Гидразин и гидроксиламин

Продуктом замещения одного из водородов аммиака на гидроксильную группу является гидроксиламин (NH₂OH). Он образуется при электролизе азотной кислоты (с ртутным или свинцовым катодом) в результате восстановления HNO₃ по схеме

HNO₃ + 6 Н₂  2 Н₂О + NH₂OH

Гидроксиламин представляет собой бесцветные кристаллы. Используют его главным образом в качестве восстановителя.

Расплавленный NH₂OH является хорошим растворителем некоторых солей. С водой он образует гидрат гидроксиламина NH₂OHН₂О, характеризующийся слабо выраженными основными свойствами. В сочетании с дымящейся HNO₃ соединение это иногда используется как реактивное топливо.

С кислотами гидроксиламин дает соли гидроксиламмония [NH₃OH]⁺, например [NH₃OH]Cl, [NH₃OH]NO₃, [NH₃OH]₂SO₄

NH₂OH + HCl = [NH₃OH]Cl

Соли гидроксиламмония – устойчивые бесцветные кристаллические вещества, растворимые в воде.

В ряду H₂O₂ - NH₂OH-N₂H₄ окислительная активность падает, а восстановительная возрастает. Так, если для H₂O₂ наиболее характерны окислительные свойства, а для N₂H₄ – восстановительные, то NH₂OH в щелочной среде является сильным восстановителем:

-1 0

2 NH₂OH + I₂ + 2 KOH = N₂ + 2 KI + 4H₂O

восстановитель

-1 -3

2 NH₂OH + 4 FeSO₄ + 3 H₂SO₄ = 2 Fe₂ (SO₄)₃ + ( NH₄)₂SO₄ + 2 H₂O

окислитель

Как и пероксид водорода, NH₂OH легко разлагается (в особенности при нагревании) по механизму диспропорционирования:

-1 -3 0

3 NH₂OH = H₃N + N₂+ 3H₂O

Разбавленные водные растворы солей гидроксиламина довольно устойчивы, тогда как крепкие быстро разлагаются с образованием NH_3, N₂ и N₂O. Такой распад сильно ускоряется в присутствии платиновой черни.

Окислители обычно переводят гидроксиламин либо в N₂O (например, HNO₃), либо в N₂ (например, V₂O₅, HOCl).

Для гидроксиламина довольно характерна и окислительная функция. Например, он способен окислять Fe(OH)₂ до Fe(OH)₃. Эта окислительная функция более отчетливо выражена в кислой среде, тогда как наиболее характерна для гидроксиламина восстановительная – в щелочной.

Наиболее важным продуктом частичного окисления аммиака является гидразин (N₂H₄), образующийся по реакции

2 NН₃ + NaOCl = Н₂О + N₂H₄ + NaCl

Гидразин – хороший ионизирующий растворитель. С водой и спиртом он смешивается в любых соотношениях. Водные растворы его показывают щелочную среду:

N₂H₄…НОН = N₂H₅⁺ + OH^-

N₂H₅⁺…HOH = N₂H₆⁺² + OH^-

Являясь донором двух электронных пар, гидразин с кислотами образует два ряда гидразоний-производных, представляющих собой соли, например [N₂H₅]Cl, [N₂H₆]Cl₂, [N₂H₆]SO_4.

Гидразин – эндотермическое соединение. Гидразин и производные гидразоний-ионов значительно менее устойчивы, чем аммиак и производные аммония.

Гидразин – сильный восстановитель:

-2 0

4 KMnO₄ + 5 N₂H₄ + 6 H₂SO₄ = 5 N₂ + 4 MnSO₄ + 2 K₂SO₄ + 16 H₂O

Свободный гидразин способен присоединять молекулу воды, давая гидрат гидрозина – N₂H₄•Н₂О. Последний представляет собой бесцветную жидкость и является слабым основанием (К=110^-6). Присоединение второй молекулы воды идет уже с трудом. Присоединяя молекулы кислот, гидразин может образовывать два ряда солей, например N₂H₄•НCl и N₂H₄•2НCl. В продажу обычно поступает малорастворимый сульфат N₂H₄•Н₂SO₄ .

В отличие от аммиака гидразин является эндотермичным соединением. Пары его способны сгорать фиолетовым пламенем по реакции:

N₂H₄ + О₂ = 2 Н₂О + N₂ + 128 ккал

На этом основано использование гидразина в качестве реактивного топлива.

С металлическим натрием гидразин взаимодействует по схеме:

2 Na +2 N₂H₄ = 2 NaN₂H₃ + H₂

Образующийся гидразинид натрия представляет собой весьма взрывчатое твердое вещество желтого цвета, хорошо растворимое в избытке гидразина.

В водных растворах гидразин восстанавливает иод до иодистого водорода, соли ртути и серебра – до металлов, соли меди – до ее закиси. Сам он при этом окисляется до свободного азота, но основной процесс обычно осложняется побочными реакциями. Полностью до N₂ гидразин может быть окислен лишь в строго определенных условиях. Окислительная функция у него почти отсутствует, но действием очень сильных восстановителей (водорода в момент выделения) он все же может быть восстановлен до аммиака.