# Distikstoftetraoxide

Distikstoftetraoxide (N2O4) is een sterke oxidator, die onder andere wordtgebruikt in raketmotoren.
N2O4 ontstaat als bijproduct bij de productie van salpeterzuur (HNO3).
Door de toegenomen vraag naar N2O4 wordt onderzoek gedaan of het mogelijk is om salpeterzuurfabrieken om te
bouwen naar N2O4-fabrieken.
Op basis van het onderzoek werd een aangepast proces voorgesteld met twee reactoren
In reactor 1 (R1) reageert ammoniak met een overmaat zuurstof tot stikstofmono-oxide en waterdamp.

Het gasmengsel afkomstig uit R1 wordt in scheidingsruimte 1 (S1) gebracht, waar water volledig wordt afgescheiden. Het gevormde stikstofmono-oxide reageert vervolgens in reactor 2 (R2) met zuurstof tot stikstofdioxide, waarbij zich twee evenwichten instellen.

De reactie naar rechts is voor beide evenwichten in R2 exotherm.

Onderdeel van het onderzoek was de vraag hoe het rendement van de productie van N2O4 kan worden verhoogd door de druk en de temperatuur in R2 te variëren.

De uitstroom van R2 wordt in een scheidingsruimte gebracht, waar N2O4 in vloeibare vorm wordt afgescheiden van de rest van het gasmengsel.
De onderzoekers hebben op basis van het onderzoek een mogelijk blokschema voorgesteld van een N2O4-fabriek.

N2O4 kan in een raketmotor worden gebruikt als oxidator.
De brandstof is hierbij bijvoorbeeld monomethylhydrazine (MMH, zie de figuur).

MMH en N2O4 vormen een zogeheten ‘hypergool mengsel’. Dat is een mengsel dat spontaan ontbrandt als de stoffen worden gemengd.
Onderzoek heeft uitgewezen dat er bij contact tussen MMH en N2O4 twee reacties verlopen.
Eerst verloopt een ontstekingsreactie (reactie 1) die genoeg energie levert, zodat de uiteindelijke verbrandingsreactie (reactie 2) kan starten.
In reactie 2 worden MMH en N2O4 omgezet tot stikstof, koolstofdioxide en waterdamp.

Hieronderd zijn twee energiediagrammen onvolledig weergegeven: een voor de ontstekingsreactie (reactie 1) en een voor de uiteindelijke verbrandingsreactie (reactie 2).
Beide energiediagrammen zijn op dezelfde schaal weergegeven.

Bij onderzoek in de jaren 60 naar de ontstekingsreactie is de reactie tussen MMH en N2O4 onderzocht bij zeer lage temperaturen.
MMH is vloeibaar bij de gebruikte temperaturen terwijl N2O4 vast is. Het smeltpunt van MMH is –52 °C.

Uit dit onderzoek volgde dat meerdere isomeren van N2O4 in het mengsel aanwezig waren en dat een van deze isomeren, ONONO2 betrokken was bij de ontstekingsreactie.
Door de koeling vonden vervolgreacties niet plaats en was men in staat de reactieproducten van de ontstekingsreactie te onderzoeken.
Hieronder staat het ONONO2-isomeer weergegeven samen met het MMH-molecuul waarmee het reageert.
Verder zijn de reactieproducten van de ontstekingsreactie gegeven.

In 1975 is er bijna een ongeluk gebeurd met een Apollo-ruimtevaartuig.
Tijdens de terugkeer in de dampkring werd een luchtinlaat geopend, waardoor N2O4 in de cabine terechtkwam.
De drie aanwezige astronauten konden op tijd een zuurstofmasker opzetten.
Bij het incident is ongeveer 11 gram N2O4 in de cabine met een volume van 5,9 m3 terechtgekomen.
Gehaltes van N2O4 boven de waarde 300 volume-ppm worden als levensgevaarlijk beschouwd.
Het molair volume van een gas is 2,39·10–2 m3 mol–1.