Hydrazine - Définition

Structure moléculaire et propriétés

La structure de l'hydrazine se présente sous l’aspect de deux molécules d’ammoniaque accouplées l’une à l’autre par enlèvement d'un hydrogène pour chacune des deux molécules. Chaque sous-unité N-H₂ se présente sous une forme pyramidale. La distance entre les deux atomes d'azote est de 145 pm, et la molécule adopte une conformation lévogyre. Le moment de rotation est le double de celui de l’éthane. Ses propriétés structurelles ressemblent à celles du peroxyde d'hydrogène gazeux, qui adopte une conformation « asymétrique » analogue à une structure d'alcane linéaire, avec un moment de rotation élevé.

Elle possède les propriétés d’une base comparable à l’ammoniaque, mais 15 fois plus faible. Le substituant sur chaque amine rend le doublet électronique moins disponible pour capter un proton et donc moins basique. L'hydrazine est un meilleur nucléophile que l'ammoniac à cause de la répulsion entre les doublets non liants des atomes d'azote adjacents.

N₂H₄ + H⁺ → [N₂H₅]⁺ K = 8,5 x 10^-7

(pour l’ammoniaque K = 1,78 x 10⁻⁵) Elle cède difficilement un proton :

[N₂H₅]⁺ + H⁺ → [N₂H₆]²⁺ K = 8,4 x 10^-16

L'hydrazine est un réducteur beaucoup plus fort en milieu basique qu'en milieu acide. (E=-0,23 V à pH=0 et E=-1,16 V à pH=14) Lorsque l'hydrazine réagit avec des oxydants, divers produits azotés peuvent se former mais en général, il s'agit de diazote. La réaction de l'hydrazine avec le dioxygène forme du diazote et de l'eau, tout en dégageant une grande quantité de chaleur.

L'hydrazine se dégrade sous l'action de la chaleur et des rayon UV en diazote, dihydrogène et ammoniac.

Certains sels de l'hydrazine sont explosifs : nitrate, chlorate, perchlorate et azoture d'hydrazonium.

Synthèse

Theodor Curtius synthétisa l’hydrazine simple pour la première fois en 1889 par un biais détourné.

L’hydrazine est produite par le procédé d’Olin Raschig à partir de l’hypochlorite de sodium et de l'ammoniaque, une méthode inventée en 1907. Ce procédé repose sur la réaction des chloramines avec l'ammoniaque.

Une variante du procédé d’Olin Raschig est l'oxydation de l’urée par l’hypochlorite de sodium:

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

Dans le cycle Atofina-PCUK, l'hydrazine est fabriquée en plusieurs étapes à partir d’acétone, d'ammoniaque et de peroxyde d'hydrogène. L’acétone et l'ammoniaque réagissent d’abord pour donner une imine, réaction suivie d’une oxydation par le peroxyde d'hydrogène en oxaziridine, une molécule comportant trois cycles carbone, de l'oxygène et de l'azote, suivie d’une ammoniolyse qui conduit à l’hydrazone, un processus qui assemble deux atomes d'azote. L’hydrazone réagit avec l'acétone en excédent, et l'azine produite est hydrolysée pour former l'hydrazine, en régénérant l’acétone. Contrairement au procédé de Raschig, cette méthode ne génère pas de sel. PCUK est associé à Ugine Kuhlmann, un fabricant français de produits chimiques.

L’hydrazine peut aussi être produite par une méthode connue sous le nom de procédé ketazine et peroxyde.

En 2001, Marc Strous, microbiologiste à l'Université de Nijmegen aux Pays-Bas, a découvert que l'hydrazine est produite par des levures et une bactérie océanique l’anammox (Brocadia anammoxidans). Ce sont les seuls organismes vivants actuellement connus capables de produire naturellement de l’hydrazine.