| |||
| Имена | |||
|---|---|---|---|
| Название ИЮПАК Нитрометан | |||
| Предпочтительное название IUPAC Нитрометан [1] | |||
| Другие имена Нитрокарбол | |||
| Идентификаторы | |||
3D модель ( JSmol ) | |||
| ЧЭБИ | |||
| ЧЭМБЛ | |||
| ChemSpider | |||
| ECHA InfoCard | 100.000.797  | ||
| КЕГГ | |||
PubChem CID | |||
| Номер RTECS |
| ||
| UNII | |||
CompTox Dashboard ( EPA ) | |||
| |||
| |||
| Характеристики | |||
| CH 3 NO 2 | |||
| Молярная масса | 61,04 г / моль | ||
| Внешность | бесцветная маслянистая жидкость [2] | ||
| Запах | Легкий, фруктовый [2] | ||
| Плотность | 1,1371 г / см 3 (20 ° C) [3] | ||
| Температура плавления | -28,7 ° С (-19,7 ° F, 244,5 К) [3] | ||
| Точка кипения | 101,2 ° С (214,2 ° F, 374,3 К) [3] | ||
| Критическая точка ( T , P ) | 588 К, 6,0 МПа [4] | ||
| ок. 10 г / 100 мл | |||
| Растворимость | смешивается с диэтиловым эфиром , ацетоном , этанолом [3] | ||
| Давление газа | 28 мм рт. Ст. (20 ° C) [2] | ||
| Кислотность (p K a ) | 17,2 в ДМСО; 10,21 в воде [5] [6] | ||
Магнитная восприимчивость (χ) | -21,0 · 10 −6 см 3 / моль [7] | ||
| Теплопроводность | 0,204 Вт / (м · К) при 25 ° C [8] | ||
Показатель преломления ( n D ) | 1,3817 (20 ° C) [3] | ||
| Вязкость | 0,63 сП при 25 ° C [8] | ||
Дипольный момент | 3,46 [9] | ||
| Термохимия [10] | |||
Теплоемкость ( C ) | 106,6 Дж / (моль · К) | ||
Стандартная мольная энтропия ( S | 171,8 Дж / (моль · К) | ||
Std энтальпия формации (Δ F H ⦵ 298 ) | -112,6 кДж / моль | ||
Свободная энергия Гиббса (Δ f G ˚) | -14,4 кДж / моль | ||
| Опасности | |||
| Основные опасности | Легковоспламеняющийся, опасный для здоровья | ||
| Паспорт безопасности | См .: страницу данных | ||
| Пиктограммы GHS | |||
| Сигнальное слово GHS | Опасность | ||
Формулировки опасности GHS | H203 , H226 , H301 , H331 , H351 | ||
Меры предосторожности GHS | P210 , P261 , P280 , P304 + 340 , P312 , P370 + 378 , P403 + 233 | ||
| NFPA 704 (огненный алмаз) |  3 2 3 | ||
| точка возгорания | 35 [9] ° С (95 ° F, 308 К) | ||
самовоспламенения температуру | 418 [9] ° С (784 ° F, 691 К) | ||
| Пределы взрываемости | 7–22% [9] | ||
Пороговое предельное значение (ПДК) | 20 частей на миллион [9] | ||
| Смертельная доза или концентрация (LD, LC): | |||
LD 50 ( средняя доза ) | 940 мг / кг (перорально, крыса) 950 мг / кг (перорально, мышь) [11] | ||
LD Lo ( самый низкий опубликованный ) | 750 мг / кг (кролик, перорально) 125 мг / кг (собака, перорально) [11] | ||
LC Lo ( самый низкий опубликованный ) | 7087 частей на миллион (мышь, 2 часа) 1000 частей на миллион (обезьяна) 2500 частей на миллион (кролик, 12 часов) 5000 частей на миллион (кролик, 6 часов) [11] | ||
| NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США): | |||
PEL (Допустимо) | TWA 100 частей на миллион (250 мг / м 3 ) [2] | ||
REL (рекомендуется) | нет [2] | ||
IDLH (Непосредственная опасность) | 750 частей на миллион [2] | ||
| Родственные соединения | |||
Родственные нитросоединения | нитроэтан | ||
Родственные соединения | метилнитрит метил нитрат | ||
| Страница дополнительных данных | |||
Структура и свойства | Показатель преломления ( n ), диэлектрическая проницаемость (ε r ) и т. Д. | ||
Термодинамические данные | Фазовое поведение твердое тело – жидкость – газ | ||
Спектральные данные | УФ , ИК , ЯМР , МС | ||
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |||
 проверить ( что есть ?)  | |||
| Ссылки на инфобоксы | |||
Нитрометан , иногда сокращенно до просто Нитро , представляет собой органическое соединение с химической формулой CH.
3НЕТ
2. Это простейшее органическое нитросоединение . Это полярная жидкость, обычно используемая в качестве растворителя в различных промышленных применениях, таких как экстракция, в качестве реакционной среды и в качестве очищающего растворителя. В качестве промежуточного продукта в органическом синтезе он широко используется в производстве фармацевтических препаратов, пестицидов, взрывчатых веществ, волокон и покрытий. [12] Нитрометан используется в качестве топливной добавки в различных автоспорте и хобби, например, в дрэг-рейсингах Top Fuel и в миниатюрных двигателях внутреннего сгорания в радиоуправлении , линиях управления и в моделях самолетов для свободного полета .
Подготовка [ править ]
Нитрометан производят в промышленных масштабах путем объединения пропана и азотной кислоты в газовой фазе при 350–450 ° C (662–842 ° F). Эта экзотермическая реакция дает четыре промышленно значимых нитроалкана: нитрометан, нитроэтан , 1-нитропропан и 2-нитропропан . В реакции участвуют свободные радикалы, в том числе алкоксильные радикалы типа CH 3 CH 2 CH 2 O, которые возникают в результате гомолиза соответствующего сложного нитритного эфира . Эти алкокси-радикалы подвержены реакциям фрагментации C — C, что объясняет образование смеси продуктов. [12]
Лабораторные методы [ править ]
Его можно приготовить другими методами, имеющими учебную ценность. Реакция хлорацетата натрия с нитритом натрия в водном растворе дает это соединение: [13]
- ClCH 2 COONa + NaNO 2 + H 2 O → CH 3 NO 2 + NaCl + NaHCO 3
Использует [ редактировать ]
В основном нитрометан используется в качестве стабилизатора хлорированных растворителей, которые используются в химической чистке , обработке полупроводников и обезжиривании. Он также наиболее эффективно используется в качестве растворителя или растворяющего агента для акрилатных мономеров , таких как цианоакрилаты (более известные как «суперклеи»). [12] Он также используется в качестве топлива в некоторых формах гонок. Его можно использовать в качестве взрывчатого вещества, если он загущен несколькими процентами гелеобразователя. Этот тип смеси называется PLX . Другие смеси включают ANNM и ANNMAl - взрывоопасные смеси нитрата аммония, нитрометана и алюминиевого порошка.
В качестве органического растворителя он считается высокополярным (ε r = 36 при 20 ° C и μ = 3,5 Дебай), но апротонный и обладает очень низкой основностью по Льюису. Таким образом, это редкий пример полярного растворителя, который также является слабо координирующим. Это делает его полезным для растворения положительно заряженных, сильно электрофильных частиц. Однако его относительно высокая кислотность и взрывоопасные свойства (см. Ниже) ограничивают его применение.
Реакции [ править ]
Кислотно-основные свойства [ править ]
Нитрометан - относительно кислая углеродная кислота . Она имеет рК а , 17,2 в ДМСО растворе. Это значение указывает на то, что водный pK a составляет около 11. [14] Причина того, что он такой кислый, связана с резонансной структурой ниже:
Депротонирование происходит медленно. Протонирование конъюгированного основания O 2 NCH 2 - , которое почти изостерично нитрату , первоначально происходит при кислороде. [15]
Органические реакции [ править ]
В органическом синтезе нитрометан используется в качестве строительного блока из одного углерода . [16] [17] Его кислотность позволяет ему подвергаться депротонированию, что позволяет проводить реакции конденсации, аналогичные реакциям карбонильных соединений. Таким образом, при щелочном катализе нитрометан присоединяется к альдегидам при 1,2-присоединении в нитроальдольной реакции . Некоторые важные производные включают пестициды хлорпикрин (Cl 3 CNO 2 ), бета-нитростирол и трис (гидроксиметил) нитрометан, ((HOCH 2 ) 3 CNO 2). Восстановление последнего дает трис (гидроксиметил) аминометан, (HOCH 2 ) 3 CNH 2 , более известный как трис , широко используемый буфер . В более специализированном органическом синтезе нитрометан служит донором Майкла, добавляя к α, β-ненасыщенным карбонильным соединениям посредством 1,4-присоединения в реакции Михаэля .
В качестве моторного топлива [ править ]
Нитрометан используется в качестве топлива в автоспорте, особенно в дрэг-рейсинге , а также для радиоуправляемых моделей [12] (таких как автомобили , самолеты и вертолеты ). В этом контексте нитрометан обычно называют «нитро», и он является основным ингредиентом топлива, используемого в гонках с сопротивлением категории « Топ-топливо ».
Содержание кислорода в нитрометане позволяет ему сжигать гораздо меньше атмосферного кислорода, чем обычное топливо. При сгорании нитрометана оксид азота (NO) является одним из основных продуктов выбросов наряду с CO 2 и H 2 O. [18] Недавние (2020) исследования [19] показывают, что правильное стехиометрическое уравнение для горения нитрометана выглядит следующим образом:
- 4 CH 3 NO 2 + 5 O 2 → 4 CO 2 + 6 H 2 O + 4 NO
Количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг (2,2 фунта) бензина, составляет 14,7 кг (32 фунта), но только 1,7 кг (3,7 фунта) воздуха требуется для 1 кг нитрометана. Поскольку цилиндр двигателя может содержать только ограниченное количество воздуха на каждом такте, за один такт можно сжечь в 8,6 раз больше нитрометана, чем бензина. Нитрометан, однако, имеет более низкую удельную энергию: бензин дает около 42–44 МДж / кг, тогда как нитрометан дает только 11,3 МДж / кг. Этот анализ показывает, что нитрометан генерирует примерно в 2,3 раза больше энергии, чем бензин, в сочетании с определенным количеством кислорода.
Нитрометан также можно использовать в качестве монотоплива , т. Е. Топлива , которое горит без добавления кислорода. Следующее уравнение описывает этот процесс:
- 2 CH 3 NO 2 → 2 CO + 2 H 2 O + H 2 + N 2
Нитрометан имеет ламинарную скорость сгорания примерно 0,5 м / с, что несколько выше, чем у бензина, что делает его пригодным для высокоскоростных двигателей. Он также имеет несколько более высокую температуру пламени - около 2400 ° C (4350 ° F). Высокая теплота испарения 0,56 МДж / кг вместе с большим расходом топлива обеспечивает значительное охлаждение поступающего заряда (примерно вдвое больше, чем у метанола), что приводит к достаточно низким температурам.
Нитрометан обычно используется с богатыми топливно-воздушными смесями, поскольку он обеспечивает энергию даже в отсутствие кислорода воздуха. При использовании богатых топливовоздушных смесей продуктами сгорания являются водород и окись углерода. Эти газы часто воспламеняются, иногда очень сильно, поскольку обычно очень богатые смеси все еще горящего топлива выходят из выхлопных отверстий. Очень богатые смеси необходимы для снижения температуры горячих частей камеры сгорания, чтобы контролировать преждевременное зажигание и последующую детонацию. Детали эксплуатации зависят от конкретной смеси и характеристик двигателя.
Небольшое количество гидразина, смешанного с нитрометаном, может еще больше увеличить выходную мощность. С нитрометаном гидразин образует взрывоопасную соль, которая снова является монотопливом. Эта нестабильная смесь представляет серьезную угрозу безопасности, и Академия модельной авиации не разрешает ее использование на соревнованиях. [20]
В модельных самолетах и автомобильном тлеющем топливе основным ингредиентом обычно является метанол с некоторым количеством нитрометана (от 0% до 65%, но редко более 30%, и 10-20% смазочных материалов (обычно касторовое масло и / или синтетическое масло ). Даже в умеренных количествах нитрометана, как правило, увеличивают мощность, создаваемую двигателем (поскольку ограничивающим фактором часто является воздухозаборник), облегчая настройку двигателя (регулировку для надлежащего соотношения воздух / топливо).
Взрывчатые свойства [ править ]
Нитрометан не был известен как взрывчатое вещество, пока 1 июня 1958 года груженый им железнодорожный цистерна не взорвалась . [21] После долгих испытаний было выяснено, что нитрометан является более мощным взрывчатым веществом, чем тротил , хотя у тротила более высокая скорость детонации (VoD) и бризанс . Обе эти взрывчатые вещества бедны кислородом, и некоторые преимущества можно получить от смешивания с окислителем , таким как нитрат аммония . Чистый нитрометан является нечувствительным взрывчатым веществом с пропускной способностью около 6 400 м / с (21 000 фут / с), но даже в этом случае для снижения опасности можно использовать ингибиторы. Предполагалось, что взрыв цистерны произошел из-заадиабатическое сжатие, общая опасность для всех жидких взрывчатых веществ. Это когда маленькие пузырьки воздуха сжимаются и перегреваются при быстром повышении давления. Считалось, что оператор быстро закрывает клапан, создавая скачок давления " молотковый ".
Нитрометан также можно смешивать с нитратом аммония, который используется в качестве окислителя, с образованием взрывоопасной смеси, известной как ANNM . Ярким примером этого было использование нитрометана и нитрата аммония во время бомбардировки Оклахома-Сити .
Нитрометан используется как модельное взрывчатое вещество вместе с тротилом. Он имеет несколько преимуществ в качестве модельного взрывчатого вещества по сравнению с тротилом, а именно его однородную плотность и отсутствие твердых постдетонационных частиц, которые затрудняют определение уравнения состояния и дальнейшие вычисления.
Выхлоп нитрометана [ править ]
В этом разделе не процитировать любые источники . ( Октябрь 2018 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания, топливо которого включает нитрометан, будут содержать пары азотной кислоты , которые являются едкими и при вдыхании вызывают мышечную реакцию, из-за которой становится невозможно дышать. Остаток на основе конденсированной азотной кислоты, оставшийся в модельном двигателе на тлеющем топливе после сеанса полета модели, может также вызвать коррозию их внутренних компонентов, что обычно требует использования комбинации керосина для нейтрализации остаточной азотной кислоты и "побега". масло »(часто разновидность популярного консервирующего масла« масло для пневматических инструментов »с более низкой вязкостью ) для смазки для защиты от такого повреждения, когда такой двигатель помещается на хранение.
Очищение [ править ]
Нитрометан - популярный растворитель в органической и электроаналитической химии. Его можно очистить путем охлаждения ниже точки замерзания, промывания твердого вещества холодным диэтиловым эфиром с последующей перегонкой. [22]
См. Также [ править ]
- Топ Топливо
- Температура адиабатического пламени , термодинамический расчет температуры пламени нитрометана
- Динитрометан
- Модель двигателя
- Тринитрометан
- Тетранитрометан
- RE фактор
Ссылки [ править ]
- ^ "Front Matter". Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 (Синяя книга) . Кембридж: Королевское химическое общество . 2014. с. 662. DOI : 10.1039 / 9781849733069-FP001 . ISBN 978-0-85404-182-4.
- ^ a b c d e f Карманный справочник NIOSH по химической опасности. «# 0457» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ a b c d e Хейнс, стр. 3,414
- Перейти ↑ Haynes, p. 6,69
- Перейти ↑ Haynes, p. 5,94
- ^ Райх, Ганс. «Таблица Bordwell pKa:« Нитроалканы » » . Химический факультет Висконсинского университета . Проверено 17 января +2016 .
- Перейти ↑ Haynes, p. 3,576
- ^ а б Хейнс, стр. 6,231
- ^ a b c d e Хейнс, стр. 15,19
- Перейти ↑ Haynes, p. 5.20
- ^ a b c «Нитрометан» . Немедленно опасные для жизни или здоровья концентрации (IDLH) . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ а б в г Маркофский, С.Б. (2000). «Нитросоединения алифатические». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a17_401.pub2 . ISBN 978-3527306732.
- ^ Уитмор, ФК; Уитмор, MG (1941). «Нитрометан» . Органический синтез .; Сборник , 1 , стр. 401
- ^ Bordwell, FG; Сатиш, А.В. (1994). «Важен ли резонанс при определении кислотности слабых кислот или энтальпий диссоциации гомолитических связей (БДЭ) их кислотных связей ГК?». Журнал Американского химического общества . 116 (20): 8885–8889. DOI : 10.1021 / ja00099a004 .
- ^ Крамарц, кВт; Нортон, младший (2007). "Медленные реакции переноса протона в металлоорганической и биоорганической химии". Прогресс неорганической химии . С. 1–65. DOI : 10.1002 / 9780470166437.ch1 . ISBN 9780470166437.
- ^ Dauben, HJ Jr .; Рингольд, HJ; Уэйд, Р.Х .; Пирсон, Д.Л .; Anderson, AG Jr .; де Бур, Т.Дж.; Бэкер, HJ (1963). «Циклогептанон» . Органический синтез .; Сборник , 4 , с. 221
- ^ Ноланд, WE (1963). «2-Нитроэтанол» . Органический синтез .; Сборник , 4 , с. 833
- ^ Шрештха, Кришна Прасад; Вин, Николас; Эрбине, Оливье; Зайдель, Ларс; Баттин-Леклерк, Фредерик; Цойх, Томас; Мосс, Фабиан (01.02.2020). «Понимание горения нитрометана на основе детального кинетического моделирования - эксперименты по пиролизу в реакторах с струйным перемешиванием и проточных реакторах» (PDF) . Топливо . 261 : 116349. дои : 10.1016 / j.fuel.2019.116349 . ISSN 0016-2361 .
- ^ Шрештха, Кришна Прасад; Вин, Николас; Эрбине, Оливье; Зайдель, Ларс; Баттин-Леклерк, Фредерик; Цойх, Томас; Мосс, Фабиан (01.02.2020). «Понимание горения нитрометана на основе детального кинетического моделирования - эксперименты по пиролизу в реакторах с струйным перемешиванием и проточных реакторах» (PDF) . Топливо . 261 : 116349. дои : 10.1016 / j.fuel.2019.116349 . ISSN 0016-2361 .
- ^ «Положение AMA Competition 2015–2016 Часть 7. Топливо» (PDF) . www.modelaircraft.org . Академия модельного воздухоплавания. 15 февраля 2016 г. с. 24 . Проверено 18 апреля 2014 года .
- ^ Межгосударственная торговая комиссия. «Авария возле горы Пуласки, ИЛЛ» (PDF) . Ex Parte № 213 .
- ^ Coetzee, JF; Чанг, Т.-Х. (1986). «Рекомендуемые методы очистки растворителей и тесты на наличие примесей: нитрометан» (PDF) . Чистая и прикладная химия . 58 (11): 1541–1545. DOI : 10,1351 / pac198658111541 .
Цитированные источники [ править ]
- Хейнс, Уильям М., изд. (2011). CRC Справочник по химии и физике (92-е изд.). CRC Press . ISBN 978-1439855119.
Внешние ссылки [ править ]
- Страница веб-книги по нитрометану
- История нитрометана
- CDC - Карманный справочник NIOSH по химической опасности
