Nitrometano - Nitromethane

Nitrometano
Fórmula estrutural de nitrometano
Nitrometano
Nomes
Nome IUPAC
Nitrometano
Nome IUPAC preferido
Nitrometano
Outros nomes
Nitrocarbol
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.000.797 Edite isso no Wikidata
KEGG
Número RTECS
UNII
  • InChI = 1S / CH3NO2 / c1-2 (3) 4 / h1H3 VerificaY
    Chave: LYGJENNIWJXYER-UHFFFAOYSA-N VerificaY
  • InChI = 1 / CH3NO2 / c1-2 (3) 4 / h1H3
    Chave: LYGJENNIWJXYER-UHFFFAOYAW
  • C [N +] (= O) [O-]
Propriedades
CH 3 NO 2
Massa molar 61,04 g / mol
Aparência líquido incolor, oleoso
Odor Leve, frutado
Densidade 1,1371 g / cm 3 (20 ° C)
Ponto de fusão −28,7 ° C (−19,7 ° F; 244,5 K)
Ponto de ebulição 101,2 ° C (214,2 ° F; 374,3 K)
Ponto crítico ( T , P ) 588 K, 6,0 MPa
ca. 10 g / 100 mL
Solubilidade miscível em éter dietílico , acetona , etanol
Pressão de vapor 28 mmHg (20 ° C)
Acidez (p K a ) 17,2 em DMSO; 10,21 na água
-21,0 · 10 −6 cm 3 / mol
Condutividade térmica 0,204 W / (m · K) a 25 ° C
1,3817 (20 ° C)
Viscosidade 0,63 cP a 25 ° C
3,46
Termoquímica
106,6 J / (mol · K)
171,8 J / (mol · K)
Entalpia
padrão de formação f H 298 )
-112,6 kJ / mol
-14,4 kJ / mol
Perigos
Riscos principais Inflamável, perigo para a saúde
Ficha de dados de segurança Veja: página de dados
Pictogramas GHS GHS01: Explosivo GHS02: Inflamável GHS06: Tóxico GHS08: Risco para a saúde
Palavra-sinal GHS Perigo
H203 , H226 , H301 , H331 , H351
P210 , P261 , P280 , P304 + 340 , P312 , P370 + 378 , P403 + 233
NFPA 704 (diamante de fogo)
2
3
3
Ponto de inflamação 35 ° C (95 ° F; 308 K)
418 ° C (784 ° F; 691 K)
Limites explosivos 7–22%
20 ppm
Dose ou concentração letal (LD, LC):
LD 50 ( dose mediana )
940 mg / kg (oral, rato)
950 mg / kg (oral, camundongo)
750 mg / kg (coelho, oral)
125 mg / kg (cão, oral)
7087 ppm (camundongo, 2 h)
1000 ppm (macaco)
2500 ppm (coelho, 12 h)
5000 ppm (coelho, 6 h)
NIOSH (limites de exposição à saúde dos EUA):
PEL (permitido)
TWA 100 ppm (250 mg / m 3 )
REL (recomendado)
Nenhum
IDLH (perigo imediato)
750 ppm
Compostos relacionados
Compostos nitro relacionados
nitroetano
Compostos relacionados
nitrito de
metila nitrato de metila
Página de dados suplementares
Índice de refração ( n ),
constante dielétricar ), etc.

Dados termodinâmicos
Comportamento da fase
sólido-líquido-gás
UV , IR , NMR , MS
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Referências da Infobox

Nitrometano , às vezes abreviado simplesmente para "nitro", é um composto orgânico com a fórmula química CH
3
NÃO
2
. É o composto nitro orgânico mais simples . É um líquido polar comumente usado como solvente em uma variedade de aplicações industriais, como em extrações, como meio de reação e como solvente de limpeza. Como intermediário na síntese orgânica , é amplamente utilizado na fabricação de produtos farmacêuticos, pesticidas, explosivos, fibras e revestimentos. O nitrometano é usado como aditivo de combustível em vários esportes motorizados e hobbies, por exemplo, corridas de arrancada Top Fuel e motores de combustão interna em miniatura em controle de rádio , linha de controle e aeromodelo de vôo livre .

Preparação

O nitrometano é produzido industrialmente pela combinação de propano e ácido nítrico na fase gasosa a 350–450 ° C (662–842 ° F). Esta reação exotérmica produz os quatro nitroalcanos industrialmente significativos: nitrometano, nitroetano , 1-nitropropano e 2-nitropropano . A reação envolve radicais livres, incluindo os radicais alcoxila do tipo CH 3 CH 2 CH 2 O, que surgem por homólise do éster de nitrito correspondente . Esses radicais alcoxi são suscetíveis a reações de fragmentação C — C, o que explica a formação de uma mistura de produtos.

Métodos de laboratório

Pode ser preparado em outros métodos de valor instrucional. A reação de cloroacetato de sódio com nitrito de sódio em solução aquosa produz este composto:

ClCH 2 COONa + NaNO 2 + H 2 O → CH 3 NO 2 + NaCl + NaHCO 3

Usos

O principal uso do nitrometano é como estabilizador para solventes clorados, que são usados ​​na lavagem a seco , processamento de semicondutores e desengorduramento. Também é usado de forma mais eficaz como solvente ou agente de dissolução para monômeros de acrilato , como cianoacrilatos (mais comumente conhecidos como "super-colas"). Ele também é usado como combustível em algumas formas de corrida. Pode ser usado como explosivo, quando gelificado com vários por cento de agente gelificante. Este tipo de mistura é denominado PLX . Outras misturas incluem ANNM e ANNMAl - misturas explosivas de nitrato de amônio, nitrometano e pó de alumínio.

Como solvente orgânico, é considerado altamente polar (ε r = 36 a 20 ° C e μ = 3,5 Debye), mas é aprótico e possui uma basicidade de Lewis muito baixa. Assim, é um exemplo raro de solvente polar que também tem coordenação fraca. Isso o torna útil para dissolver espécies carregadas positivamente e fortemente eletrofílicas. No entanto, sua acidez relativamente alta e propriedades explosivas (veja abaixo) limitam suas aplicações.

Reações

Propriedades ácido-base

O nitrometano é um ácido de carbono relativamente ácido . Possui um pK a de 17,2 na solução DMSO . Este valor indica um pKa aquoso um de cerca de 11. A razão de que ser tão acídico é devido à estrutura de ressonância abaixo:

O ânion é estabilizado por ressonância

É lento para desprotonar. A protonação da base conjugada O 2 NCH 2 - , que é quase isostérica com o nitrato , ocorre inicialmente no oxigênio.

Reações orgânicas

Na síntese orgânica, o nitrometano é empregado como um bloco de construção de um carbono . Sua acidez permite a desprotonação, possibilitando reações de condensação análogas às dos compostos carbonílicos. Assim, sob catálise básica, o nitrometano adiciona-se aos aldeídos em adição 1,2 na reação de nitroaldol . Alguns derivados importantes incluem os pesticidas cloropicrina (Cl 3 CNO 2 ), beta-nitroestireno e tris (hidroximetil) nitrometano, ((HOCH 2 ) 3 CNO 2 ). A redução do último dá tris (hidroximetil) aminometano, (HOCH 2 ) 3 CNH 2 , mais conhecido como tris , um tampão amplamente utilizado . Em uma síntese orgânica mais especializada , o nitrometano atua como um doador de Michael, adicionando compostos de carbonila α, β-insaturados por meio da adição de 1,4 na reação de Michael .

Como combustível do motor

O nitrometano é usado como combustível em corridas de automóveis, especialmente em corridas de arrancada , bem como em modelos de barcos a motor controlados por rádio , carros , aviões e helicópteros . Neste contexto, o nitrometano é comumente referido como "nitro combustível" ou simplesmente "nitro", e é o principal ingrediente do combustível usado na categoria " Combustível Superior " das corridas de arrancada.

O conteúdo de oxigênio do nitrometano permite que ele queime com muito menos oxigênio atmosférico do que os combustíveis convencionais. Durante a combustão do nitrometano, o óxido nítrico (NO) é um dos principais produtos de emissão junto com o CO 2 e H 2 O. O óxido nítrico contribui para a poluição do ar, chuva ácida e destruição da camada de ozônio. Estudos recentes (2020) sugerem que a equação estequiométrica correta para a queima de nitrometano é:

4 CH 3 NO 2 + 5 O 2 → 4 CO 2 + 6 H 2 O + 4 NO

A quantidade de ar necessária para queimar 1 kg (2,2 lb) de gasolina é 14,7 kg (32 lb), mas apenas 1,7 kg (3,7 lb) de ar é necessário para 1 kg de nitrometano. Como o cilindro de um motor só pode conter uma quantidade limitada de ar em cada curso, 8,6 vezes mais nitrometano do que gasolina pode ser queimado em um curso. O nitrometano, entretanto, tem uma energia específica mais baixa: a gasolina fornece cerca de 42–44 MJ / kg, enquanto o nitrometano fornece apenas 11,3 MJ / kg. Essa análise indica que o nitrometano gera cerca de 2,3 vezes a potência da gasolina quando combinado com uma determinada quantidade de oxigênio.

O nitrometano também pode ser usado como monopropelente , ou seja, um combustível que queima sem adição de oxigênio. A seguinte equação descreve esse processo:

2 CH 3 NO 2 → 2 CO + 2 H 2 O + H 2 + N 2

O nitrometano tem uma velocidade de combustão laminar de aproximadamente 0,5 m / s, um pouco maior do que a gasolina, o que o torna adequado para motores de alta velocidade. Ele também tem uma temperatura de chama um pouco mais alta, de cerca de 2.400 ° C (4.350 ° F). O alto calor de vaporização de 0,56 MJ / kg junto com o alto fluxo de combustível fornece resfriamento significativo da carga de entrada (cerca de duas vezes a do metanol), resultando em temperaturas razoavelmente baixas.

O nitrometano é geralmente usado com misturas ricas de ar e combustível porque fornece energia mesmo na ausência de oxigênio atmosférico. Quando misturas ricas de ar e combustível são usadas, o hidrogênio e o monóxido de carbono são dois dos produtos da combustão. Esses gases freqüentemente se inflamam, às vezes de maneira espetacular, à medida que as misturas normalmente muito ricas do combustível ainda em chamas saem das portas de exaustão. Misturas muito ricas são necessárias para reduzir a temperatura das partes quentes da câmara de combustão, a fim de controlar a pré-ignição e a detonação subsequente. Os detalhes operacionais dependem da mistura particular e das características do motor.

Uma pequena quantidade de hidrazina misturada ao nitrometano pode aumentar ainda mais a produção de energia. Com o nitrometano, a hidrazina forma um sal explosivo que é novamente um monopropelente. Esta mistura instável representa um sério risco à segurança e a Academy of Model Aeronautics não permite seu uso em competições.

Em aeromodelos e combustível incandescente de carro , o ingrediente principal é geralmente metanol com um pouco de nitrometano (0% a 65%, mas raramente acima de 30%, e 10-20% de lubrificantes (geralmente óleo de rícino e / ou óleo sintético ). Mesmo em quantidades moderadas de nitrometano tendem a aumentar a potência criada pelo motor (já que o fator limitante geralmente é a entrada de ar), tornando o motor mais fácil de ajustar (ajustar para a relação ar / combustível adequada).

Propriedades explosivas

O nitrometano não era conhecido por ser um alto explosivo até que um vagão-tanque carregado com ele explodiu em 1º de junho de 1958 . Depois de muitos testes, percebeu-se que o nitrometano era um alto explosivo mais energético do que o TNT , embora o TNT tenha uma velocidade de detonação (VoD) e brisance maiores . Ambos os explosivos são pobres em oxigênio e alguns benefícios são obtidos com a mistura com um oxidante , como o nitrato de amônio . O nitrometano puro é um explosivo insensível com um VoD de aproximadamente 6.400 m / s (21.000 pés / s), mas mesmo assim inibidores podem ser usados ​​para reduzir os riscos. Especulou-se que a explosão do vagão-tanque se devia à compressão adiabática , um perigo comum a todos os explosivos líquidos. É quando pequenas bolhas de ar aprisionadas se comprimem e superaquecem com rápidos aumentos de pressão. Pensou-se que um operador fechou rapidamente uma válvula criando um surto de pressão " trava de martelo ".

Nitrometano também pode ser misturado com nitrato de amônio, que é usado como um oxidante, para formar uma mistura explosiva conhecida como ANNM .

O nitrometano é usado como modelo de explosivo, junto com o TNT. Apresenta várias vantagens como modelo explosivo em relação ao TNT, nomeadamente a sua densidade uniforme e a falta de espécies sólidas pós-detonação que dificultam a determinação da equação de estado e cálculos posteriores.

Escape de nitrometano

Os gases de escape de um motor de combustão interna cujo combustível inclui nitrometano conterão vapor de ácido nítrico , que é corrosivo e, quando inalado, causa uma reação muscular que impossibilita a respiração. O resíduo à base de ácido nítrico condensado que sobra em um motor de modelo alimentado com combustível incandescente após uma sessão de voo do modelo também pode corroer seus componentes internos, geralmente obrigando o uso de uma combinação de querosene para neutralizar o ácido nítrico residual, e um "pós-corrida óleo "(geralmente o" óleo de ferramenta pneumática "de baixa viscosidade de um óleo conservante popular ) para lubrificação para proteção contra tais danos, quando tal motor é armazenado.

Purificação

O nitrometano é um solvente popular na química orgânica e eletroanalítica. Pode ser purificado por resfriamento abaixo de seu ponto de congelamento, lavando o sólido com éter dietílico frio , seguido de destilação.

Veja também

Referências

Fontes citadas

links externos