Нитрометан

Нитрометан
Общие
Систематическое наименование	нитрометан
Химическая формула	CH3NO2
Эмпирическая формула	CH3NO2
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	бесцветная жидкость
Отн. молек. масса	61.04 а. е. м.
Молярная масса	61 г/моль
Плотность	1,138 г/см³
Динамическая вязкость (ст. усл.)	0.61 мПа·с Па·с (при 20 °C)
Термические свойства
Температура плавления	-28,5 °C
Температура кипения	101,2 °C
Температура вспышки	36 °C
Энтальпия образования (ст. усл.)	-113,1 кДж/моль
Удельная теплота испарения	38,28 Дж/кг
Удельная теплота плавления	9,7 Дж/кг
Давление пара	36,4 гПа (20 °C)
Химические свойства
pKa	10.2
Растворимость в воде	10.5 г/100 мл
Оптические свойства
Показатель преломления	1,3817
Структура
Дипольный момент	3,50 Д
Классификация
Рег. номер CAS	75-52-5
RTECS	PA9800000

Нитрометан — химическое соединение с формулой СН₃NO₂, простейший представитель нитросоединений алифатического ряда.

Физические свойства

Бесцветная высокополярная жидкость(ε 35.87), имеющая запах горького миндаля; t_кип=101,2 °C, t_пл=-28,5 °C, плотность 1,138 г/см³ (20 °C); ограниченно растворим в воде — 10,5 г на 100 г воды, и растворяет 1,93 г воды в 100 г нитрометана, смешивается с обычными органическими растворителями; образует азеотропную смесь с водой (76,4 % нитрометана, t_кип=83,6 °C) ^[1] . Не растворяется в предельных углеводородах. Температура горения 4000 °C. Нитрометан горит желтым пламенем.

Химические свойства

Благодаря наличию нитрогруппы атомы водорода в нитрометане подвижны, могут отщепляться в растворе при действии оснований (pKa = 10,2).

CH₃NO₂ + NaOH → CH₂=N(O)ONa + H₂O

Нитрометан вступает во взаимодействие с кетонами, альдегидами в так называемой нитральдольной реакции или реакции Анри^[2],

например с формальдегидом

СН₃NO₂ + CH₂=О → HOCH₂CH₂NO₂.

При использовании избытка формальдегида замещяются все три атома водорода и образуется три(гидроксиметилен)нитрометан

СН₃NO₂ + 3CH₂=О → (CH₂OH)₃CNO₂

который при восстановлении образует (CH₂OH)₃CNH₂ — три(гидроксиметилен)метиламин («tris»), основной компонент трис-буфера.

Нитрометан также выступает как донор в реакции Михаэля, присоединясь к α,β-непредельным соединения по схеме 1,4-присоединения.

Взаимодействует с окисью этилена, и др. соединениями.

Получение

В химической промышленности нитрометан обычно получают деструктивным нитрованием низших алканов, например, пропана, 50-70 % азотной кислотой при 400—700 °C. В этом процессе также получается нитроэтан, 1-нитропропан, 2-нитропропан. Смесь разделяется фракционированием.

В лаборатории нитрометан может быть получен по следующей реакции (Г. Кольбе)

ClCH₂COONa + NaNO₂ + H₂O → CH₃NO₂ (35-38%) + NaCl + NaHCO₃

или реакцией бромметана с нитритом серебра

CH₃Br + AgNO₂ → CH₃NO₂ + AgBr↓

также реакцией диметилсульфата с нитритом натрия

(CH₃)₂SO₄ + 2NaNO₂ → 2 CH₃NO₂ + Na₂SO₄

Применение

• Основное применение нитрометана — в качестве растворителя (например, эфироцеллюлозных лаков, виниловых полимеров, цианакрилатов, некоторых красок), для экстрак 8+8+16+ ароматических углеводородов, в производстве хлорпикрина, некоторых взрывчатых веществ.
• В качестве реактивного топлива
• Также используется как добавка к топливу для калильных двигателей внутреннего сгорания (например у радиоуправляемых моделей).
• В качестве топлива для гоночных болидов — «nitro», «Top fuel» (драгстеров).

Содержание кислорода в нитрометане позволяет ему гореть с много меньшим количеством атмосферного воздуха по сравнению с углеводородами бензина:

4CH₃NO₂ + 3O₂ → 4CO₂ + 6H₂O + 2N₂

14,7 кг воздуха необходимо для сжигания килограмма бензина, но только 1,7 кг воздуха на один килограмм нитрометана. Так как цилиндр двигателя может содержать только ограниченное количество воздуха при каждом такте, в 8,7 раз больше нитрометана по сравнению с бензином может быть сожжено в один такт. Нитрометан,однако, имеет меньшую плотность энергии: бензин выделяет около 42–44 МДж/кг в то время как, нитрометан даёт 11,3 МДж/кг. Этот расчёт показывает, что нитрометан производит примерно в 2,3 раза больше мощности по сравнению с обычным топливом.

Нитрометан также может быть использован как монопропеллант, т. е. топливо, способное гореть без добавки кислорода, ниже уравнение этой реакции:

4CH₃NO₂ → 4CO + 4H₂O + 2H₂ + 2N₂

Нитрометан имеет ламинарную скорость горения 0,5 м/с (немного выше чем у бензина), таким образом делая его пригодным для высокоскоростных двигателей. Кроме того, температура пламени несколько выше — 2400 °C. Высокая удельная теплота парообразования (0,56 МДж/кг) вместе с высокой скоростью течения приводит к сильному охлаждению подходящего топлива (примерно вдвое больше, чем у метанола), в результате получаются довольно низкие температуры.

Нитрометан часто используют в богатых воздушно-топливных смесях, поскольку он даёт энергию даже при отсутствии атмосферного кислорода. При использовании богатой воздушно-топливной смеси, часть продуктов сгорания — водород и монооксид углерода. Эти газы часто воспламеняются, иногда впечатляюще, когда очень богатые смеси ещё горящего топлива покидают выхлопные трубы. Очень богатые смеси необходимы, чтобы снизить температуру камеры сгорания, для управления предварительным зажиганием и последующей детонацией. Рабочие детали зависят от свойства смеси и характеристики двигателя.

Небольшое количество гидразина, смешанное с нитрометаном, может ещё больше увеличить выдаваемую мощность. Гидразин образует с нитрометаном взрывоопасную соль, тоже монопропеллант. Эта нестабильная смесь представляет серьёзную опасность и запрещена к применению в авиамодельном топливе.

В авиамоделизме и автомобильном калильном топливе основной ингредиент обычно метанол, с небольшой добавкой нитрометана (от 0% до 65%, но редко больше 30%, так как нитрометан дороже метанола) и 10–20% смазки (обычно касторовое масло и/или синтетическое масло). Даже умеренные количества нитрометана приводят к увеличении мощности, выдаваемой двигателем (поскольку обычно ограничивающий фактор — приток воздуха), упрощая настройку двигателя (оптимизацию соотношения воздух/топливо).

Взрывчатые свойства

Нитрометан не относили ко взрывчатым веществам до взрыва железнодорожной цистерны 1 июля 1958 года^[3]

Очистка

Нитрометан замораживают, образующиеся кристаллы промывают диэтиловым эфиром, затем перегоняют.

Токсичность

Нитрометан ядовит при вдыхании паров или проглатывании поражает печень и почки, центральную нервную систему. Наркотик, обладающий также судорожным действием и последействием.

ЛД50=950 мг/кг для мышей.

ПДК 30 мг/м³

Примечания

1. ↑ [1] Азеотропные смеси с нитрометаном
2. ↑ de:Henry-Reaktion
3. ↑ [2]"Interstate Commerce Commission: Ex Parte No 213. "Accident Near Mt. Pulaski, ILL”

Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.