Investigation of the impact of aerosol aggregation process on hypergolic ignition of hydrazine derivatives / dinitrogen tetroxide

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宇宙機の姿勢制御用スラスター推進剤であるヒドラジン/四酸化二窒素 (N2H4/N2O4) の自己着火メカニズムにおける未解明発熱源と考えられるヒドラジン-亜硝酸 (N2H4-HONO) エアロゾル凝集過程の初期段階において重要となる N2H4-HONO 錯体の熱力学物性について，量子化学計算と統計力学計算による理論予測を行った．本年度は N2H4, HONO の数をそれぞれ n, m ((N2H4)n-(HONO)m) として (n, m) = (1, 1), (1, 2), (2, 1), (2, 2), (2, 3), (3, 2), (3, 3), (4, 3) までの探索を行った．HONO のOH 基の酸素原子が同時に水素結合のドナー，アクセプターとなるような構造では，HONO の水素原子が N2H4 側に移動し，(N2H5+)-(NO2-) 型のイオン錯体となることが明らかとなった．探索した各錯体について標準生成エンタルピー，標準エントロピーを計算した．得られた結果について，クラスターを構成する分子数 (n, m) について整理し，(N2H4)n-(HONO)m 錯体の標準生成エンタルピー，標準エントロピーを外挿する推定式を提案した．温度 298.15 K, 全圧 1 bar, N2H4, HONO 初期分圧をそれぞれ 0.01 bar とした際のクラスター生成に関する反応ギブズエネルギーを計算したところ，n + m = 6 付近で最大値をとり，臨界クラスターサイズが (N2H4)3-(HONO)3 程度であることが確認された．