HYDRAZINE

Extrait du sujet de chimie (option physique) de l'agrégation de chimie 2020

L’hydrazine, de formule N₂H₄, est, à température ambiante, un liquide incolore cancérogène et toxique pour les organismes aquatiques mais qui ne répond pas aux critères environnementaux de persistance et de bioaccumulation.

Son odeur est comparable à celle de l'ammoniac. L'hydrazine est un composé inflammable, extrêmement corrosif et irritant.

L'hydrazine est principalement utilisée sous forme d'hydrate de formule N₂H₄.H₂O. L'hydrate d'hydrazine a été synthétisé pour la première fois en 1889 par Theodor Curtius, un chimiste allemand.

Actuellement, sa production mondiale annuelle est estimée à plus de 50 000 tonnes. L’hydrate d’hydrazine est utilisé majoritairement comme agent gonflant pour les mousses de polymères (PE, PVC, PMMA, caoutchouc…) et comme inhibiteur de corrosion dans les chaudières industrielles, dans les centrales nucléaires et thermiques. L'hydrate d’hydrazine est également un important intermédiaire en synthèse organique industrielle et en chimie fine. En particulier l’hydrazine est utilisée dans la réduction de Wolff-Kishner, une réaction qui transforme le groupe carbonyle d’une cétone ou d’un aldéhyde en groupe méthylène ou en groupe méthyle.

On retrouve également des motifs dérivés de l'hydrazine dans de nombreux composés avec des applications thérapeutiques (comme la carbidopa) ou des pesticides. Le secteur de l’aérospatial est le plus gros consommateur d’hydrazine pure. En effet, si dès la fin de la seconde guerre mondiale, l'hydrate d'hydrazine a été utilisé comme carburant dans le premier avion de chasse à réaction, l’hydrazine pure et ses dérivés méthylés sont utilisés depuis plus de 50 ans comme propergol en association avec le tétraoxyde de diazote N₂O₄ dans les fusées (notamment Ariane) ; l’hydrazine est utilisée généralement seule comme monergol dans les moteurs à faible poussée (mais grande précision) permettant le positionnement sur orbite des satellites et des sondes spatiales. Par exemple, les moteurs de fusée pour la descente de la sonde spatiale de la mission InSight sur la planète Mars en 2018 fonctionnaient avec l’hydrazine comme seul ergol. Dans ce cas, la poussée est assurée par décomposition catalytique de l’hydrazine modélisée par l’équation de réaction :

N₂H₄(l) = N₂(g) + 2 H₂(g)

Enfin, il a été récemment mis en évidence que l'hydrazine est un métabolite de certaines bactéries. En particulier, l'hydrazine est produite par certaines bactéries pendant le processus dit "annamox" (de l'anglais anaerobic ammonium oxidation). Ce processus permet la conversion de l’ion ammonium en diazote gazeux en utilisant l’ion nitrite comme accepteur d’électrons. Il est notamment reconnu comme ayant une grande importance dans le cycle de l’azote en milieu marin (30 à 50 % de l’azote moléculaire produit par les océans proviendrait de ce processus) et dans le domaine du traitement des eaux usées et en particulier pour l'élimination des engrais azotés.

Une synthèse de l'hydrazine

La synthèse de l’hydrazine s’effectue principalement selon le procédé Raschig.

Ce procédé se déroule en deux étapes :

- la première étape, instantanée, consiste en la formation de monochloramine par réaction d’une solution aqueuse d’hypochlorite de sodium (Na+(aq) + ClO⁻(aq)) sur un excès d’ammoniac (rapport molaire 1/30).

- La deuxième étape est la réaction en milieu basique de la monochloramine avec l’excès d’ammoniac.

La transformation qui s’effectue en solution aqueuse est modélisée par l’équation :

Le rendement obtenu est de 60 % et conduit à l’obtention d’une solution aqueuse contenant environ 0,5 % en masse d’hydrazine.

Hydrazine ou diazane

Remarque : il s'agit d' un composé inorganique

Formule N₂H₄	NH₂-NH₂
Aspect	Liquide hygroscopique, incolore, fumant, d'odeur comparable à celle de l'ammoniac.
Masse molaire	32,045 g.mol^-1
Fusion	2°C
Ebullition	114°C
Densité	1,010
Indice de réfraction	1,469
Solubilité	Miscible à l'eau et aux solvants organiques polaires
N° CAS	301-01-2