Un combustible hipergólico de ignición ultrarrápida

Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next

La hidrazina es un compuesto inorgánico que tiene la fórmula química H2-N-N-H2 (también escrita como H4N2). Es un líquido inflamable que huele a amoníaco. La hidrazina es tremendamente tóxica y peligrosamente inestable, salvo que se la maneje disuelta.

La hidrazina se usó por primera vez durante la Segunda Guerra Mundial como componente del combustible de los últimos productos de la creatividad armamentística de la Alemania nazi: aviones a reacción y bombas volantes (lo que hoy llamaríamos misiles).

Hoy día la hidrazina se sigue usando como combustible de baja potencia en los propulsores de maniobra de naves espaciales, y se usó hasta hace poco para alimentar las unidades de potencia auxiliar (APU, por sus siglas en inglés) del transbordador espacial. Mucho más reciente es su uso en el histórico aterrizaje del rover Curiosity en la superficie de Marte para alimentar los retrocohetes que controlaron la última parte del descenso.

Una de las características de la hidrazina es que no necesita oxígeno externo ni ningún otro oxidante para producir una gran cantidad de gases, que son los responsables de la propulsión. En efecto, es tan inestable que con un catalizador apropiado se descompone rápidamente.

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Precauciones para manejar la hidrazina no disuelta de uso en naves espaciales.

La hidrazina pues, es muy útil, pero su toxicidad e inestabilidad la convierten en un peligro constante. Por eso equipos de investigadores en todo el mundo estudian sustitutos para la hidrazina para su uso en cohetes espaciales. Ahora, el equipo de investigadores que encabeza Tianlin Liu, de la Academia China de Física de la Ingeniería, ha desarrollado una familia de líquidos iónicos basados en borohidruros, [BH4], que podría reemplazarla.

Pero, ¿qué es un líquido iónico? No es otra cosa que una sal fundida. Una sal fundida se puede conseguir fácilmente, con solo ajustar su composición, que sea poco volátil de manera que baje su posibilidad de contaminar en caso de accidente. Por otra parte, el principal problema que tienen los líquidos iónicos es su facilidad para reaccionar con el agua, de hecho la humedad ambiente es un problema en la mayoría. La familia de productos que Liu et al presentan en Chemical Communications es hidrofóbica, lo que la hace muy estable durante sus manipulaciones en Tierra.

Gotas de líquido iónico cayendo en un baño de ácido nítrico y entrando en ignición.
Gotas de líquido iónico cayendo en un baño de ácido nítrico y entrando en ignición.

Estos líquidos iónicos son combustibles hipergólicos, es decir, se necesitan dos componentes que con solo poner en contacto, sin necesidad de nada más, comienzan la reacción que da lugar a la propulsión. Los investigadores comprobaron cuánto tiempo tarda en iniciarse la ignición usando cámaras de alta velocidad y midieron valores de 1,7 milisegundos cuando el líquido oxidante es ácido nítrico. Esta velocidad constituye un nuevo récord en combustibles hipergólicos. Parte de la rapidez se explica por el hecho de que los borohidruros son muy reductores y el ácido nítrico un oxidante fuerte. Otro aporte a la velocidad se debe a que estos líquidos iónicos son de muy baja viscosidad, por lo que se mueven rápidamente.

Parece que los días de la hidrazina como combustible de cohetes podrían estar contados.

Referencia:

Tianlin Liu et al (2016) Exploiting hydrophobic borohydride-rich ionic liquids as faster-igniting rocket fuels Chemical Communications DOI: 10.1039/C5CC09737A

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

3 Comentarios

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DanielDaniel

(también escrita como H2N4)
Corregir fórmula: H4N2

César ToméCésar Tomé

Corregido. Muchas gracias.

Hitos en la red #101 - Naukas

[…] Nueva fase del hidrógeno a más de 325 gigapascales de presión de Francisco R. Villatoro, o Un combustible hipergólico de ignición ultrarrápida usan tan solo el agua, la presión y el tiempo respectivamente para […]

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