Аммиак: формула и способы получения (основные свойства, характеристики, строение и химические реакции)

Строение

Аммиак (нитрид водорода) представляет собой бинарное неорганическое химическое соединение азота и водорода.

Формула аммиака в химии: кh3.

Молекулярная структура:

В молекуле аммиака NH3 атом азота образует с атомами водорода три одинарные полярные ковалентные связи.

Схема образования молекулы:

Молекула аммиака по геометрической форме представляет собой правильную треугольную пирамиду, валентный угол hnh равен 107,30.

Атом азота в аммиаке содержит на внешнем энергетическом уровне неподеленную пару электронов, которая существенно влияет на свойства соединения и определяет его строение. Электронная структурная схема аммиака представляет собой тетраэдр, содержащий в центре атом азота, а в одной из вершин находится неподеленная пара электронов:

в норме аммиак представляет собой бесцветный газ с резким запахом молярная масса вещества 17,0306 г/моль аммиак легче воздуха связь nh сильно полярна, что объясняет возникновение водородных связей между молекулами аммиака в жидкой фазе при характеризуется высокой степенью растворимости в воде, этот факт объясняется образованием водородных связей между молекулами аммиака и молекулами воды.

Молекула аммиака состоит из одного атома азота и трех атомов водорода. Связи между атомами водорода и азота ковалентные, а молекула аммиака имеет форму тригональной пирамиды.

На 2p-орбитали азота находятся три свободных электрона и три атома водорода гибридизуются с ними, образуя sp3-тип гибридизации.

При замещении атома водорода углеводородным радикалом (cnhm) получается новое органическое вещество: амммиак может замещать не только один атом водорода, но и все три. В зависимости от количества замещенных атомов различают три типа аминов:

• первичный (метиламин-ch3nh2);
• вторичный (диметиламин-СН3-nh-СН3);
• третичный (триметиламин-СН3-н-(СН3)2).

К молекуле амина могут присоединяться c2H4, C6H4, (C2H4)2 и другие вещества, содержащие несколько атомов углерода и водорода.

Аммиак и амины имеют не поделенную пару электронов азота, поэтому свойства этих двух веществ схожи.

Происхождение аммиака

История открытия природного газа аммиака имеет две легенды. Согласно первой легенде, около храма египетского бога Амона, где совершались религиозные обряды, люди почувствовали запах пары верблюжьего помета, от чего впали в транс, эти пары были названы «аммиаком».

Согласно второй легенде, в Северной Африке, в районе оазиса Амона, находился перекресток караванных путей, там проходило большое количество животных, дорога была полна их фекалий и обильно полита мочой, который испарялся и выделял газ под названием «аммиак».

Что касается научного открытия газа под названием «аммиак», то оно относится к 1785 году. Химическая формула газа NH3 была определена французским ученым К. И. Бертолле и названа им «аммиак».

Но еще в 1774 г английский ученый Д. Пристли получил идентичный газ, которому дал название «щелочной воздух», но не смог вывести химический состав.

Аммиак (лат ammonia) — бесцветный газ со специфическим запахом, легче воздуха, химически активен, сжижается при температуре -33 С; хорошо растворяется в воде, имеет щелочную реакцию; взаимодействует с соляной кислотой и образует аммониевую соль: nh3 + hcl = nh4cl, которая при нагревании разлагается: nh4cl = nh3 + hcl.

Получают аммиак двумя способами: промышленным и лабораторным методом, аммиак получают нагреванием щелочей и солей аммония:

• nh4cl + koh = nh3 ↑ + kcl + h2o;
• nh4 + + о — = nh 3 ↑ + h2o.

В промышленных условиях аммиак сначала получают в газообразном виде, затем сжижают и доводят до 25%-ного водного раствора, который называют аммиачной водой.

Синтез аммиака является очень важным химическим производством, так как аммиак является базовым элементом для многих других химических технологий и производств, например, аммиак используется в промышленном холоде в качестве хладагента; это отбеливатель при обработке и крашении тканей; незаменим в производстве азотной кислоты, азотных удобрений, солей аммония, синтетических волокон — нейлона и капрона.

Промышленный метод синтеза аммиака был изобретен в 1909 г немецким химиком Фрицем Габером, в 1918 г за свое открытие в области химии он получил Нобелевскую премию. Первый завод по производству аммиака был открыт в 1913 году в Германии, а в 1928 году производство аммиака уже было налажено в России.

Физические свойства

Основные физические свойства аммиака:

• бесцветный газ;
• сильный запах;
• хорошая растворимость в воде (на объем воды 700 объемов аммиака при 20°С, при 0°С — 1200);
• легче воздуха.

Аммиак сжижается при -33°С и затвердевает при -78°С. Концентрированный раствор содержит 25% аммиака и имеет плотность 0,91 г/см3. Жидкий аммиак растворяет неорганические и органические вещества, но не проводит электричество.

В природе аммиак выделяется при разложении и разложении азотсодержащих органических веществ (белков, мочевины).

Химические свойства

Рассмотрим контактное окисление аммиака до оксида азота. Типичные химические реакции с аммиаком без изменения степени окисления азота:

• Реакция с водой: nh₃ + h₂o = nh₄oh = nh₄⁺ + he⁻ (реакция обратима, т к гидроксид аммония nh₄oh — неустойчивое соединение).
• Реакция с кислотами с образованием нормальной и кислой солей: nh₃ + hcl = nh₄cl (образуется нормальная хлоридная аммонийная соль); 2nh₃ + h₂so₄ = (nh₄)₂so₄.
• Реакции с солями тяжелых металлов с образованием комплексов: 2nh3 + agcl = ag(nh3)₂cl (образует комплексные соединения серебра(i) с диаминхлоридом).
• Реакция с галогеналканами: nh3 + ch3cl = ch3nh3cl (формами гидрохлорида метиламмония является замещенный ион аммония nh4=).
• Реакция с щелочными металлами: 2nh₃ + 2k = 2knh₂ + h₂ (образует амид калия knh₂; азот не меняет степень окисления, хотя реакция окислительно-восстановительная).
• Реакции присоединения протекают в большинстве случаев без изменения степени окисления (все перечисленные, кроме последней, относятся к этому типу).

Как получить аммиак

Существует два основных практических способа получения аммиака: один в лаборатории, другой в промышленности.

Рассмотрим производство аммиака в промышленности взаимодействие молекулярного азота и водорода: n₂ + 2h₂ = 2nh₃ (обратимая реакция) этот метод производства аммиака называется реакцией Габера для реакции молекулярного азота и водорода их необходимо нагреть до 500 ᵒc или 932 ᵒf, давление должно быть создано 25-30 МПа, в качестве катализатора должно присутствовать пористое железо.

Полученный в лаборатории, представляет собой реакцию между хлоридом аммония и гидроксидом кальция: ca(oh)₂ + 2nh₄cl = cacl₂ + 2nh₄oh (поскольку nh₄oh — очень слабое соединение, он сразу же распадается на газообразный аммиак и воду: nh₄oh = nh₃ + h₂o).

В промышленности

В промышленности аммиак производят из азота, соединяя его с водородом: азот берут из воздуха, водород — из воды. Этот метод был впервые разработан немецким химиком Фрицем Габером, а промышленный процесс производства аммиака стал известен как процесс Габера.

Реакция протекает с уменьшением объема и выделением энергии в виде теплоты:

3h2 + n2 → 2nh3 + д.

Реакция обратима, поэтому при высоком давлении и низких температурах необходимо соблюдать несколько условий, однако количество образующегося аммиака увеличивается, низкие температуры снижают скорость реакции, а повышение температуры увеличивает скорость обратной реакции.

Опытным путем были найдены необходимые условия реакции:

• температура – ​​500°С;
• давление — 350 атм;
• катализатор — оксид железа fe3o4 (магнетит) с примесями оксидов серебра, калия, кальция и других веществ.

В этих условиях образующийся газ содержит 30% аммиака, чтобы избежать обратной реакции, вещество быстро охлаждают до низких температур, образующийся газ становится жидким, неотработанные газы (азот и водород) возвращают в колонну синтеза, помогает быстро получать большие объемы аммиака, максимально используя сырье.

Чтобы найти правильный катализатор, было протестировано 20 000 различных веществ.

В лаборатории

Для получения аммиака в лаборатории используют реакцию щелочей на соли аммония:

nh4cl + наох → nh3↑ + накл + h2o.

Аммиак также можно получить в лаборатории из хлорида аммония, нагреваемого вместе с гашеной известью, или путем разложения гидроксида аммония:

• 2nh4cl + ca(oh)2 → cacl2 + 2nh3 + 2h2o;
• nh4oh ↔ nh3↑ + h2o.

Полностью высушить аммиак можно с помощью смеси извести и едкого натра, через которую с той же целью пропускают образовавшийся газ, жидкий аммиак смешивают с металлическим натрием и подвергают перегонке.

Аммиак легче воздуха, поэтому для его сбора пробирку держат вверх дном.

Области применения

Область применения аммиака и аммиачного спирта широка, он используется практически во всех сферах человеческой деятельности, от технологических процессов до медицины и бытовых нужд.

Применение аммиака

Аммиак широко используется в качестве хладагента в различном бытовом и промышленном оборудовании.

Это один из самых важных продуктов, используемых в химической промышленности, в частности, он используется в производстве:

• аммиак;
• добавки в строительные материалы для использования в морозных условиях;
• полимеры, сода и азотная кислота;
• удобрения;
• взрывчатые вещества.

Использование аммиачного спирта

Аммиачный спирт применяют в медицине и в быту.

Применение в медицине показано в следующих случаях:

• для возбуждения дыхания при обмороках: для этого к носу пострадавшего подносят флакон с нашатырным спиртом; флакон следует держать на расстоянии 5 см от носа во избежание ожогов;
• для стимуляции рвоты при различных видах отравления: 10 капель на стакан воды и дать выпить;
• наружно для местного охлаждения при болях при невралгии или миозите;
• наружно при зуде от укусов насекомых: приготовить раствор спирта с водой в соотношении 1 часть спирта на 10 частей воды и протереть зудящее место;
• наружно для обработки рук хирурга как антисептик;
• внутрь при отравлении алкоголем – 5 капель спирта на 1 стакан воды это позволяет быстро проснуться, собраться с мыслями и адекватно ответить на вопросы;
• как антисептик для стерилизации игл при отсутствии автоклава или одноразовых игл;
• для удаления бородавок: смочите ватный тампон чистым спиртом и приложите к бородавке на 5-6 секунд, не касаясь здоровой кожи во избежание ожога;
• в стоматологии в определенной концентрации при обработке полости рта;
• и в других случаях.

Его использование в быту заключается в обезжиривании и чистке различной домашней утвари.

Спиртовой раствор из расчета 2 чайные ложки на 2 стакана воды и 1 ст л и или любое средство для мытья посуды, прекрасно очистит столовые приборы, серебряные и золотые украшения (нашатырным спиртом нельзя чистить изделия с жемчугом, он станет серым и мутным). Для этого опустите в раствор столовые приборы или украшения, выдержите 1-2 часа, затем промойте водой и высушите.

Хорошо удаляет пятна крови, мочи и пота с шерсти, шелка и лайкры. 50% раствор используется как пятновыводитель в концентрированном виде, им можно удалить следы от карандаша на одежде.

С ковров, обивки и автомобильных чехлов можно удалить пятку раствором из 1 столовой ложки чистого нашатырного спирта и 2 литров горячей воды. Для этого очистите загрязнение и дайте ему высохнуть, если необходимо, его можно очистить еще раз.

Оконные стекла, зеркала и посуду также можно очистить раствором из 1 столовой ложки чистого нашатырного спирта и 3 столовых ложек воды, поверхность будет чистой и блестящей.

Нашатырный спирт 1 ст.л или в смеси с 4 л воды, каменные отложения в ванной и раковине можно очистить. Для этого очистите их раствором, а затем промойте горячей водой.

Спирт можно использовать в садоводстве для борьбы с луковой мухой и тлей, а также в качестве удобрения для садовых и комнатных растений в кислых почвенных условиях.

Применение аммиачной воды

Выпускаются две марки аммиачной воды:

• а — для различных отраслей промышленности;
• б — для сельского хозяйства в качестве азотного удобрения.

Сельское хозяйство

Аммиачная вода подается в главный водоприемник для зяблевой и весенней вспашки, предпосевной культивации, а также подкормки пропашных культур.

Промышленность

Аммиачная вода используется в химической промышленности для производства азотных удобрений, азотной кислоты, полимеров, соды, взрывчатых веществ, в производстве красителей, в электролитическом производстве марганца, ферросплавов, в холодильной технике, это вещество используется в качестве хладагента и в производство продуктов питания.

Медицина

Нашатырная вода в концентрации 10% известна как нашатырный спирт, который широко применяется в медицине.

Поведение в почве

При внесении в почву аммиачной воды аммиак поглощается почвенными коллоидами, поэтому его перемещение в дальнейшем незначительно, аммиачный азот нитрифицируется, приобретает более высокую степень подвижности и мигрирует с почвенным раствором.

Добавление аммиачной воды увеличивает количество почвенных микроорганизмов, так как аммиак увеличивает количество растительных остатков, питающихся микроорганизмами одновременно, сразу после внесения удобрения в почву в зоне его распространения, если вы наблюдаете уменьшение количества почвенных микроорганизмов после превращения аммиака в нитраты (это происходит весной в течение шести недель), микроорганизмы размножаются сразу в удобренной почве. Аммиачная вода также убивает дождевых червей, однако их количество также быстро восстанавливается и даже увеличивается после преобразования аммиака в нитраты или поглощения растениями.

Аммиачная вода подкисляет почву, для нейтрализации 1 ц аммиачной воды требуется 0,3–0,4 ц углекислого кальция.

календарь приложений
апрель	основное приложение
мая	предпосевная обработка
июнь	лучше всего одетый
июль	лучше всего одетый
август	лучше всего одетый
сентябрь	основное приложение

Применение на различных типах почв

Аммиачную воду рекомендуется использовать на всех типах почв. Высокая эффективность удобрения наблюдается на тяжелых, богатых гумусом, хорошо окультуренных почвах, где аммиак усваивается лучше, чем на легких бедных гумусом почвах легкого механического состава, а сухой аммиак испаряется быстрее.

Наибольший эффект от внесения аммиачной воды наблюдается при одновременном внесении органических удобрений не рекомендуется вносить аммиачные удобрения на один и тот же участок несколько лет подряд, так как они повышают минерализацию органического вещества почвы и это приводит к снижение содержания органического вещества в почве.

На связных почвах аммиачную воду рекомендуется вносить осенью в качестве основного удобрения практически под все культуры при температуре почвы +10 °С или весной перед посевом на почвах легкого гранулометрического состава аммиачную воду вносят весной.