Аммиак

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск

Аммиак

Ammonia-2D-dimensions.png
Наименование по ИЮПАК:
awd
Номер CAS:
7664-41-7
Химическая формула:
NH3
Отн. молек. масса:
17,0306 а.е.м.
Молярная масса:
17,0306 г/моль
Плотность:
0,6942 г/см³
694,2 г/дм³
694,2 кг/м³

Термодинамика:

Состояние (ст. усл):
газ
Температура плавления:
-77,73 °C
195,42 K
-107,914 °F
351,756 °R
Температура кипения:
-33,34 °C
239,81 K
-28,012 °F
431,658 °R



Критическая точка, температура:
132,25 °C
405,4 K
270,05 °F
729,72 °R


Образование и разложение:

Энтальпия образования (ст. усл):
-45,94 кДж/моль


Растворимость:

Растворимость:
899 г/л (при 0°C)
pKa:
основность 4,75






Аммиа́к — NH3, при нормальных условиях — бесцветный газ с резким характерным запахом (запах нашатырного спирта), почти вдвое легче воздуха, ядовит. Растворимость NH3 в воде чрезвычайно велика - около 1200 объёмов (при 0°C) или 700 объёмов (при 20°C) в объёме воды. Молекула аммиака имеет вид тетраэдра с атомом азота в вершине. При неспаренных h-электронах атомы азота участвуют в образовании полярных ковалентных связей с 1s-электронами трёх атомов водорода. Кроме того, у атома азота есть неподелённая пара электронов. В жидком аммиаке молекулы связаны между собой водородными связями. Этим объясняется сравнительно высокая температура кипения и высокая теплота испарения аммиака. Однако прочность этих связей в жидком аммиаке существенно ниже, чем у воды, поэтому вязкость, например, жидкого аммиака в 7 раз меньше вязкости воды.

Химические свойства[править]

Благодаря наличию неподеленной электронной пары во многих реакциях аммиак выступает как нуклеофил или комплексообразователь. Так, он присоединяет протон, образуя ион аммония: NH3 + H+ = NH4+ С кислотами даёт соответствующие соли аммония: NH3 + HNO3 = NH4NO3 Водный раствор аммиака ("нашатырный спирт") имеет слабощелочную реакцию из-за протекания процесса NH3 + H2O = NH4+ + OH- С галогеноалканами вступает в реакцию нуклеофильного присоединения, образуя замещённый ион аммония (способ получения аминов): NH3 + CH3Cl → CH3NH3Cl (гидрохлорид метиламмония) С карбоновыми кислотами, их ангидридами, галогенангидридами, эфирами и другими производными даёт амиды. С альдегидами и кетонами - основания Шиффа, которые возможно восстановить до соответствующих аминов (восстановительное аминирование). Аммиак также является очень слабой кислотой (более слабой, чем вода), способен образовывать с металлами соли - амиды. Аммиак горит в атмосфере кислорода, давая воду и азот. Окисление аммиака воздухом на платиновом катализаторе даёт оксиды азота, что используется в промышленности для получения азотной кислоты. 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H20 Галогены (хлор, йод) образуют с аммиаком опасные взрывчатые вещества - галогениды азота (хлористый азот, иодистый азот). Окислением аммиака гипохлоритом натрия в присутствии желатина получают гидразин. При 1000°C аммиак реагирует с углем, образуя HCN и частично разлагаясь на азот и водород.

Биологическая роль[править]

Аммиак является конечным продуктом азотистого обмена в организме человека и животных. Он образуется при метаболизме белков, аминокислот и других азотистых соединений. Он высоко токсичен для организма, поэтому большая часть аммиака в ходе орнитинового цикла конвертируется печенью в более безвредное и менее токсичное соединение — карбамид (мочевину). Мочевина затем выводится почками, причём часть мочевины может быть конвертирована печенью или почками обратно в аммиак. Аммиак может также использоваться печенью для обратного процесса — ресинтеза аминокислот из аммиака и кетоаналогов аминокислот. Этот процесс носит название "восстановительное аминирование". Таким образом из щавелевоксусной кислоты получается аспарагиновая, из α-кетоглутаровой - глутаминовая, и т.д.

Физиологическое действие[править]

Аммиак ядовит. ПДК = 20 мг/м3.Жидкий аммиак вызывает сильные ожоги. При содержании в воздухе 0,5% по объему аммиак сильно раздражает слизистые оболочки. При остром отравлении поражаются глаза и дыхательные пути. При хроническом отравлении — расстройство пищеварения, катар верхних дыхательных путей, ослабление слуха.

Применение[править]

В основном используется для производства азотных удобрений (нитрат и сульфат аммония, мочевина), взрывчатых веществ и полимеров, азотной кислоты, соды (по аммиачному методу) и других продуктов химической промышленности. Жидкий аммиак используют в качестве растворителя. В холодильной технике используется в качестве холодильного агента

Получение[править]

Ammonia-3D-vdW.png

Промышленный способ получения аммиака основан на прямом взаимодействии водорода и азота: N2(г) + 3H2(г) ↔ 2NH3(г) + 45,9 кДж Это так называемый процесс Габера (немецкий физик, разработал физико-химический основы метода, реализацию способа предложил немецкий химик Карл Бош). Реакция происходит с выделением тепла и понижением объёма. Следовательно, исходя из принципа Ле Шателье — Брауна, реакцию следует проводить при возможно низких температурах и при высоких давлениях — тогда равновесие будет смещено вправо. Однако скорость реакции при низких температурах ничтожно мала, а при высоких увеличивается скорость обратной реакции. Проведение реакции при очень высоких давлениях требует создания специального, выдерживающего высокое давление оборудования, а значит и больших капиталовложений. Кроме того, равновесие реакции даже при 700 °C устанавливается слишком медленно для практического её использования. Применение катализатора (пористое железо с примесями Al2O3 и K2O) позволило ускорить достижение равновесного состояния. Интересно, что при поиске катализатора на эту роль пробовали более 20 тысяч различных веществ. Учитывая все вышеприведённые факторы, процесс получения аммиака проводят при следующих условиях: температура 500 °C, давление 350 атмосфер, катализатор. Выход аммиака при таких условиях составляет около 30 %. В промышленных условиях использован принцип циркуляции — аммиак удаляют охлаждением, а непрореагировавшие азот и водород возвращают в колонну синтеза. Это оказывается более экономичным, чем достижение более высокого выхода реакции за счёт повышения давления. Для получения аммиака в лаборатории используют действие сильных щелочей на соли аммония: NH4Cl + NaOH = NH3↑ + NaCl + H2O. Для осушения аммиака его пропускают через смесь извести с едким натром.