מה קורה אם מערבבים חומצה חנקתית עם הידרזין?

כאשר מערבבים חומצה חנקתית עם הידרזין, מתרחשת תגובה אלימה ביותר, כשהתוצאה העיקרית היא הצתה עצמית מיידית- ופיצוץ חזק. שני החומרים הללו הם מטבעם חומרים מסוכנים בעלי תגובתיות גבוהה, ותערובתם אף משמשת כהנעה רקטית בשדות צבאיים ותעופה וחלל, בעוצמה אדירה.
תגובת הליבה לאחר ערבוב: פיצוץ
לתגובה העיקרית כאשר חומצה חנקתית מעורבבת עם הידרזין יש שני מאפיינים מרכזיים:
הצתה עצמית- מיידית: כאשר חומצה חנקתית (כמחמצן חזק) באה במגע עם הידרזין (כחומר מפחית חזק), מתרחשת תגובת חימצון- אלימה מיד, והיא תתלקח-בעצמה ללא צורך במקור הצתה חיצוני כלשהו. מבחינה כימית, מאפיין זה מכונה "הצתה עצמית- (היפרגולית)".
פיצוץ מוצר: אחד התוצרים הישירים של תגובה זו הוא חנקתי הידראזין (N₂H₅NO₃), שהוא חומר נפץ מאוד לא יציב באנרגיה גבוהה-. תחת הפרעות אנרגיה חיצוניות קלות (כגון פגיעה, חיכוך או ניצוץ חשמלי סטטי), הוא יכול לעבור פיצוץ.
שם קטלני: "ארס השטן"
השילוב של חומצה חנקתית והידרזין כל כך מסוכן שהוא קיבל את התואר המבשר רעות "ארס השטן". השם המפחיד הזה נובע מאסון חלל מפורסם - "קטסטרופה של נדלין".
טרגדיה היסטורית: בשנת 1960, טיל בין-יבשתי סובייטי R-16, שהשתמש בשילוב של הידרזין וחומצה חנקתית כהנעה שלו, עבר הכנות אחרונות על מנחת השיגור כאשר תקלה אלקטרונית הפעילה בטעות את מנוע השלב השני. הדבר גרם לכל הרקטה להתפוצץ על משטח השיגור, וכדור אש ענק בלע את המקום, והביא למותם של למעלה ממאה טכנאים ומדענים, ביניהם מרשל נכרילין, מפקד כוחות הטילים האסטרטגיים הסובייטים.
⚛️ כמה חזק הפיצוץ?
לניטרמין שנוצר מהתגובה של הידרזין וחומצה חנקתית יש כוח נפץ פי 1.42 מזה של TNT. לשם השוואה, TNT הוא כבר חומר נפיץ ביותר. להלן פרמטרי הפיצוץ של ניטרמין, שיכולים לתת לך תחושה אינטואיטיבית יותר של כוחו:
פרמטרים ערכים הפניה הסבר
מהירות פיצוץ 8690 - 9300 m/s גבוהה בהרבה מ-TNT (כ-6900 m/s), מה שמצביע על כך שגל הפיצוץ מתפשט מהר במיוחד
חום נפיץ כ-3869 קילו-ג'יי/ק"ג האנרגיה המשתחררת ליחידת מסה גבוהה במיוחד, וכתוצאה מכך כוח הרס אדיר
נפח גז נפץ 1001 ליטר/ק"ג כל קילוגרם של חומר נפץ יכול ליצור יותר ממטר מעוקב אחד של גז בטמפרטורה-גבוה ובלחץ גבוה-
טמפרטורת נפץ כ-3045 K כ-2772 מעלות, מספיק להמיס את רוב המתכות
50% טמפרטורת נפץ 307 מעלות בהגעה לטמפרטורה זו, יש סיכוי של 50% שהחומר יעבור פיצוץ
⚠️ סכנות אחרות וגורמים משפיעים מרכזיים
בנוסף לסיכון הפיצוץ הישיר, ישנם כמה גורמים שיחריפו את הסכנה:
רעילות חזקה במיוחד: הידרזין הוא עצמו חומר רעיל ומסרטן. בפעולות ניסוי או בשאיפה של החומרים הנדיפים שלו, הוא מהווה איום רציני על בריאות האדם.
חוסר יציבות ותופעות לוואי: בתנאים מסוימים (כגון בתהליך עיבוד דלק גרעיני), מערכת התמיסה עשויה לייצר גם מוצרי ביניים נפיצים, כגון אזיד רעיל מאוד ונפיץ מאוד (HN₃). בנוסף, נוכחותם של יוני מתכת מסוימים (כגון טכנציום) יכולה לזרז את התגובה, להגביר את הסיכון לתגובות בלתי מבוקרות.
גורמים משפיעים: עוצמת התגובה מושפעת באופן משמעותי מטמפרטורה, ריכוז ויחס ערבוב. למשל, עלייה בטמפרטורה תגרום לקצב התגובה להאיץ בחדות; יחס ערבוב ספציפי (כלומר, "יחס החמצן האופטימלי-דלק") מאפשר לתגובה להיות היסודית ביותר ומשחרר את כמות האנרגיה המקסימלית.
אָסוּר בְּהֶחְלֵט!
לתגובה בין חומצה חנקתית להידרזין יש מאפיינים של הצתה עצמית- מיידית, המוצר המתקבל הוא חומר נפץ באנרגיה גבוהה-, התהליך נוטה מאוד ל-失控 ומשחרר חומרים רעילים, מהווים סיכון בלתי נסבל וקטלני לבטיחות האדם. חל איסור מוחלט על כל אחד לנסות את הניסוי הזה בכל תנאי שהוא!