

2 N₂O₄ + M → 2 NO + M(NO₃)₂

ఇక్కడ M = Cu, Zn, or Sn

సంపూర్ణ నిర్జలపరిస్థితులలో డైనైట్రోజన్ టెట్రాక్సైడును ఉపయోగించి లోహనైట్రేట్‌లను ఉత్పత్తి చేసిన, పరివర్తకలోహాలు వివిధ స్థాయిలలో సమన్వయ/సమయోజిత (covalent) లోహనైట్రేట్ లను ఏర్పడును.

నిర్జల కాపర్ నైట్రేట్ గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద నేరుగా ఆవిరి (ఉత్పతనం) చెందును.టైటానియం నైట్రేట్ వ్యాక్యుంలో 40 °C వద్దనే ఉత్పతనం (sublime) చెందును.పలు పరివర్తక లోహాల నిర్జలనైట్రేట్‌లు ఆకర్షణమైన రంగులు కలిగి ఉన్నాయి.ఈ భాగపు రసాయన శాస్త్రవిజ్ఞానాన్ని 1960 నుండి 1970 వరకు బ్రిటన్‌లోని నాటింగ్‌హామ్ విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన క్లిఫోర్డ్ అడిసన్ (Clifford Addisson, నోరమ్న్ లోగన్ (Noramn Logan) అభివృద్ధి పరచారు.

మూలాలు

1. International Chemical Safety Card
2. P.W. Atkins and J. de Paula, Physical Chemistry (8th ed., W.H. Freeman, 2006) p.999
3. Henry A. Bent Dimers of Nitrogen Dioxide. II. Structure and Bonding Inorg. Chem., 1963, 2 (4), pp 747–752
4. R.H. Petrucci, W.S. Harwood and F.G. Herring General Chemistry (8th ed., Prentice-Hall 2002), p.420
5. Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
6. "ఆర్కైవ్ నకలు". Archived from the original on 2008-05-11. Retrieved 2015-09-13.