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{{Infobox Chemikalie
| Strukturformel = [[Datei:Distickstofftetroxid.svg|Struktur von Distickstofftetroxid]]
| Andere Namen = * Stickstofftetraoxid
* Stickstofftetroxid
* NTO
| Summenformel = N2O4
| CAS = {{CASRN|10544-72-6}}
| EG-Nummer = 234-126-4
| ECHA-ID = 100.031.012
| PubChem = 25352
| ChemSpider =
| Beschreibung = farbloses Gas mit stechendem Geruch, bei Erwärmung rotbraune Verfärbung durch Bildung von [[Stickstoffdioxid]]<ref name="GESTIS" />
| Molare Masse = 92,01 [[Gramm|g]]·[[mol]]−1
| Aggregat = gasförmig (bei 25 °C)
| Dichte = 1,45 g·cm−3<ref name="GESTIS">{{GESTIS|Name=Distickstofftetraoxid|ZVG=1950|CAS=10544-72-6|Abruf=2017-01-10}}</ref>
| Schmelzpunkt = −11 [[Grad Celsius|°C]]<ref name="GESTIS" />
| Siedepunkt = 21 °C<ref name="GESTIS" />
| Dampfdruck = 0,1 M[[Pascal (Einheit)|Pa]] (20 °C)<ref name="GESTIS" />
| Löslichkeit = hydrolysiert in Wasser<ref name="GESTIS" />
| CLH = {{CLH-ECHA|ID=100.031.012|Name=Dinitrogen tetraoxide|Abruf=2016-02-01}}
| Quelle GHS-Kz = <ref name="GESTIS" />
| GHS-Piktogramme = {{GHS-Piktogramme|04|03|06|05}}
| GHS-Signalwort = Gefahr
| H = {{H-Sätze|280|270|330|314}}
| EUH = {{EUH-Sätze|071}}
| P = {{P-Sätze|260|280|244|220|304+340|315|305+351+338|315|303+361+353|315|370+376|403|405}}
| Quelle P = <ref name="GESTIS" />
| Standardbildungsenthalpie = 11,1 kJ/mol<ref name="CRC90_5_16">{{CRC Handbook|Auflage=90|Titel=Standard Thermodynamic Properties of Chemical Substances|Kapitel=5|Startseite=16}}</ref>
}}

[[Bild:Nitrogen dioxide at different temperatures.jpg|mini|Distickstofftetroxid in Ampullen bei verschiedenen Temperaturen: −196 °C, 0 °C, 23 °C, 35 °C, 50 °C (von links nach rechts)]]

'''Distickstofftetroxid''', N2O4, ist bei 25 °C ein farbloses Gas. Es ist das [[Dimer]] des [[Stickstoffdioxid]]s, NO2, und steht mit diesem in einem druck- und temperaturabhängigen Gleichgewicht. Es gehört zur Gruppe der [[Stickoxide]].

Distickstofftetroxid wird unter seinem [[Trivialname]]n ''Stickstofftetroxid'', beziehungsweise meist unter der Abkürzung '''NTO''' (von {{enS|nitrogen tetroxide}}), in der [[Raumfahrt]] und [[Raketentechnik]] als ohne Kühlung lagerfähiges und [[Hypergolität|hypergol]] mit [[Hydrazin]] und seinen [[Derivat (Chemie)|Derivaten]] reagierendes [[Oxidationsmittel]] (Oxidator) verwendet.

== Eigenschaften ==

Distickstofftetroxid ist bei einer Temperatur oberhalb von 21 °C ein ätzendes und stark oxidierend wirkendes Gas. Das farblose, [[Diamagnetismus|diamagnetische]] Distickstofftetroxid steht im Gleichgewicht mit dem rotbraunen, [[Paramagnetismus|paramagnetischen]] [[Stickstoffdioxid]]. Ein Molekül N2O4 zerfällt hierbei in zwei Moleküle NO2.

:<math>\mathrm{N_2O_4 \ \rightleftharpoons \ 2NO_2 \quad \Delta H=+57~{\rm kJ/mol}}.</math><ref name="LdC">Hans-Dieter Jakubke, Ruth Karcher (Hrsg.): ''Lexikon der Chemie''. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2001.</ref>

Je nach Druck und Temperatur liegen unterschiedliche Anteile an beiden Gasen bzw. Flüssigkeiten vor. Da Stickstoffdioxid eine rotbraune Farbe besitzt, ist das Gemisch je nach Temperatur orange bis rotbraun gefärbt. Mit zunehmender Temperatur verschiebt sich das obige Gleichgewicht nach rechts und die braune Färbung vertieft sich. Bei 800 °C ist der Zerfall nahezu vollständig. Die [[Dissoziationskonstante]] kann hier über die konzentrationsproportionalen [[Partialdruck|Partialdrücke]] wiedergegeben werden:<ref name="Chao">J. Chao, R.C. Wilhoit, B.J. Zwolinski: ''Gas phase chemical equilibrium in dinitrogen trioxide and dinitrogen tetroxide''. In: ''[[Thermochim. Acta]]'', 10, 1974, S. 359–371, [[doi:10.1016/0040-6031(74)87005-X]].</ref>
: <math>K_d = {p^2_\mathrm{(NO_2)} \over p_\mathrm{(N_2O_4)}}</math>
Der Wert der Dissoziationskonstante hängt signifikant von der Temperatur ab.

{| class="wikitable" style="font-size:90%; overflow:auto;"
|-
! T in °C || 0 || 8,7 || 25 || 35 || 45 || 50 || 86,5 || 101,5 || 130,8
|-
| Kd<ref name="Chao" /> in atm || 0,0177 || 0,0374 || 0,147 || 0,302 || 0,628 || 0,863 || 7,499 || 16,18 || 59,43
|}

Beim Abkühlen kondensiert Distickstofftetroxid und die Flüssigkeit klart auf. In der Nähe des Siedepunktes zeigt die Substanz wegen noch gelöstem Stickstoffdioxid eine braune Färbung. N2O4 bildet farblose Kristalle und kristallisiert im kubischen [[Kristallsystem|System]] (a = 7,77 Å) mit sechs N2O4-Gruppen pro [[Einheitszelle]].<ref name="IS5" /> Auch die Variation des Druckes beeinflusst das Gleichgewicht. Eine Erhöhung des Druckes verschiebt es auf die linke, eine Absenkung auf die rechte Seite ([[Prinzip vom kleinsten Zwang]]). Der [[Kritischer Punkt (Thermodynamik)|kritische Punkt]] von N2O4 liegt bei 157,85 °C und 10 [[Pascal (Einheit)|MPa]].

N2O4 als auch NO2 bilden das gemischte [[Anhydrid]] der [[Salpetersäure]] und der [[Salpetrige Säure|Salpetrigen Säure]]. Mit [[Alkalihydroxid]]<nowiki />lösungen entstehen [[Nitrate]] und [[Nitrite]], z. B:

: <math> \mathrm{2\,NO_2 + 2\,NaOH \ \rightarrow \ NaNO_2 + NaNO_3 + H_2O }.</math>

== Herstellung ==

Distickstofftetroxid ist das [[Dimer]] des Stickstoffdioxids, das als Zwischenprodukt bei der großtechnischen [[Salpetersäure]]synthese durch Luftoxidation von [[Stickstoffmonoxid]] NO entsteht. Durch Abkühlen dimerisiert Stickstoffdioxid zu Distickstofftetroxid und kann so als Nebenprodukt in einer Salpetersäurefabrik produziert werden.

Im Labor kann es dargestellt werden
* in Analogie zur technischen Synthese
* durch Reduktion von konzentrierter Salpetersäure mit Kupfer
* durch Erhitzen von Schwermetallnitraten wie [[Bleinitrat]] oder [[Silbernitrat]] im Sauerstoffstrom
* durch Umsetzung von rauchender Salpetersäure mit [[Phosphor(V)-oxid]] und thermischer Zersetzung des erhaltenen [[Distickstoffpentoxid]] bei 260 °C<ref name="IS5">{{Literatur| Autor=A. Pedler and F. H. Pollard| Titel=Nitrogen(IV) oxide (Dinitrogen Tetroxide)| Hrsg=Therald Moeller| Sammelwerk=Inorganic Syntheses| Band=5| Verlag=McGraw-Hill, Inc.| Datum=1957| Sprache=en| Seiten=87–91}}</ref>:
:<chem>4 HNO3 + P4O10 -> 4 HPO3 + 2 N2O5</chem>
::<chem>2 N2O5 ->[T][]2 N2O4 + O2</chem>

== Verwendung ==

Distickstofftetroxid wird unter dem Trivialnamen ''Stickstofftetroxid'' (engl. ''nitrogen tetroxide''; NTO) seit den 1950er Jahren in vielen [[Rakete]]n als ohne Kühlung lagerfähiges Oxidationsmittel (Oxidator) verwendet. Zusammen mit [[Hydrazin]]derivaten als Reduktionsmittel bildet es die einzigen bei [[Trägerrakete|Träger-]] und [[Interkontinentalrakete]]n verwendeten [[hypergol]]ischen Treibstoffmischungen. So wurde es z. B. zusammen mit Hydrazin und [[1,1-Dimethylhydrazin|UDMH]] als Treibstoffgemisch ([[Aerozin 50]]) der Mondlandefähren und dem Apollo-Raumschiff im amerikanischen [[Apollo-Programm]] für Haupt- und Steuertriebwerke verwendet.

Zuerst wurde Distickstofftetroxid als lagerfähiger Oxidator bei den [[Interkontinentalrakete]]n der zweiten Generation wie der [[Titan (Interkontinentalrakete)|Titan II]] verwendet, die dadurch immer vollgetankt und einsatzbereit auf ihren sofortigen Start warten konnten. Danach kam Distickstofftetroxid bei den aus diesen Interkontinentalraketen abgeleiteten Trägerraketen und zahlreichen neu entwickelten Trägerraketen bis heute zum Einsatz. Außerdem ist Distickstofftetroxid neben [[Mixed Oxides of Nitrogen|MON]] der Standardoxidator von [[Satellit (Raumfahrt)|Satelliten]] und [[Raumsonde]]n.

== Unfälle ==
Aufgrund seiner Reaktionsfreudigkeit kommt es, besonders im Kontext der Raketentechnik immer wieder zu Unfällen.

* Am 19. September 1980 ist eine mit einem Nuklearsprengkopf bestückte [[Titan (Interkontinentalrakete)|Titan II]] in einem Silo im Startkomplex 374-7 nördlich von [[Damascus (Arkansas)|Damascus]] explodiert. Durch ein im Silo unachtsam fallengelassenes Werkzeug wurde der NTO-Tank leck geschlagen, was etwa 9 Stunden später zur Explosion führte.<ref>[https://encyclopediaofarkansas.net/entries/titan-ii-missile-explosion-2543/ Explosion einer Titan-II-Rakete (1980)]</ref>
* Im Oktober 1986 sank das sowjetische Atom-U-Boot [[K-219]]. Aufgrund eines nicht näher geklärten Zwischenfalls trat Meerwasser ein und reagierte mit ausgelaufenem NTO zu Salpetersäure. Diese zerstörte wiederum die Treibstoffleitungen, die letztlich zur Explosion einer der Raketen führten, die das U-Boot schwer beschädigte. Es konnte zwar eine Kernschmelze beider Reaktoren verhindert werden, das U-Boot sank dennoch 3 Tage später mutmaßlich aufgrund der schweren Beschädigungen.
* Im Juni 2024 stürzte in Südwestchina ein Booster einer [[Langer Marsch 2|Langer Marsch 2C]] in der Nähe eines Dorfes ab. Inoffiziell veröffentlichte Bilder zeigen orange Rauchschwaden, die auf die Reaktionsprodukte des Treibstoffs bestehend aus NTO und UDMH zurückzuführen sind. Laut der [[China Aerospace Science and Technology Corporation]] war der Raketenstart trotz dieses Unfalls ein voller Erfolg.<ref>[https://www.derstandard.de/story/3000000225810/hochgiftiges-raketentrumm-hat-dorf-in-suedwestchina-nur-knapp-verfehlt Hochgiftiges Raketenteil hat Dorf in Südwestchina nur knapp verfehlt]</ref>

== Risikobewertung ==
Distickstofftetroxid wurde 2015 von der EU gemäß der [[Verordnung (EG) Nr. 1907/2006]] (REACH) im Rahmen der [[Stoffbewertung]] in den fortlaufenden Aktionsplan der Gemeinschaft ([[CoRAP]]) aufgenommen. Hierbei werden die Auswirkungen des [[Chemischer Stoff#Definitionen des Gesetzgebers|Stoffs]] auf die menschliche Gesundheit bzw. die Umwelt neu bewertet und ggf. Folgemaßnahmen eingeleitet. Ursächlich für die Aufnahme von Distickstofftetroxid waren die Besorgnisse bezüglich Exposition von [[Arbeitnehmer]]n und hohes Risikoverhältnis (''[[Risk Characterisation Ratio]]'', RCR) sowie der möglichen Gefahren durch mutagene und [[reproduktionstoxisch]]e Eigenschaften. Die Neubewertung sollte von [[Lettland]] durchgeführt werden, jedoch wurde die Neubewertung der Substanz 2019 zurückgezogen, weil die Gefahren als gering eingeschätzt wurden.<ref>{{CoRAP-Status |ID=100.031.012 |Name=dinitrogen tetraoxide |Evaluationsjahr= |Status=Withdrawn |Abruf=2022-03-06}}</ref><ref>ECHA: [https://echa.europa.eu/documents/10162/f2441b45-4f83-3ee2-99be-92d43ab10cb5 Withdrawal], 19. März 2019.</ref>

== Literatur ==
* [[Ralf Steudel]]: ''Chemie der Nichtmetalle''. 3. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin / New York 2008, ISBN 978-3-11-019448-7, Seite 345.

== Weblinks ==
{{Commonscat|Dinitrogen tetroxide|Distickstofftetroxid}}
{{Wikisource|Bekanntmachung, betreffend die Eisenbahnbeförderung von Stickstofftetroxyd|Bekanntmachung, betreffend die Eisenbahnbeförderung von Stickstofftetroxyd (Deutschland, 1909)}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4150245-0}}

[[Kategorie:Stickstoff-Sauerstoff-Verbindung]]
[[Kategorie:Oxid]]

Distickstofftetroxid - Versionsgeschichte

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