비대칭디메틸히드라진
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1. 개요
비대칭디메틸히드라진(UDMH)은 로켓 연료로 주로 사용되는 화합물이다. 1875년 에밀 피셔에 의해 처음 합성되었으며, 모노클로라민과 디메틸아민의 반응 또는 아세틸히드라진의 포름알데히드 및 수소와의 반응을 통해 산업적으로 생산된다. UDMH는 사산화 이질소, 적연질산, 액체 산소 등과 함께 사용되며, 스커드 미사일, 노동 미사일, 무수단 미사일 등과 같은 미사일과 인공위성, 우주 왕복선의 자세 제어 시스템에 사용된다. UDMH는 독성이 강하며, 피부 및 점막에 부식성을 나타내며 발암성 가능성이 있는 물질로 분류된다. 또한, 환경 오염을 유발할 수 있으며, 생물학적 산소 요구량 분해율이 0%로 난분해성 물질이다.
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비대칭디메틸히드라진 - [화학 물질]에 관한 문서 | |
---|---|
일반 정보 | |
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IUPAC 명칭 | 1,1-다이메틸하이드라진 |
다른 이름 | 다이마진 |
식별 정보 | |
CAS 등록번호 | 57-14-7 |
UNII | 4WPQ90N53J |
PubChem CID | 5976 |
ChemSpider ID | 5756 |
EINECS 번호 | 200-316-0 |
UN 번호 | 1163 |
KEGG | C19233 |
MeSH 이름 | 다이마진 |
ChEBI | 18853 |
RTECS 번호 | MV2450000 |
Beilstein 등록번호 | 605261 |
SMILES | CN(C)N |
표준 InChI | 1S/C2H8N2/c1-4(2)3/h3H2,1-2H3 |
표준 InChIKey | RHUYHJGZWVXEHW-UHFFFAOYSA-N |
물리화학적 성질 | |
분자식 | H₂NN(CH₃)₂ |
외형 | 무색 액체 |
냄새 | 암모니아 냄새, 생선 냄새 |
밀도 | 791 kg/m³ (22°C에서) |
녹는점 | 216 K |
끓는점 | 337.1 K |
증기압 | 13.7 kPa (20°C에서) |
굴절률 | 1.4075 |
용해도 | 혼화성 |
열화학 | |
표준 생성 엔탈피 | 48.3 kJ/mol |
표준 연소 엔탈피 | -1982.3 – -1975.1 kJ/mol |
엔트로피 | 200.25 J/K·mol |
열용량 | 164.05 J/K·mol |
위험성 | |
GHS 그림 문자 | '인화성, 부식성, 급성 독성, 심각한 건강 위험, 환경 유해성' |
GHS 신호어 | 위험 |
H 문구 | H225, H301, H314, H331, H350, H411 |
P 문구 | P210, P261, P273, P280, P301+310 |
NFPA 704 | 'NFPA 704 다이아몬드 (4-3-1)' |
인화점 | -10°C |
자연 발화 온도 | 248°C |
폭발 한계 | 2–95% |
LD50 | 122 mg/kg (경구, 쥐) 1.06 g/kg (피부, 토끼) |
PEL (허용 노출 한계) | TWA 0.5 ppm (1 mg/m³) [피부] |
IDLH (즉시 생명 또는 건강에 위험한 농도) | Ca [15 ppm] |
REL (권장 노출 한계) | Ca C 0.06 ppm (0.15 mg/m³) [2시간] |
주요 위험 | 발암 물질, 산화제와 접촉 시 자연 발화 |
LC50 | 252 ppm (쥐, 4시간) 172 ppm (생쥐, 4시간) 392 ppm (햄스터, 4시간) 3580 ppm (개, 15분) 1410 ppm (쥐, 1시간) 981 ppm (개, 1시간) |
관련 화합물 | |
관련 화합물 | 디메틸아민 하이드라진 대칭 디메틸하이드라진 |
환경 영향 | |
환경 영향 | 발사로 인한 배출가스가 환경에 미치는 영향 검토 |
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2. 합성
에밀 피셔는 1875년에 끓는 아세트산에서 아연으로 N-니트로소디메틸아민을 환원시켜 히드라진류를 발견하고 명명하면서 UDMH를 처음으로 제조했다.[8][9] 피셔의 제자 에드워드 레누프는 나중에 박사 학위 논문의 일부로 UDMH를 더 광범위하게 연구했다. 다른 역사적인 실험실 경로로는 히드라진의 메틸화, 니트로디메틸아민의 환원 및 아미노과황산으로 디메틸아민의 아민화가 있다.[10]
UDMH는 주로 로켓 연료로 사용되며, 특히 초고성능 추진제가 필요한 경우에 사용된다. 산화제로는 사산화 이질소, 적연질산, 액체산소 등이 사용된다.[12] UDMH는 히드라진의 유도체이며 때때로 히드라진이라고도 불린다. 연료로서, 미국에서는 규격 MIL-PRF-25604에 설명되어 있다.[13]
UDMH는 두 가지 경로로 산업적으로 생산된다.[11] 올린 라시히 공정을 기반으로 한 한 가지 방법은 모노클로라민과 디메틸아민을 반응시켜 1,1-디메틸히드라지늄 클로라이드를 생성하는 것이다.
:(CH3)2NH + NH2Cl → (CH3)2NNH2 ⋅ HCl
적절한 촉매가 존재하면 아세틸히드라진은 포름알데히드와 수소를 사용하여 N-디메틸화되어 N,N-디메틸-N'-아세틸히드라진을 생성할 수 있으며, 이는 이후 가수분해될 수 있다.
:CH3C(O)NHNH2 + 2CH2O + 2H2 → CH3C(O)NHN(CH3)2 + 2H2O
:CH3C(O)NHN(CH3)2 + H2O → CH3COOH + H2NN(CH3)2
3. 용도
UDMH는 안정성이 높아 장기간 보관이 가능하며, 즉응성이 요구되는 미사일 등에 사용된다. 스커드 미사일은 산화제 IRFNA(적연질산), 연료 UDMH(하이드라진)를 사용하는데, 노동 미사일, 무수단 미사일 등도 동일하다. 또한 자기 착화성 추진제이므로, 높은 신뢰성을 요구하는 인공위성이나 우주 왕복선의 자세 제어에도 사용된다. 우주왕복선 또는 기동 엔진의 OMS와 같은 일부 응용 분야에서는, 약간 더 높은 비추력 때문에 모노메틸히드라진이 대신 사용되기도 한다.
일부 등유 연료 로켓에서는 UDMH가 등유로 전환하기 전에 연소를 시작하고 로켓 엔진을 예열하기 위한 시동 연료로 기능한다. UDMH는 특히 고온에서 히드라진보다 더 높은 안정성을 가지며, 대체 연료로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. UDMH는 많은 유럽, 러시아, 인도 및 중국의 로켓 설계에 사용된다. 타이탄, GSLV 및 델타 로켓 계열은 여러 단계에서 50% 히드라진과 50% UDMH의 혼합물인 에어로진 50을 사용한다.[15] 북한이 2017년에 개발하고 시험한 탄도 미사일에 사용된 연료일 것이라는 추측이 있다.[16]
로켓 엔진의 연료 외 용도로는 유기 금속 기상 성장법에 의한 증착에서 질소원으로도 사용된다.
3. 1. UDMH를 사용한 로켓 엔진의 예
엔진 | 로켓/미사일 | 국가 | 산화제 | 비고 |
---|---|---|---|---|
바이킹 II | 아리안 1~3단 | 프랑스 | 사산화 이질소 | 1단 엔진 |
바이킹 IV | 아리안 1~4단 | 프랑스 | 사산화 이질소 | 2단 엔진 |
바이킹 V | 아리안 4 | 프랑스 | 사산화 이질소 | 1단 엔진 |
RD-251 | R-36M ICBM | 소련 | 사산화 이질소 | 1단 엔진 |
RD-253 | 프로톤 | 소련 | 사산화 이질소 | 1단 엔진 |
YF-20B | 창정 시리즈 | 중화인민공화국 | 사산화 이질소 | 1단 엔진 |
MGM-52 랜스 로켓 모터 | MGM-52 랜스 | 미국 | 불명 | 로켓다인 제작 |
RD-869, RD-843 | 베가 | 우크라이나 (아리안스페이스) | 사산화 이질소 | 4단 엔진 |
프로톤, 코스모스-3M, R-29RMU2 레이너, R-36M, 로코트 | 러시아 | |||
창정 2호 | 중화인민공화국 |
4. 안전성 및 독성
히드라진과 그 메틸 유도체는 독성이 있지만, LD50 값은 보고되지 않았다.[17] UDMH는 디메틸니트로사민의 전구체로 발암성 물질이다.[18] 국제 암 연구 기관의 발암성 평가에서는 그룹 2B (발암 가능성이 있는 물질)로 분류되어 있다.
바이코누르 우주기지에서 로켓에 UDMH를 사용한 것이 환경에 부정적인 영향을 미쳤다는 과학적 데이터가 있다.[19] 1960년 네델린 참사 당시 폭발로 인해 로켓에서 UDMH와 사산화 이질소가 누출되어 화상과 독성으로 인해 다수의 구경꾼이 사망하였다.
UDMH는 강한 발화성 물질이며, 피부나 점막에 부식성을 갖는다. 대한민국에서는 소방법에 의해 위험물 제5류(자기 반응성 물질)에, 독물 및 극물 단속법에서는 독물에, 노동 안전 위생법의 특정 제2류 물질(특정 관리 물질)로 지정되어 있다.
5. 환경 오염
UDMH는 BOD 분해율이 0%로, 난분해성 물질이다.[22] 발사에 실패하여 환경에 누출될 경우 제염 작업이 필요하며, 러시아는 카자흐스탄으로부터 여러 차례 막대한 제염 비용을 청구받고 있다.[23][24][25]
과학적 데이터에 따르면, 바이코누르 우주기지에서 로켓에 UDMH를 사용한 것이 환경에 부정적인 영향을 미쳤다.[19]
참조
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웹사이트
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2012-02-21
[2]
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[5]
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Unsymmetrical dimethylhydrazine transformation products: A review
[6]
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논문
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炭化水素エンジン開発の研究(3)…Energomash RD-253エンジン
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