હાઇડ્રેઝીન (hydrazine)

February, 2009

હાઇડ્રેઝીન (hydrazine) : એમોનિયા જેવી વાસવાળો, બે નાઇટ્રોજન પરમાણુઓ ધરાવતો, નાઇટ્રોજનનો હાઇડ્રાઇડ. સૂત્ર NH4 અથવા H2NNH2. રંગવિહીન, ધૂમાયમાન (fuming) પ્રવાહી અથવા સફેદ ઘન પદાર્થ. ગ.બિં. 1.4° સે.; ઉ.બિં. 113.5° સે.; સાપેક્ષ ઘનતા 1.01 (પ્રવાહી). ઇથેનોલમાં દ્રાવ્ય પણ પાણીમાં વધુ દ્રાવ્ય. ક્લૉરોફૉર્મ કે ઈથરમાં અદ્રાવ્ય.

રાશિગ (Raschig) સંશ્લેષણ દ્વારા એમોનિયા અને સોડિયમ હાઇપોક્લૉરાઇટ (NaOCl) વચ્ચેની પ્રક્રિયા વડે હાઇડ્રેઝીનનું જલીય દ્રાવણ મેળવવામાં આવે છે.

2NH3 + NaOCl → N2H4 + NaCl + H2O

પ્રક્રિયા બે તબક્કે થાય છે. પ્રથમ તબક્કામાં (જેમાં NH3 તથા OCl–નો અનુપાત 3 : 1 હોય છે.) 0° સે. તાપમાને લગભગ સો ટકા જેટલી પ્રક્રિયા થઈ ક્લૉરેમાઇન (chloramine), NH2Cl મળે છે.

NH3 + NaOCl → NaOH + NH2Cl (ઝડપી પ્રક્રિયા)

બીજા તબક્કામાં ક્લૉરેમાઇન, એમોનિયા અને સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ વચ્ચે પ્રક્રિયા થઈ હાઇડ્રેઝીન સોડિયમ ક્લોરાઇડ અને પાણી મળે છે.

NH3 + NH2Cl + NaOH → N2H4 + NaCl + H2O પરંતુ સાથે સાથે એક અન્ય ઝડપી પ્રક્રિયા પણ થાય છે.

2NH2Cl + N2H4 → 2NH4Cl + N2

આને અટકાવવા સરેશ (gelatine), ગુંદર અથવા સ્ટાર્ચ જેવા કલિલી પદાર્થો ઉમેરવામાં આવે છે. અગાઉ યુરિયા અને સોડિયમ હાઇપૉક્લૉરાઇટ કે કૅલ્શિયમ હાઇપૉક્લૉરાઇટ વચ્ચેની પ્રક્રિયાથી હાઇડ્રેઝીન મેળવવામાં આવતું. પાણી સાથે હાઇડ્રેઝીન સ્થિરક્વાથી (azeotropic) મિશ્રણ બનાવે છે, જેમાં 31 % પાણી હોય છે અને તેનું ઉ.બિં. 121° સે. હોય છે. જલીય હાઇડ્રેઝીનનું સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ સાથે નિસ્યંદન કરવાથી નિર્જળ હાઇડ્રેઝીન મેળવી શકાય પણ પ્રક્રિયામાં વિસ્ફોટ થવાની શક્યતા હોય છે. આથી એનિલીન સાથે તેનું નિષ્કર્ષણીય નિસ્યંદન (extractive distillation) કરી નિર્જળ હાઇડ્રેઝીન મેળવવામાં આવે છે. હાઇડ્રેઝીનનું સૌથી વધુ સંકેન્દ્રિત સ્વરૂપ હાઇડ્રેટ (N2H4·H2O) તરીકે તેના જલીય દ્રાવણમાંથી હાઇડ્રૉક્વિનોન અથવા p-મિથૉક્સી ફિનોલ સાથે સમાવિષ્ટ સંયોજનો (inclusion compound) સંયોજનો દ્વારા બનાવાય છે.

હાઇડ્રેઝીનનું બંધારણ સમચતુષ્ફલકીય હોય છે. તેનો વિન્યાસ ગ્યૂશ (gauche) સ્વરૂપે હોય છે :

N – N = 1.47 અને H – N – H 108°

હાઇડ્રેઝીન એમોનિયા કરતાં પ્રમાણમાં નિર્બળ બેઝ ગણાય છે કારણ કે તેનાં બે પ્રકારનાં હાઇડ્રેઝીનિયમ સંયોજનો મળી શકે છે :

જલીય હાઇડ્રેઝીન બેઝિક દ્રાવણમાં ખૂબ જલદ અપચયનકર્તા છે. આ પ્રકારની ઘણી અપચયન પ્રક્રિયાઓમાં ડાઇ-ઇમાઇન (HN = NH) મધ્યસ્થી બનતો હોય છે.

હાઇડ્રેઝીનની પ્રક્રિયાઓ :

(i) નિર્જળ હાઇડ્રેઝીન ઑક્સિજનની ગેરહાજરીમાં ગરમ કરવાથી 300° સે.થી વધુ તાપમાને વિઘટન પામે છે :

3N2H4 → 4NH3 + N2

(ii) હાઇડ્રેઝીન હાઇડ્રેટના અથવા તેના ક્ષારોના દ્રાવણનું વિદ્યુતવિભાજન કરવાથી નાઇટ્રોજન અને હાઇડ્રોજન મળે છે.

(iii) MoFe3S4 પૉલિકાર્બોનેટ ગુચ્છો (clusters) દ્વારા હાઇડ્રેઝીનના અપચયનથી એમોનિયા બને છે.

(iv) હાઇડ્રેઝીન નાઇટ્રસ કે નાઇટ્રિક ઍસિડ સાથે પ્રક્રિયા કરીને હાઇડ્રેઝોઇક ઍસિડ (HN3) બનાવે છે :

(v) આલ્કાઇલ હાઇડ્રેઝીનના 30° સે. તાપમાને pK´a  મૂલ્યો નીચે પ્રમાણે છે :

H2NNH2, 8.07; CH3NH·NH2, 7.87; (CH3)2NNH2, 7.21;

CH3NH·NHCH3, 7.52; (CH3)2N·NHCH3, 6.56;

(CH3)2NN(CH3)2, 6.30; C2H5NHNH2, 7.99;

(C2H5)2NNH2, 7.71; C2H5NHNHC2H5, 7.78.

હાઇડ્રેઝીનનું કાર્બનિક રસાયણ :

(i) આલ્કાઇલેશન–એરાઇલેશન પ્રક્રિયાઓ :

(ii) પૉલિહેલોજન સંયોજનો કાર્બિલએમાઇન પ્રકારની પ્રક્રિયા દર્શાવે છે :

(iii) અસંતૃપ્તબંધમાં યોગશીલ પ્રક્રિયા :

આલ્ડિહાઇડ તથા કીટોન સાથે હાઇડ્રેઝોન્સ બનાવે છે. ફિનાઇલ હાઇડ્રેઝીનની મદદથી એમિલ ફિશરે કાર્બોહાઇડ્રેટ્સનાં બંધારણો નક્કી કર્યાં હતાં.

હાઇડ્રેઝીનના જલીય દ્રાવણ તથા N2H4 + CS2 (H2NNH CSSH)ને લેડ ઑક્સાઇડ સાથે ગરમ કરતાં થાયૉકાર્બોહાઇડ્રેઝાઇડ  બને છે.

(iv) સંઘનન પ્રક્રિયાઓ :

(v) સાયનેમાઇડ સાથે ઍમિનોગ્વાનિડીન આપે છે.

 (vi) કાર્બોનેટ સંયોજનો દ્વારા કાર્બોહાઇડ્રેઝાઇડ બને છે.

 (vii) એસ્ટર સાથે ઍસિડહાઇડ્રેઝાઇડ બને છે.

 (viii) વિસ્થાપિત પ્થેલીમાઇડનું હાઇડ્રેઝીન દ્વારા હાઇડ્રેઝીનોલિસીસ થતાં પ્રાથમિક એમાઇન બને છે. (ગેબ્રિઅલ સંશ્લેષણ)

 (ix) 1, 3ડાઇકાર્બોનિલ સંયોજનો સાથે પાયરેઝોલ્સ બને છે : (નોર સંશ્લેષણ)

(x) ઍરોમેટિક હાઇડ્રેઝીન્સ બેન્ઝીડીન પ્રકારની પુનર્વિન્યાસ પ્રક્રિયા દર્શાવે છે :

ઉપયોગો : હાઇડ્રેઝીનના ઉષ્મીય વિખંડન દ્વારા મુક્ત મૂલકો તથા વાયુઓ ઉત્પન્ન થાય છે, જે ફેનરબર(foam rubber)ના ઉત્પાદનમાં તેમજ રબરના સંસાધન (curing) માટે વપરાય છે. હાઇડ્રેઝીનનો વ્યુત્પન્ન એવો આઇસો-નિકોટિનિક હાઇડ્રેઝાઇડ ક્ષય રોગ માટેના ઔષધ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે. છોડવાના ઉછેરના નિયંત્રક તરીકે મલેઇકહાઇડ્રેઝોન (NHCOCH = CHCONH) તથા p-હાઇડ્રૉક્સીઇથાઇલહાઇડ્રેઝીન (HOCH2CH2NHNH2) વપરાય છે. ઍમિનોગ્વાનિડીન રંગકો બનાવવા માટે તેમજ સ્ફોટક મધ્યવર્તી તરીકે ઉપયોગી છે. PhNHCONHNHPh જંતુઘ્ન તરીકે જ્યારે ડાઇહાઇડ્રેઝાઇડ ફોર્માલ્ડિહાઇડ રેઝિન બનાવવામાં વપરાય છે. ઘણી સંક્રમણ ધાતુઓ તથા યુરેનિયમ અને પ્લૂટોનિયમ માટે તે અપચાયક તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે. RCON3 તથા RSO2NHNH2 જેવાં સંયોજનો ધમનકારક (blowing agent) તરીકે વપરાય છે. બૉઇલરમાંના કાટનું તે અપચયન કરતું હોવાથી બૉઇલરની સાફસૂફીમાં તેમજ કાટ ન લાગે તે માટે નિરોધક (inhibitor) તરીકે પણ હાઇડ્રેઝીનનો ઉપયોગ થાય છે. હાઇડ્રેઝીનનું દહન એ અત્યંત ઉષ્માક્ષેપક પ્રક્રિયા હોવાથી રૉકેટમાં ઇંધન તરીકે વપરાય છે. ઍપૉલો અવકાશયાત્રીઓએ ચંદ્રની સપાટી છોડવા માટે ડાઇનાઇટ્રોજન ટેટ્રોક્સાઇડ અને અસમમિતીય ડાઇમિથાઇલહાઇડ્રેઝીન[(CH3)2NNH2]ના મિશ્રણનો ઉપયોગ કરેલો. નાઇટ્રિક ઍસિડ જેવા પ્રબળ ઉપચયનકર્તા સાથે હાઇડ્રેઝીનની ખૂબ ઝડપી પ્રક્રિયા થતી હોવાથી તે પણ રૉકેટના પ્રણોદન (propulsion) માટે વપરાય છે. આ ઉપરાંત કાચ અને પ્લાસ્ટિક ઉપર ધાતુનો વિદ્યુતઢોળ ચઢાવવા, ઇંધન-કોષોમાં, વાયુઓના માર્જક (scavenger) તરીકે – એમ વિવિધ હેતુઓ માટે પણ હાઇડ્રેઝીનનો ઉપયોગ થાય છે.

જ. પો. ત્રિવેદી