Хімічні властивості аміаку. Одержання аміаку.
ПЛАН
- Будова молекули аміаку. Фізичні властивості аміаку.
- Хімічні властивості аміаку. Одержання аміаку.
- Біологічна дія аміаку. Застосування.
- Одержання і застосування солей амонію.
- Хімічні властивості солей амонію.
- Сировина для синтезу аміаку. Синтез аміаку з азотоводневої суміші. Екологічна чистота виробництва.
- Будова молекули аміаку. Фізичні властивості аміаку.
Молекула аміаку NН3 має форму правильної піраміди з атомом Нітрогену у вершині. Хімічний зв'язок N—Н полярний: позитивний заряд зосереджений на атомах гідрогену, негативний — на атомі нітрогену. Три неспарених електрони атома Нітрогену беруть участь в утворенні полярних зв'язків з 1s-електронами трьох атомів Гідрогену. Крім того, в атома Нітрогену є неподілена пара електронів.
В рідкому аміаку молекули зв'язані між собою водневими зв'язками. Внаслідок водневих зв'язків аміак має порівняно високі температури плавлення і кипіння, а також значну теплоту випаровування, він легко зріджується.
Фізичні властивості. Аміак — безбарвний газ з характерним різким запахом (характерний запах нашатирного спирту), майже у два рази легший за повітря. Розчинність у воді надзвичайно велика. Рідкий аміак є добрим розчинником для багатьох органічних та неорганічних сполук. Розчин аміаку у воді (25%) називають аміачною водою,абонашатирним спиртом. Під час кип'ятіння розчинений аміак звітрюється з розчину.
При збільшенні тиску або охолодженні він легко зріджується у безбарвну рідину (температура кипіння —33,4°С). Аміак дуже добре розчиняється у воді (при 20°С в 1 об'ємі води розчиняється до 700 об'ємів NН3).
Хімічні властивості аміаку. Одержання аміаку.
Оскільки ступінь окиснення Нітрогену в NH3 дорівнює -3, аміак є відновником. Реакції окиснення для нього малохарактерні. Найбільш енергійно аміак реагує з хлором та бромом, пероксидами, оксидами деяких металів, а також з киснем при підпалювання суміші і в присутності каталізатора.
2NH3 + 3Cl2 → 6HCl + N2
4NH3 + 3O2 → 6H2O + 2N2 + Q
4NH3 + 5O2 → 6H2O + 4NO
2NH3 + 3CuO = 3Cu + N2 + 3H2O
2NH3 + 3 H2O2 = N2 + 6H2O
При розчиненні аміаку у воді утворюються іони NH4+ та OH–:
NH3 + H2O → NH4+ + OH–
Наявність гідроксид-іонів ОН- дозволяє називати аміачну воду гідроксидом амонію, що не зовсім вірно, оскільки більша частина молекул аміаку в розчині знаходиться в недисоційованому стані, до того ж сам гідроксид амонію NH4OH як самостійна речовина не існує.
При реакції аміаку з кислотами утворюються солі амонію:
NH3 + HCl = NH4OH
Сутність цієї реакції така: при дисоціації кислот утворюються іони Н+:
НС1 = Н+ + Сl–
При взаємодії аміаку з кислотами відбувається утворення іонів амонію NН4+:
NH3 + H+ = NH4+
При розчиненні аміаку у воді, також у невеликому ступені відбувається утворення іонів амонію при взаємодії аміаку з іонами Н+, що утворилися при дисоціації води:
H2O = H+ + OH–
Ступінь дисоціації води значно нижчий ступеня дисоціації будь-якої кислоти. Оскільки в розчині концентрація іонів Н+ суттєво нижча, ніж у чистій воді, аміак реагує з кислотами набагато енергійніше, ніж із водою.
Аміак взаємодіє з розчинами кислот:
NH3 + Н3РО4(надл.) = NН4Н2РО4
дигідрофосфат амонію
2NH3 + Н3РО4 = (NН4)2НРО4
гідрофосфат амонію
ЗNН3(надл.) + Н3РО4 = (NН4)3РО4
Добування. В лабораторних умовах аміак звичайно добувають слабким нагріванням суміші хлориду амонію з гашеним вапном:
2NH4Сl + Са(ОН)2 = СаСl2 + 2NH3↑ + 2Н2О.
Основним способом добування аміаку у промисловості є його синтез з азоту і водню. Реакція екзотермічна і оборотна:
N2 + 3H2 ↔ NH3↑ + H2O
Вона відбувається тільки за наявності каталізатора — губчастого заліза з домішками активаторів — оксидів алюмінію, калію, кальцію, силіцію (іноді й магнію). Вихідні продукти добувають: азот — з рідкого повітря, водень — конверсійним способом або з води.
Великі кількості аміаку витрачаються для добування нітратної (азотної) кислоти, азотовмісних солей, сечовини, соди за аміачним методом. На легкому зрідженні і подальшому випаровуванні з поглинанням теплоти ґрунтується його застосування в холодильній справі.