HIDRAZIN MEMANG BERBAHAYA, NAMUN MULTIGUNA

Hidrazin (juga disebut diazan) ialah suatu senyawa anorganik dengan rumus N2H4. Senyawa ini adalah suatu cairan tak berwarna  yang mudah terbakar dengan bau seperti amonia. Hidrazin sangat beracun dan berbahaya tidak stabil kecuali ditangani dalam larutan. Pada tahun 2002, sekitar 260.000 ton diproduksi setiap tahunnya. Hidrazin terutama digunakan sebagai zat berbusa dalam pembuatan busa polimer, tetapi aplikasi yang signifikan juga mencakup penggunaannya sebagai pendahulu untuk katalis polimerisasi dan obat-obatan. Selain itu, hidrazin digunakan dalam berbagai bahan bakar roket dan pembuatan prekursor gas yang digunakan dalam kantong udara. Hidrazin digunakan baik dalam kedua siklus uap pembangkit tenaga listrik nuklir maupun  konvensional sebagai pemangsa (scavenger) oksigen untuk mengontrol konsentrasi oksigen terlarut dalam upaya untuk mengurangi korosi.

Nama Sistematiknya Hidrazin; nama lainnya Diamin, Diazan. Adapun sifat-sifatnya adalah:

  • Rumus molekul: N2H4
  • Berat molekul: 32,0452 gr/mol
  • Penampilan: Cairan tak berwarna
  • Densitas: 1,021 gr/cm3
  • Titik lebur: 2 °C; 35 °F; 275 K
  • Titik didih: 114 °C; 237 °F; 387 K
  • Log P: 0,67
  • Tekanan uap: 1 kP (pada 30,7 °C)
  • Keasam (pKa): 8,10
  • Kebasaan (pKb): 5,90
  • Indek refraksi (nD): 1,46044 (pada 20 oC)
  • Viskositas: 0,876 cP
  • Bentuk molekul: Triangular piramida pada N
  • Momen dipol: 1,85 D
  • Entalpi pembentukan standar,  ΔfHo298: 50,63 kJ mol−1
  • Entropi molar standar, So298: 121,52 J K−1 mol−1
  • Bahaya:

MSDS

Kata Sinyal GHS

Laporan Bahaya GHS

Laporan Pencegahan GHS

Indeks Uni Eropa

Klasi-fikasi Uni Eropa

Titik Nyala

Suhu Menyala Sendiri

Batas eks-plosif

LD50

ICSC 0281

Danger

H226, H301, H311, H314, H317, H331, H350, H410

P201, P261, P273, P280, P301+310, P305+351+338

007-008-00-3

Beracun (T) Berbahaya Bagi Lingkungan

(N)

52 °C; 126 °F; 325 K

24 – 270 °C (75 – 518 °F; 297 – 543 K)

1,8–99,99%

59–60 mg/kg (oral pada tikus besar, tikus kecil)

Struktur Molekul dan Sifat-sifat

Hidrazin membentuk suatu monohidrat yang lebih kental (1,032 g/cm3) dibandingkan dengan bahan anhidrat.

Hidrazin dapat dapat muncul melalui kopling sepasang molekul amonia dengan penghilangkan satu hidrogen per molekul. Setiap subunit H2N-N berbentuk piramida. Jarak antara N-N adalah 1,45 Å (145 pm), dan molekulnya mengadopsi konformasi gauche. Hambatan rotasi dua kali lipat etana. Sifat-sifat struktur ini  mirip dengan gas hidrogen peroksida, yang mengadopsi konformasi anticlinal “miring” , dan juga mengalami hambatan rotasi yang kuat.

Hidrazin memiliki sifat-sifat kimia basa (alkalis) dibandingkan dengan ammonia:

N2H4 + H2O → [N2H5]+ + OH

Dengan nilai-nilai: Kb = 1,3 x 10−6 ; pKa = 8,1 (untuk ammonia Kb = 1,78 x 10−5).

Hidrazin sulit untuk di-protonasi:

[N2H5]+ + H2O → [N2H6]2+ + OH Kb = 8,4 x 10−16

Panas pembakaran hidrazin dalam oksigen (udara) ialah 1,941 x 107 J/kg (9345 BTU/lb).

Sintesis dan Pembuatan

Theodor Curtius mensintesis hidrazin bebas untuk pertama kali pada tahun 1889 melalui jalur memutar. Hidrazin diproduksi dengan proses Olin Raschig dari natrium hipoklorit (bahan aktif dalam banyak bahan pemutih) dan amonia, suatu proses  yang diumumkan pada tahun 1907. Metode ini didasarkan pada reaksi kloramin dengan amonia:

NH2Cl + NH3 → H2N-NH2 + HCl

Rute lain sintesis hidrazin meliputi oksidasi urea dengan natrium hipoklorit:

(H2N)2C=O + NaOCl + 2 NaOH → N2H4 + H2O + NaCl + Na2CO3

Hidrazin dapat disinyesis dari amonia dan hidrogen peroksida dengan proses Pechiney-Ugine-Kuhlmann, menurut reaksi di bawah ini:

2NH3 + H2O2 → H2N-NH2 + 2H2O

Dalam siklus Atofina – PCUK, hidrazin diproduksi dalam beberapa tahapan dari aseton, ammonia, dan hidrogen peroksida. Aseton dan ammonia pertama bereaksi yang menghasilkan imina diikuti dengan oksidasi dengan hidrogen peroksida yang menghasilkan oksaziridin, cincin beranggota-tiga yang mengandung karbon, oksigen, dan nitrogen, diikuti dengan ammonolisis menjadi hidrazon, suatu proses yang menggabungkan dua atom nitrogen.

Hidrazon ini bereaksi dengan satu lagi setara aseton, dan menghasilkan aseton azina yang dihidrolisis menghasilkan hidrazin, menghasilkan kembali aseton. Kecuali proses Raschig, proses ini tidak menghasilkan garam. PCUK berdiri untuk Produits Chimiques Ugine Kuhlmann, produsen zat kimia Prancis.

Hidrazin dan juga diproduksi melalui proses-proses yang disebut dengan ketazin dan peroksida. Atau dengan cara selanjutnya:

2NH3 + NaClO → N2H4 + NaCl + H2O

Aplikasi

Penggunaan mayoritas hidrazin adalah sebagai prekursor untuk bahan peniup. Senyawa spesifik termasuk azodikarbonamida dan azobisisobutironitril, yang menghasilkan 100-200 mL gas per gram prekursor. Dalam aplikasi terkait, natrium azida, zat pembentuk gas dalam kantong udara, dihasilkan dari hidrazin melalui reaksi dengan natrium nitrit.

Hidrazina juga digunakan sebagai zat pendorong (propellant) pada kendaraan ruang angkasa, dan untuk keduanya mengurangi konsentrasi oksigen terlarut di dalam dan control pH air yang digunakan dalam boiler industri besar.Jet tempur F-16 menggunakan hidrazin untuk bahan bakar unit daya darurat pesawat.

Prekursor untuk Pestisida dan Farmasi

Hidrazin ialah balok bangunan yang berguna dalam sintesis kimia organik farmasi dan pestisida. Contohnya ialah 3-amino-1,2,4-triazol dan yang lain adalah hidrazida maleat. Obat anti-TBC isoniazid dibuat dari hidrazin.

Hidrazin dalam Biologi

Hidrazin ialah “zat-antara” dalam proses oksidasi anaerob ammonia (anammox). Hidrazin diproduksi oleh beberapa ragi dan bakteria anammoks laut terbuka (Brocadia anammoxidans).  Morel palsu menghasilkan racun gyromitrin yang merupakan turunan hidrazin organik yang diubah menjadi mono-metilhidrazin oleh proses metabolisme. Bahkan yang paling populer jamur “kancing” Agaricus bisporus dapat dimakan menghasilkan turunan hidrazin organik, termasuk agaritine, turunan hidrazin dari asam amino, dan gyromitrin.

Kimia Organik

Hidrazin merupakan bagian dari banyak sintesis kimia organik, sering  mereka praktis signifikansi dalam obat-obatan, seperti obat antituberkulosis isoniazid dan anti-jamur flukonazol, serta pewarna tekstil dan fotografi.

Pembentukan Hidrazon

Ilustrasi kondensasi hidrazin dengan sebuah karbonil sederhana adalah reaksinya dengan propanon yang menghasilkan diisopropiliden hidrazin (aseton azina). Kemudian bereaksi lebih lanjut dengan hidrazin yang menghasilkan hidrazon:

2 (CH3)2CO + N2H4 → 2 H2O + [(CH3)2C=N]2

[(CH3)2C=N]2 + N2H4 → 2 (CH3)2C=NNH2

Propanon azina ialah sebuah “zat antara” dalam sintesis Atofina-PCUK. Alkilasi langsung hidrazin dengan alkil halida dengan adanya basa menghasilkan hidrazin bersubstitusi-alkil, tetapi reaksi ini sebenarnya tidak efisien karena kurang kontrol pada tingkat substitusi (sama seperti dalam amina biasa). Reduksi hidrazon menjadi hidrazin ada cara yang jelas untuk memproduksi hidrazin dialkilasi-1,1.

Dalam sebuah reaksi terkait, 2-sianopiridin bereaksi dengan hidrazin untuk membentuk hidrazida amida, yang dapat diubah menggunakan 1,2-diketon menjadi triazina.

Reduksi Wolff-Kishner

Hidrazin digunakan reduksi Wolff-Kishner, sebuah reaksi yang mengubah gugus karbonil dari sebuah keton menjadi jembatan metilena (sebuah aldehida menjadi gugus metil) melalui “zat antara” hidrazon. Produksi dinitrogen yang sangat stabil dari turunan hidrazin membantu untuk mengendalikan reaksi ini.

Kimia Heterosiklik

Yang dwi-fungsional, dengan dua amina, hidrazin merupakan balok bangunan kunci untuk pembuatan banyak senyawa heterosiklik melalui kondensasi dengan rentang elektrofil dwi-fungsi. Dengan 2,4-pentanadion, ia berkondensasi untuk menghasilkan 3,5-dimetilpirazol. Dalam reaksi Einhorn-Brunner hidrazin bereaksi dengan imida menghasilkan triazol.

Sulfonasi

Sebagai nukleofil yang baik, N2H4 dapat menyerang sulfonil halida dan asil halida. Tosilhidrazin juga membentuk hidrazon setelah perlakuan dengan karbonil.

Deproteksi Ftalimida

Hidrazin digunakan untuk memecah turunan ftalimida beralkilasi-N. Reaksi pengguntingan ini memungkinkan anion ftalimida untuk digunakan sebagai prekursor amina dalam sintesis Gabriel.

Reduktor

Hidrazin ialah suatu reduktor yang nyaman karena hasil-samping biasanya gas nitrogen dan air. Oleh karena itu, digunakan sebagai antioksidan, scavenger, pemangsa oksigen, dan inhibitor korosi pada air boiler dan sistem pemanas. Hidrazin juga digunakan untuk mengurangi garam logam dan oksida logam murni ke dalam penyepuh nikel tanpa listrik dan ekstraksi plutonium dari limbah reaktor nuklir. Beberapa proses fotografi warna juga menggunakan larutan lemah hidrazin ini sebagai penyetabil mencuci, karena scavenges, pemangsa pewarna dan tidak bereaksi dengan perak halida. Hidrazin adalah yang paling umum dan reduktor yang efektif digunakan untuk mengkonversi graphene oksida (GO) untuk mengurangi oksida graphene (rGO) melalui perlakuan hidrotermal.

Garam Hidrazinium

Hidrazin diubah menjadi garam padat melalui perlakuan dengan asam mineral. Garam umum ialah hidrazin sulfat, [N2H5]HSO4, disebut hidrazinium sulfat. Hidrazin sulfat pernah diselidiki sebagai pengobatan  kanker yang disebabkan oleh cachexia, tetapi terbukti tidak efektif.

Hidrazin azida (N5H5), garam hidrazin dan asam hidrazoat, adalah penting secara ilmiah, karena tingginya kandungan nitrogen dan sifat-sifat eksplosifnya. Secara struktur, ini adalah [N2H5]+[N3]. Ia terurai secara eksplosif menjadi hidrazin, amonia dan gas nitrogen:

12 N5H5 → 3 N2H4 + 16 NH3 + 19 N2

Reaksi N5H5 dengan asam sulfat memberikan hasil kuantitatif dari hidrazin sulfat murni dan asam asam hidrazoat.

Kegunaan Industri Lainnya

Hidrazin digunakan dalam banyak proses termasuk: produksi serat spandex, sebagai katalis polimerisasi; dalam sel bahan bakar, fluks solder; dan pengembang fotografi, sebagai pemanjangan rantai dalam polimerisasi urethane, dan penyetabil panas.

Selain itu, teknik deposisi semikonduktor menggunakan hidrazin telah diperagakan belum lama ini, dengan kemungkinan apikasi untuk pembuatan transistor film-tipis yang digunakan dalam layar kristal cairan. Hidrazin sebagai larutan 70% hidrazin,  30% air digunakan untuk daya EPU (emergency power unit) pada pesawat tempur Lockheed F-16 Fighting Falcon. Peledak Astrolite dibuat dengan menggabungkan hidrazin bersama amonium nitrat.

Hidrazin sering digunakan sebagai pemangsa oksigen dan penghambat karat dalam pengolahan air boiler. Namun, karena toksisitas dan efek tertentu yang tak diinginkan maka praktek ini menjadi batu sandungan.

Bahan Bakar Roket

Hidrazin pertama kali digunakan sebagai bahan bakar roket selama Perang Dunia II untuk Messerschmitt Me 163B (pesawat tempur pertama bertenaga roket), dengan nama kode B-Stoff (hidrazin hidrat). Ketika dicampur dengan metanol (M-Stoff) dan air itu disebut C-Stoff.

Hidrazin juga digunakan sebagai monopropellant daya rendah untuk pendorong manuver pesawat ruang angkasa, dan unit daya tambahan pesawat luar angkasa (APUS). Selain itu, monopropellant mesin roket berbahan bakar hidrazin yang sering digunakan di terminal pendaratan pesawat ruang angkasa. Mesin tersebut digunakan pada pendarat Program Viking pada 1970-an serta pendarat Phoenix dan Curiosity rover yang mendarat di Mars pada bulan Mei 2008 dan Agustus 2012, berturut-turut.

  1. 3 N2H4 → 4 NH3 + N2
  2. N2H4 → N2 + 2 H2
  3. 4 NH3 + N2H4 → 3 N2 + 8 H2

Reaksi 1 dan 2 sangat eksotermis (ruang katalis bisa mencapai 800 °C dalam hitungan milidetik), dan mereka menghasilkan gas panas dalam volume besar dari volume kecil cairan, membuat hidrazin bahan bakar pendorong cukup efisien dengan impuls spesifik vakum sekitar 220 detik.

Reaksi 3 adalah endotermik dan jadinya mengurangi suhu produk, tetapi juga menghasilkan sejumlah besar molekul. Struktur katalis mempengaruhi perbandingan NH3 yang terurai dalam reaksi 3, suhu yang lebih tinggi diinginkan untuk pendorong roket, sedangkan lebih banyak molekul diinginkan ketika reaksi dimaksudkan menghasilkan jumlah gas yang lebih besar.

Varian lain dari hidrazin yang digunakan sebagai bahan bakar roket adalah monometilhidrazin, (CH3)NH(NH2) (juga dikenal sebagai MMH), dan dimetilhidrazin tak-simetris, (CH3)2N(NH2) (juga dikenal sebagai UDMH). Turunan tersebut digunakan sebagai bahan bakar roket dwi-komponen, sering bersama dengan nitrogen tetroksida, N2O4, kadang-kala disebut dinitrogen tetroksida. Reaksi ini sangat eksotermis, dan pembakarannya juga hipergolik, yang berarti bahwa itu dimulai tanpa sumber nyala luar apa pun.

Ada upaya-upaya untuk menggantikan hidrazin bersama dengan zat yang sangat beracun lainnya dari industri dirgantara. Alternatif yang menjanjikan termasuk Hidroksilammonium nitrat, 2-Dimetilaminoetilazida (DMAZ) dan cairan ionik energetik.

Sel Bahan Bakar

Produsen katalis Italia Acta telah mengusulkan menggunakan hidrazin sebagai alternatif untuk hidrogen dalam sel bahan bakar. Keuntungan utama menggunakan hidrazin adalah bahwa ia dapat menghasilkan lebih dari 200 mW/cm2 lebih dari sel hidrogen yang sama tanpa perlu menggunakan katalis platinum mahal. Sebagai bahan bakar cair pada suhu kamar, dapat ditangani dan disimpan lebih mudah daripada hidrogen.

Dengan menyimpan hidrazin dalam tangki penuh dari ikatan-rangkap karbon-oksigen karbonil, bahan bakar ini bereaksi dan membentuk zat padat yang aman disebut hidrazon. Pada saat pembilasan tangki dengan air hangat, cairan hidrazin hidrat  dilepaskan. Hidrazin memiliki gaya gerak listrik yang lebih tinggi dari 1,56 V dibandingkan dengan 1,23 V untuk hidrogen.

Hidrazin terurai dalam sel membentuk nitrogen dan hidrogen yang berikatan dengan oksigen, melepaskan air. Hidrazin digunakan sebagai bahan bakar yang diproduksi oleh Allis-Chalmers Corp., termasuk beberapa yang menyediakan tenaga listrik di  ruang satelit pada tahun 1960-an.

Pendorong Senjata

Campuran 63% hidrazin, 32% hidrazin nitrat dan 5% air merupakan propellant standar untuk artileri berisi cairan propellant  curah eksperimen.  Campuran propellant di atas adalah penting untuk menjadi salah satu yang paling diprediksi dan stabil, dengan profil tekanan sangat datar selama pembakaran.

Misfire biasanya disebabkan oleh pengapian yang tidak memadai. Pergerakan kulit setelah misignisi yang menyebabkan gelembung besar dengan luas permukaan pengapian yang lebih besar, dan tingkat yang lebih besar dari produksi gas menyebabkan tekanan yang sangat tinggi, kadang-kadang termasuk kegagalan tabung bencana (yaitu ledakan).

Bahaya

Hidrazin sangat beracun dan berbahaya tidak stabil, terutama dalam bentuk anhidrat. Menurut Badan Perlindungan Lingkungan Amerika Serikat: Gejala akut pajanan (jangka-pendek) untuk tinggi tingkat hidrazin mungkin termasuk iritasi mata, hidung, dan tenggorokan, pusing, sakit kepala, mual, edema paru, kejang, koma pada manusia. Akut juga dapat merusak hati, ginjal, dan sistem saraf pusat. Cairan bersifat korosif dan dapat menghasilkan dermatitis akibat bersentukan dengan kulit pada manusia dan hewan. Efek pada paru-paru, hati, limpa, dan tiroid telah dilaporkan pada hewan kronis terkena hidrazin karena terhirup. Peningkatan insiden paru-paru, rongga hidung, dan tumor hati telah diamati pada hewan pengerat yang terkena hidrazin.

Uji batas untuk hidrazin dalam obat-obatan menunjukkan bahwa itu harus berada dalam kisaran ppm rendah. Hidrazin juga dapat menyebabkan steatosis. Setidaknya satu orang diketahui telah meninggal setelah 6 bulan paparan subletal hidrazin hidrat.

Pada 21 Februari 2008, Pemerintah Amerika Serikat menghancurkan satelit mata-mata cacat USA 193 dengan rudal yang diluncurkan dari laut, kabarnya karena potensi bahaya dari pelepasan hidrazin jika kembali memasuki atmosfer bumi.***

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s