Аммиак

Аммиак, аммиак, амоняк, NH 3 – неорганическая соединение, бесцветный газ с резким удушливым запахом, легче воздуха, хорошо растворим в воде. Получают каталитическим синтезом из азота и водорода под давлением. Используют преимущественно для производства азотных удобрений, взрывчатых веществ и азотной кислоты. Жидкий аммиак используется в холодильных установках. Водный раствора аммиака (нашатырный спирт) применяется в медицине.
Аммиак – бесцветный газ с характерным резким запахом и едким вкусом. Он почти в два раза легче от воздуха. При -33,35 ° С и обычном давлении аммиак сжижается в бесцветную жидкость, а при -77,75 ° С замерзает, превращаясь в бесцветную кристаллическую массу. Его хранят и транспортируют в жидком состоянии в стальных баллонах под давлением 6-7 атм.
В воде аммиак растворяется очень хорошо: при 0 ° С и обычном давлении в 1 объеме воды растворяется около 1200 объемов NH 3, а при 20 ° С – 700 объемов. Концентрированный раствор содержит 25% NH 3 и имеет плотность 0,91 г / см 3. Раствор аммиака в воде называют аммиачной водой или нашатырным спиртом. Обычный медицинский нашатырный спирт содержит 10%: NH 3. Разница между нашатырным ловкостью и аммиачной водой заключается в том, что в нашатырном спирте процент аммиака 3-10%, а в амичний воде от 10% и более. При нагревании раствора аммиак легко испаряется.
Молекулы аммиака образуются с помощью ковалентных связей. Электронная и структурная формулы молекулы аммиака следующие:
Н.. |: N: Н и N – Н.. | Н
Однако связи N - Н в молекуле аммиака полярные, так электронная пара смещена к атому азота. Поэтому атом азота имеет отрицательный заряд, а атом водорода - положительный. В химическом отношении аммиак является восстановителем, а сам обычно окисляется до свободного азота. Так, в атмосфере кислорода аммиак горит по реакции:
Аммиак также легко восстанавливает монооксид меди до металлической меди при высокой температуре с реакцией:
При растворении аммиака в воде часть его молекул взаимодействует с водородными ионами воды с образованием сложного катиона аммония NH 4 +, который играет роль одновалентного металла (группа аммония NH 4 в свободном состоянии не существует, а только в виде катиона NH 4 +). Вместе с тем соответствующая количество гидроксильных групп OH - воды освобождается. Этот процесс равновесный. Его можно изобразить следующим уравнением:
Гидроксильные группы, в свою очередь, сочетаясь с катионом аммония, образуют соединение NH 4 OH, которую называют гидроксидом аммония:
Вследствие этих процессов в водном растворе аммиака устанавливается двойная равновесие: с одной стороны, между молекулами аммиака NH 3 и молекулами воды H 2 O и ионами аммония NH 4 + и ионами гидроксила и с другой - между молекулами гидроксида аммония NH 4 OH и теми же ионами аммония и гидроксила:
Отсюда следует, что в растворе аммиака в равновесии одновременно существуют молекулы аммиака, воды и гидроксида аммония и ионы аммония и гидроксила.
Гидроксид аммония представляет собой очень неустойчивое вещество и может существовать лишь в растворе. При нагревании раствора равновесие смещается влево, и раствор разлагается на исходные вещества. Это расписание частично происходит и при обычной температуре, поэтому растворы аммиака всегда имеют специфический запах. При длительном кипячении раствора можно полностью удалить аммиак. Этим иногда пользуются в лабораториях для получения небольших количеств аммиака.
Раствор гидроксида аммония имеет милк вкус и окрашивает красный лакмус в синий цвет. Итак, NH 4 OH есть основа, хотя и очень слабая. Поэтому лишь ничтожная часть молекул распадается на ионы:
С кислотами раствор гидроксида аммония образует соли, например:
Но соли аммония могут образовываться и при взаимодействии кислот с аммиаком. При этом молекулы аммиака присоединяют водородные ионы кислоты и превращаются в катионы аммония:
В лабораторных условиях аммиак добывают обычно нагреванием смеси хлорида аммония NH 4 Cl с гашеной известью Ca (OH) 2. Процесс образования аммиака при этом происходит в две стадии: сначала возникает гидроксид аммония, а затем он разлагается с выделением аммиака:
Иногда аммиак добывают нагреванием до кипения концентрированного раствора аммиака (гидроксида аммония). При этом NH 3 образуется по реакции, приведенной выше.
В технике главным способом добывания аммиака является прямой синтез его из азота и водорода по реакции:
Эта реакция происходит лишь при очень высоких давлениях (несколько сот атмосфер), высокой температуре и наличии катализатора.
На современных заводах синтез проводят в большинстве случаев при давлениях 250-350 атм, а иногда даже при 700-1000 атм. Чем больше давление, тем больше равновесие реакции смещается в сторону образования NH 3, т.е. в сторону увеличения выхода аммиака. Но процесс при очень высоких давлениях очень дорогой и экономически невыгоден. Температуру поддерживают около 400-450 ° С. Ниже 400 ° С реакция происходит очень медленно, а выше 450 - 500 ° С аммиак заметно разлагается на азот и водород. Катализатором служит губчатое железо с примесями оксидов калия, алюминия и других веществ.
При этом следует еще раз отметить, что не вся азотоводнева смесь превращается в аммиак даже при высоких давлениях. Часть остается непрореагованою. Поэтому получаемый аммиак отделяют от непрореагованои смеси сжижения его под давлением, а к остальным смеси добавляют новые порции азота-водородной смеси и снова направляют на синтез.
Значительные количества аммиака получают как побочный продукт при коксовании каменного угля. В каменном угле, как уже говорилось, содержится от 1 до 2,5% азота. При коксовании угля большая часть этого азота выделяется в виде аммиака. Его удаляют, из коксового газа пропусканием газа через воду. При этом аммиак растворяется и образует так называемую аммиачную воду. Эту воду нейтрализуют серной кислотой и получают сульфат аммония, который используется в качестве азотного удобрения.
К концу прошлого века этот способ был единственным промышленным способом добывания аммиака. Лишь в 20-х годах нашего века, когда распространился синтетический способ, он потерял свое значение.
Аммиак - один из важнейших продуктов современной химической промышленности. Главной отраслью его применения является производство азотной кислоты и азотных удобрений. Кроме того, аммиак используют для производства многих других химических продуктов. В последнее время сжиженный аммиак и водный раствор аммиака стали широко применять непосредственно качестве азотного удобрения.