Hidrazin (Hydrazine) | Manfaat, Produksi, Reaksi Kimia, Bahaya, Sifat Kimia

Hidrazin (Hydrazine) merupakan senyawa anorganik yang mempunyai rumus kimia  N2H4 dan massa molekul relatif (Mr) 32,05.

Hidrazin sering dikenal juga dengan sebutan hidrazin anhidrat (hydrazine anhydrous) atau diamine.

Hidrazin diisolasi pertama kali sebagai garam sulfat oleh Curtius pada tahun 1887. Sebelumnya, pada tahun 1875, Emil Fischer membuat dan mengidentifikasi turunan organik hidrazin. Hidrazin baru dapat dibuat atau diproduksi secara komersial pada pada tahun 1906 oleh Raschig.

Molekul Hidrazin (Hidrazine)

1. Manfaat atau Penggunaan

Hydrazine dan turunannya memiliki banyak aplikasi komersial. 

Beberapa aplikasi dari hidrazin sebagai berikut.

- sebagai propelan roket

- Selama Perang Dunia II, itu digunakan sebagai bahan bakar untuk pesawat tempur bertenaga roket.

- sebagai zat gas peniup

- untuk pengendalian serangga

- digunakan dalam pengolahan air

- digunakan dalam sel bahan bakar.

- digunakan dalam pengolahan air limbah untuk menghilangkan besi.

- penghilang besi dari sistem pemanas air panas.

- reduksi karat oksida besi merah menjadi magnetit.

- untuk menghilangkan oksigen sehingga terlindungi dari korosi. 

- digunakan dalam pelapisan elektrolitik logam pada gelas dan sebagai agen pereduksi. 

Sejumlah besar turunan hidrazin digunakan dalam aplikasi pertanian sebagai fungisida, herbisida, dan pestisida untuk mengendalikan gulma dan hama. 

Beberapa obat hidrazida, seperti isoniazid digunakan secara ekstensif untuk mengobati tuberkulosis. 

Beberapa turunan hidrazin digunakan dalam pewarna azo, sebagai agen penghubung dalam fotografi warna, dan sebagai bahan peledak dan primer amunisi.

2. Sifat Fisik atau Sifat Fisika

Sifat fisika hidrazina sebagai berikut.

- cairan tidak berwarna

- berasap

- bau amoniak

- massa jenis (density) 1,0045 g/mL pada suhu 25 °C

- indeks bias 1,46044 pada suhu 22 °C

- mengeras pada suhu 2 °C menjadi padatan kristal putih

- mendidih pada suhu 113,5 °C

- titik nyala 52 °C

- terbakar dengan nyala ungu

- tekanan uap 14,4 torr pada 25 °C

- suhu kritis 379,85 °C

- tekanan kritis 145 atm

- tegangan permukaan 66,67 dyne/cm pada suhu 25 °C

- konstanta dielektrik 51,7 pada suhu 25 °C

- viskositas 0,876 sentipoise pada suhu 25 °C

- sangat mudah larut dalam air.  

- membentuk azeotrop dengan air 

- azeotrop dengan air mendidih pada suhu 120,5 °C.

- membentuk hidrazin hidrat pada konsentrasi molar 1: 1 dalam air.

- larut dalam alkohol dan pelarut polar lainnya

Cairan hidrazin dalam botol kaca

3. Pembuatan atau Produksi

Hidrazin dapat diproduksi dengan beberapa metode. Namun proses komersial yang paling umum adalah proses Raschig (saat ini Olin-Raschig).

Proses ini melibatkan oksidasi parsial amonia atau urea dengan hipoklorit. Zat pengoksidasi lain, seperti klorin atau hidrogen peroksida, dapat digunakan untuk menggantikan hipoklorit. 

Langkah-langkah reaksinya adalah sebagai berikut.

NH3 + NaOCl → NH2Cl + NaOH

NH2Cl + NH3 + NaOH → N2H4 + NaCl + H2O

2NH3 + NaOH → N2H4 + NaCl + H2O

Reaksi parsial pertama berlangsung cepat, sedangkan reaksi kedua lambat pada suhu biasa. Untuk mempercepat terjadinya reaksi maka dilakukan pemanasan dengan suhu di atas 120 °C.

Kloramin yang terbentuk dalam reaksi di atas, dapat bereaksi dengan produk hidrazin, menjadi nitrogen.

2NH2Cl + N2H4 → 2NH4Cl + N2

Reaksi pembentukan nitrogen ini dikatalisis oleh tembaga dan pengotor logam lainnya. Untuk mencegah terjadinya hal ini, maka dapat dilakukan dengan cara menambahkan zat pengompleks yang sesuai.

Proses Raschig yang telah dimodifikasi dikenal sebagai proses Olin-Raschig. Dalam proses ini, umpan klorin cair terus menerus diserap dalam larutan NaOH encer membentuk natrium hipoklorit.

Reaksi kimia dalam proses Olin-Raschig berlangsung sangat cepat. Penambahan amonia anhydrous dalam jumlah banyak dan berlebih di bawah tekanan, akan meningkatkan suhu menjadi sekitar 130 °C. Hal ini akan mencegah dekomposisi hidrazin oleh kloramin.

4. Sifat Kimia atau Reaksi Kimia

Hidrazin bersifat basa karena adanya pasangan elektron bebas (PEB) pada setiap atom nitrogen. Oleh sebab itu, banyak reaksi kimia hidrazin analog dengan reaksi amonia.

a. Reaksi ionisasi

Hidrazin anhidrat dapat mengalami ionisasi sendiri, menghasilkan hidrazinium (hydrazinium), yakni hidrazida (N₂H₅⁺) dan hidrazida (N2H3¯).

Persamaan reaksinya:

2N₂H₄ → N₂H₅⁺ + N₂H₃¯

b. Dekomposisi

Dekomposisi termal hidrazin dapat terjadi melalui beberapa jalur energi.

Yang paling disukai adalah:

3N2H4 → 4NH3 + N2    ∆H = –37,5 kkal / mol

Dalam kondisi terkontrol, hidrazin dapat terurai secara termal menjadi nitrogen dan hidrogen:

N2H4 → N2 + 2H2   ∆H = –22,8 kkal/mol

c. Pembentukan garam hidrazin (hidrazida)

Reaksi dengan logam natrium menghasilkan natrium hidrazida (NaN2H3) disertai dengan pelepasan gas hidrogen.

Persamaan reaksinya:

2N2H4 + Na → 2NaN2H3 + H2

Reaksi dengan natrium amida juga menghasilkan senyawa yang sama, dengan pelepasan gas amonia.

Persamaan reaksinya :

N2H4 + NaNH2 → NaN2H3 + NH3

Kebanyakan garam hidrazin tidak stabil dan sensitif terhadap panas dan guncangan. 

Namun, garam hidrazida dari logam alkali tanah, seperti MgN2H2 dan Al(N2H3)3, kurang peka terhadap panas dan guncangan dibanding hidrazida dari logam alkali.

Reaksi dengan hidrida logam alkali dan alkali tanah juga menghasilkan hidrazida logam ionik yang sama.

Persamaan reaksinya:

NaH + N2H4 → NaN2H3 + H2

Banyak alkil logam mengalami reaksi serupa yang membentuk hidrazida logamnya.

d. Reaksi dengan karbon dioksida

Hidrazin bereaksi dengan karbon dioksida membentuk asam karbazat (asam hydrazinecarboxylic).

Persamaan reaksinya:

N2H4 + CO2 → NH2NHCOOH

e. Reaksi reduksi

Reaksi reduksi oksidasi mungkin merupakan reaksi hidrazin yang paling penting. Senyawa tersebut dapat mereduksi beberapa golongan zat anorganik termasuk zat pengoksidasi, logam, dan hologens. Juga dapat mereduksi sejumlah gugus fungsi organik seperti karbonil, nitro, dan nitril.

Kromat, dikromat, permanganat, klorat, dan hipoklorit dan oksidan lainnya mudah direduksi oleh hidrazin.

Misalnya, penghilangan kromat dari air limbah dapat dilakukan dengan cara mengubah kromat yang larut dalam air menjadi endapan kromium hidroksida yang tidak larut, Cr(OH)3.

Persamaan reaksinya:

CrO₄^2– + N₂H₄ → Cr(OH)₃ + N₂ + OH¯

f. Reaksi dengan halogen

Hidrazin bereaksi dengan halogen membentuk hidrogen halida.

Persamaan reaksinya: 

N2H4 + 2Cl2 → N2 + 4HCl

N2H4 + 2I2 → N2 + 4HI

g. Reaksi dengan kloramin

Hidrazin bereaksi dengan kloramin menghasilkan amonium klorida saat terurai menjadi nitrogen. Reaksi dikatalisis oleh ion logam.

Persamaan reaksinya:

N2H4 + 2NH2Cl → 2NH4Cl + N2

h. Reaksi dengan oksida logam berat

Hidrazin mampu mereduksi oksida logam berat dan garamnya menjadi logam bebas. Reaksi ini digunakan untuk pelapisan film logam pada plastik dan kaca.

Persamaan reaksinya :

2Ag2O + N2H4 → 4Ag + N2 + 2H2O

i. Reaksi dengan oksigen

Hydrazine adalah agen pereduksi yang kuat. Zat ini mampu merekduksi oksigen, membentuk nitrogen dan air.

Persamaan reaksinya:

N2H4 + O2 → N2 + 2H2O

Reaksi dengan oksigen ini sangat eksotermik (Hrxn = –148,6 kkal/mol). 

Inilah alasan hidrazin dapat digunakan sebagai propelan roket dan sel bahan bakar.

j. Reaksi reduksi Wolff-Kishner

Reaksi reduksi yang penting adalah reaksi reduksi Wolff-Kishner, yakni reaksi reduksi gugus karbonil pada aldehida dan keton membentuk hidrazon.

Persaamaan reaksinya:

(CH3)2C=O + N2H4 → (CH3)2C=NNH2

Ketika dipanaskan dalam suasana basa, hidrazon menghasilkan alkana (atau alkohol tergantung pada kondisi reaksi).

Persamaan reaksinya:

(CH3)2C=NNH2 → CH3CH2CH3 + N2 (reaksi berlangsung dalam NaOH, pada suhu 200 °C)

Dalam katalis yang sesuai, hidrazin mampu mereduksi beberapa kelompok senyawa organik. 

Contohnya, dengan menggunkan katalis Ni (Nikel), hidrazin mampu mereduksi nitrobenzene menjadi aniline.

Persamaan reaksinya :

C6H5NO2 → C6H5NH2 (dalam N2H4, Ni)

k. Reaksi dengan asam benzoat

Hirazin bereaksi dengan asam benzoat menghasilkan benzoil hidrazida.

Persamaan reaksinya :

C6H5COOH + N2H4 → C6H5CONHNH2 + H2O

l. Reaksi dengan sulfonil klorida

Dengan kehadiran amonia, hidrazin dapat bereaksi dengan sulfonil klorida menghasilkan hidrazida asam sulfonat.

Persamaan reaksinya:

RSO2Cl + N2H4 → RSO2NHNH2 + NH4Cl

m. Reaksi dengan karbon disilfida

Hidrazin bereaksi dengan karbon disulfida menghasilkan asam ditiokarbazat.

Persamaan reaksinya:

N2H4 + CS2 → NH2NHCSSH

n. Reaksi dengan alkil halida

Hidrazin akan bereaksi dengan alkil halida, dengan adanya karbon disulfide dan kalium hidroksida.

Hasil dari reaksi ini adalah ester ditiokarbazat. 

Persamaan reaksinya:

N2H4 + CS2 + KOH + C2H5Cl → NH2NHC(=S)SC2H5 + H2O + KCl

5. Bahaya Hidrazin

Beberapa bahaya dari hidrazin yang harus diwaspadai adalah sebagai berikut.

- merupakan cairan yang mudah terbakar.

- dan membentuk campuran yang dapat meledak dengan udara 

- reaksi yang hebat dapat terjadi jika dicampur dengan zat-zat pengoksidasi.

- paparan uap atau menelan cairan hidrazin dapat menyebabkan mual, muntah, dan kejang. 

- dapat menyebabkan kerusakan mata. 

- merupakan zat karsinogen dan teratogen.

 

SUMBER TULISAN

Pradyot Patnaik, Ph.D. 2001. Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill. ISBN 0-07-049439-8.