Навіщо використовують аміак?

Аміак є безбарвним газом. Хімічна формула NH₃. У нього різкий відомий запах нашатирного спирту. Речовина плавиться за температури +80 °C, кипить при +36 °C.
Речовина легко розчиняється у воді, а також в інших органічних розчинниках та спирті. Речовина синтезується з двох хімічних елементів: водню та азоту. У природі він утворюється, коли розкладаються азотовмісні сполуки. Газ отруйний та вибухонебезпечний. Він вдвічі легший за повітря. Під впливом температури + 10 °C перетворюється на рідкий стан. При контакті з водою активно виділяє тепло, створює розчин аміачної води. У харчовій промисловості з'єднання застосовується як консервант Е527. Водний розчин аміаку не можна поєднувати з йодом, солями ртуті, валентними металами, органічними кислотами та крохмалем.

Області застосування

Аміак затребуваний на світовому ринку. Група Уралхім - один із найбільших виробників аміаку. Його випускають у різних формах: як аміачну воду та аміак безводний зріджений. Речовина застосовується у різних сферах, особливо у промисловості та медицині. З нього роблять азотну кислоту, карбамід, солі амонію, уротропін, синтетичні волокна (капрон, нейлон). Аміак використовується як очисник при фарбуванні натуральних матеріалів: бавовни, вовни, шовку. У промислових холодильних установках аміак використовується як хладогент. З допомогою аміаку нейтралізують кислотні відходи. У фармацевтиці сполуку використовують для виробництва нашатирного спирту. За рахунок різкого запаху речовина дратівливо впливає на слизові оболонки верхніх дихальних шляхів, це допомагає приводити людину до тями при непритомності.Нашатирний спирт потрібно використовувати в мінімальних дозах, оскільки він може призвести до сльозотечі, кашлю, свербежу, болю в очах, у складних випадках – до втрати зору, ураження легень та нервової системи. У хірургії розчин аміаку застосовують для дезінфекції. Примочки з нашатирним спиртом можна використати, щоб нейтралізувати токсини від укусів комах.

Види продукції групи Уралхім

Це прозора рідина, яка не має кольору. Представлені дві марки продукту з різною часткою основної речовини. У марці А - 99,9%, у марці Б - 99,6%. Товар можна використовувати для виготовлення азотної кислоти, а також для азотування. Його застосовують для отримання захисних атмосфер, як холодоагент. З марки Б виготовляють азотні добрива для сільськогосподарських культур.

• Марка О. Є прозорою рідиною без кольору. Масова частка основної речовини становить 25%.
• Марка Б. Прозора рідина із жовтим відтінком. Вміст основного речовини щонайменше 25%.

Продукт використовують при варінні целюлози у паперовій промисловості. За допомогою аміачної води нейтралізують органічні кислоти, обробляють живильну воду електростанцій.

Ступінь небезпеки та запобіжні заходи

У разі потрапляння на шкіру рідина викликає хімічні опіки. Речовину перевозять у балонах із сталі, пофарбованих у жовтий колір із чорним написом «Аміак». Для транспортування небезпечного вантажу підходять автомобільні та залізничні цистерни, танкери, трубопроводи.

Аміак вибухонебезпечний у разі контакту з повітрям. Якщо є постійне джерело вогню, речовина легко спалахує і горить. Ємності, в яких зберігається або транспортується скраплений газ, можуть вибухати під час нагрівання.

У газоподібному стані аміак токсичний.Якщо його концентрація у робочій зоні перевищує 350 мг/м 3 , людей необхідно евакуювати. Гранично допустима концентрація - 20 мг/м 3 .

Працювати з аміаком рекомендується у спецодязі. Необхідні такі засоби індивідуального захисту: респіратор, рукавички з нітрилу, окуляри, гумотехнічні вироби для захисту шкіри.

Аміак

Аміак майже вдвічі легший за повітря, ПДКр.з. 20 мг/м3 - IV клас небезпеки (малонебезпечні речовини) за ГОСТ 12.1.007 [1] . Розчинність NH₃ у воді надзвичайно велика - близько 1200 об'ємів (при 0 ° C) або 700 об'ємів (при 20 ° C) в об'ємі води. У холодильній техніці зветься R717, де R - Refrigerant (холодоагент), 7 - тип холодоагенту (неорганічна сполука), 17 - молекулярна маса.

Молекула аміаку має форму тригональної піраміди з атомом азоту на вершині. Три неспарені p-електрони атома азоту беруть участь в утворенні полярних ковалентних зв'язків з 1s-електронами трьох атомів водню (зв'язку N-H), четверта пара зовнішніх електронів є неподіленою, вона може утворити донорно-акцепторний зв'язок з іоном водню, утворюючи іон₄ +. Завдяки тому, що не сполучна двоелектронна хмара строго орієнтована в просторі, молекула аміаку має високу полярність, що призводить до її гарної розчинності у воді.

У рідкому аміаку молекули пов'язані між собою водневими зв'язками. Порівняння фізичних властивостей рідкого аміаку з водою показує, що аміак має нижчі температури кипіння (t_стос −33,35 °C) та плавлення (t_пл −77,70 °C), а також нижчу щільність, в'язкість (в'язкість рідкого аміаку в 7 разів менше в'язкості води), провідність та діелектричну проникність.Це певною мірою пояснюється тим, що міцність цих зв'язків у рідкому аміаку істотно нижча, ніж у води, а також тим, що в молекулі аміаку є лише одна пара неподілених електронів, на відміну від двох пар у молекулі води, що не дає можливості утворювати розгалужену мережу водневих зв'язків між кількома молекулами. Аміак легко переходить у безбарвну рідину із щільністю. 681,4 кг/м³, що сильно заломлює світло. Подібно воді, рідкий аміак сильно асоційований, головним чином за рахунок утворення водневих зв'язків. Твердий аміак - безбарвні кубічні кристали.

Хімічні властивості

• Завдяки наявності неподіленої електронної пари в багатьох реакціях аміак виступає як основа Бренстеда або комплексоутворювач (не слід плутати поняття «нуклеофіл» та «основа Бренстеда». Нуклеофільність визначається спорідненістю до позитивно зарядженої частки. Основа має спорідненість до протону. Поняття «основа» поняття "нуклеофіл"). приєднує протон, утворюючи іон амонію:

• Водний розчин аміаку («нашатирний спирт») має слаболужну реакцію через перебіг процесу:

• Взаємодіючи з кислотами дає відповідні солі амонію:

• Аміак також є дуже слабкою кислотою (у 10 000 000 000 разів слабшою за воду), здатний утворювати з металами солі — аміди З'єднання, що містять іони NH.₂ − , називаються амідами, NH 2− — імідами, а N 3− — нітридами.

Аміди, іміди і нітриди низки металів утворюються внаслідок деяких реакцій серед рідкого аміаку. Нітриди можна одержати нагріванням металів в атмосфері азоту.

Аміди металів є аналогами гідроксидів. Ця аналогія посилюється тим, що іони ОН − та NH₂ − , а також молекули Н₂O та NH₃ ізоелектронні. Аміди є сильнішими основами, ніж гідроксиди, а отже, піддаються у водних розчинах незворотному гідролізу:

Подібно до водних розчинів лугів, аміачні розчини амідів добре проводять електричний струм, що обумовлено дисоціацією:

Фенолфталеїн у цих розчинах забарвлюється у червоний колір, при додаванні кислот відбувається їх нейтралізація. Розчинність амідів змінюється в такій же послідовності, що розчинність гідроксидів: LiNH₂ - Нерозчинний, NaNH₂ - малорозчинний, KNH₂, RbNH₂ та CsNH₂ - добре розчинні.

• При нагріванні аміак виявляє відновлювальні властивості. Так, він горить в атмосфері кисню, утворюючи воду та азот. Окислення аміаку повітрям на платиновому каталізаторі дає оксиди азоту, що використовується в промисловості для одержання азотної кислоти:

На відновлювальну здатність NH₃ засноване застосування нашатирю NH₄Cl для очищення поверхні металу від оксидів при їх паянні:

Окислюючи аміак гіпохлоритом натрію у присутності желатину, одержують гідразин:

• Галогени (хлор, йод) утворюють з аміаком небезпечні вибухові речовини - галогеніди азоту (хлористий азот, йодистий азот).

• З галогеноалканами аміак входить у реакцію нуклеофільного приєднання, утворюючи заміщений іон амонію (спосіб отримання амінів):

• З карбоновими кислотами, їх ангідридами, галогенангідридами, ефірами та іншими похідними дає аміди.З альдегідами та кетонами — основи Шиффа, які можна відновити до відповідних амінів (відновне амінування).

• При 1000 C аміак реагує з вугіллям, утворюючи синильну кислоту HCN і частково розкладаючись на азот і водень. Також він може реагувати з метаном, утворюючи ту ж саму синильну кислоту:

Історія назви

Аміак (у європейських мовах його назва звучить як «аммоніак») своєю назвою завдячує оазі Аммона в Північній Африці, розташованому на перехресті караванних шляхів. У жаркому кліматі сечовина (NH₂)₂CO, що міститься у продуктах життєдіяльності тварин, розкладається особливо швидко. Одним із продуктів розкладання і є аміак. За іншими відомостями, аміак отримав свою назву від давньоєгипетського слова амоніан. Так називали людей, що поклоняються богу Амону. Вони під час своїх ритуальних обрядів нюхали нашатир NH₄Cl, який при нагріванні випаровує аміак.

Рідкий аміак

Рідкий аміак, хоч і незначною мірою, дисоціює на іони (автопротоліз), у чому виявиться його схожість з водою:

Константа самоіонізації рідкого аміаку при −50 °C становить приблизно 10 −33 (моль/л)².

Рідкий аміак, як і вода, є сильним іонізуючим розчинником, в якому розчиняється ряд активних металів: лужні, лужноземельні, Mg, Al, а також Eu та Yb. Розчинність лужних металів у рідкому NH₃ складає кілька десятків відсотків. У рідкому аміаку NH₃ також розчиняються деякі інтерметаліди, що містять лужні метали, наприклад, Na₄Pb₉.

Розведені розчини металів у рідкому аміаку забарвлені у синій колір, концентровані розчини мають металевий блиск та схожі на бронзу.При випаровуванні аміаку лужні метали виділяються у чистому вигляді, а лужноземельні - у вигляді комплексів з аміаком [Е(NH₃)₆] що володіють металевою провідністю. При слабкому нагріванні ці комплекси розкладаються на метал та NH₃.

Розчинений у NH₃ метал поступово реагує з утворенням аміду:

Отримані в результаті реакції з аміаком аміди металів містять негативний іон NH₂ − , який також утворюється при самоіонізації аміаку. Таким чином, аміди металів є аналогами гідроксидів. Швидкість реакції зростає під час переходу від Li до Cs. Реакція значно прискорюється при навіть невеликих домішок H₂O.

Металоаміачні розчини мають металеву електропровідність, в них відбувається розпад атомів металу на позитивні іони і сольватовані електрони, оточені молекулами NH₃. Металоаміачні розчини, які містять вільні електрони, є найсильнішими відновниками.

Комплексоутворення

Завдяки своїм електронодонорним властивостям, молекули NH₃ можуть входити як ліганд у комплексні сполуки. Так, введення надлишку аміаку в розчини солей d-металів призводить до утворення їх амінокомплексів:

Комплексоутворення зазвичай супроводжується зміною забарвлення розчину. Так, у першій реакції блакитний колір (CuSO₄) переходить у темно-синій (забарвлення комплексу), а в другій реакції забарвлення змінюється із зеленої (Ni(NO₃)₂) у синьо-фіолетову. Найбільш міцні комплекси з NH₃ утворюють хром та кобальт у ступені окислення +3.

Біологічна роль

Аміак є кінцевим продуктом азотистого обміну в організмі людини та тварин. Він утворюється при метаболізмі білків, амінокислот та інших азотистих сполук.Він високо токсичний для організму, тому більшість аміаку в ході орнітинового циклу конвертується печінкою в більш нешкідливу і менш токсичну сполуку — карбамід (сечовину). Сечовина потім виводиться нирками, причому частина сечовини може бути конвертована печінкою або нирками у аміак.

Аміак може також використовуватися печінкою для зворотного процесу – ресинтезу амінокислот з аміаку та кетоаналогів амінокислот. Цей процес зветься «відновне амінування». Таким чином із щавлевооцтової кислоти виходить аспарагінова, з α-кетоглутарової - глутамінова і т.д.

Фізіологічна дія

За фізіологічною дією на організм відноситься до групи речовин задушливої ​​та нейротропної дії, здатних при інгаляційному ураженні викликати токсичний набряк легень та тяжке ураження нервової системи. Аміак має як місцеву, так і резорбтивну дію.

Пари аміаку сильно дратують слизові оболонки очей та органів дихання, а також шкірні покриви. Це людина сприймає як різкий запах. Пари аміаку викликають рясну сльозотечу, біль в очах, хімічний опік кон'юнктиви та рогівки, втрату зору, напади кашлю, почервоніння та свербіж шкіри. При дотику зрідженого аміаку та його розчинів зі шкірою виникає печіння, можливий хімічний опік з бульбашками, виразками. Крім того, скраплений аміак при випаровуванні поглинає тепло, і при зіткненні зі шкірою виникає обмороження різного ступеня. Запах аміаку відчувається при концентрації 37 мг/м3 [2] .

Гранично допустима концентрація повітря робочої зони виробничого приміщення (ПДКр.з.) становить 20 мг/м³ [3] . В атмосферному повітрі населених пунктів та у житлових приміщеннях середньодобова концентрація аміаку (ПДКс.с.) не повинна перевищувати 0,04 мг/м³ [4] . Максимальна разова концентрація в атмосфері – 0,2 мг/м³. Таким чином, відчуття запаху аміаку свідчить про перевищення допустимих норм.

Роздратування зіва проявляється при вмісті аміаку в повітрі 280 мг/м³, око – 490 мг/м³. При дії в дуже високих концентраціях аміак викликає ураження шкіри: 7-14 г/м - еритематозний, 21 г / м і більше - буллезний дерматит. Токсичний набряк легень розвивається при дії аміаку протягом години з концентрацією 1,5 г/м³. Короткочасний вплив аміаку в концентрації 3,5 г/м³ і швидше призводить до розвитку загальнотоксичних ефектів.

У світі максимальна концентрація аміаку в атмосфері (більше 1 мг/м³) спостерігається на Індо-Гангській рівнині, Центральній долині США та Південно-Казахстанській області [5] .

Застосування

Аміак належить до найважливіших продуктів хімічної промисловості, щорічне його світове виробництво досягає 150 млн тонн. В основному використовується для виробництва азотних добрив (нітрат та сульфат амонію, сечовина), вибухових речовин та полімерів, азотної кислоти, соди (за аміачним методом) та інших продуктів хімічної промисловості. Рідкий аміак використовують як розчинник.

У медицині 10% розчин аміаку, найчастіше званий нашатирним спиртом, застосовується при непритомних станах (для збудження дихання), для стимуляції блювоти, а також зовнішньо - невралгії, міозити, укуси комах, для обробки рук хірурга.При неправильному застосуванні може спричинити опіки стравоходу та шлунка (у разі прийому нерозведеного розчину), рефлекторну зупинку дихання (при вдиханні у високій концентрації).

Застосовують місцево, інгаляційно та внутрішньо. Для збудження дихання та виведення хворого з непритомного стану обережно підносять невеликий шматок марлі або вати, змочений нашатирним спиртом, до носа хворого (на 0,5-1 с) для індукції блювоти. .При укусах комах - у вигляді примочок; міозитах - розтирання аміачним лініментом. У хірургічній практиці розводять у теплій кип'яченій воді та миють руки.

Оскільки аміак є слабкою основою, при взаємодії із кислотами він їх нейтралізує.

Фізіологічна дія нашатирного спирту обумовлена ​​різким запахом аміаку, який подразнює специфічні рецептори слизової оболонки носа та сприяє збудженню дихального та судинно-рухового центрів мозку, викликаючи почастішання дихання та підвищення артеріального тиску.

Протиморозна добавка для сухих будівельних розчинів, що відноситься до прискорювачів._3*H₂O), що є газоподібним аміаком NН₃розчинений у воді.

Отримання

Промисловий спосіб отримання аміаку заснований на прямій взаємодії водню та азоту:

Це так званий процес Габера (німецький фізик, який розробив фізико-хімічні основи методу).

Реакція відбувається з виділенням тепла та зниженням об'єму. Отже, виходячи з принципу Ле-Шательє, реакцію слід проводити за можливо низьких температур і при високих тисках — тоді рівновага буде зміщена вправо.Однак швидкість реакції при низьких температурах дуже мала, а при високих збільшується швидкість зворотної реакції. Проведення реакції при дуже високих тисках вимагає створення спеціального обладнання, що витримує високий тиск, а значить і великих капіталовкладень. Крім того, рівновага реакції навіть при 700 ° C встановлюється занадто повільно для практичного використання.

Застосування каталізатора (пористе залізо з домішками Al₂O₃ та K₂O) дозволило прискорити досягнення рівноважного стану. Цікаво, що при пошуку каталізатора цю роль пробували понад 20 тисяч різних речовин.

Враховуючи всі вищенаведені фактори, процес отримання аміаку проводять за таких умов: температура 500 ° C, тиск 350 атмосфер, каталізатор. Вихід аміаку за таких умов становить близько 30%. У промислових умовах використаний принцип циркуляції — аміак видаляють охолодженням, а азот і водень, що не прореагували, повертають у колону синтезу. Це виявляється економічнішим, ніж досягнення вищого виходу реакції рахунок підвищення тиску.

Для одержання аміаку в лабораторії використовують дію сильних лугів на солі амонію:

Зазвичай лабораторним способом аміак отримують слабким нагріванням суміші хлориду амонію з гашеним вапном.

Для осушення аміаку його пропускають через суміш вапна з їдким натром.

Дуже сухий аміак можна отримати, розчиняючи у ньому металевий натрій і згодом переганяючи. Це краще робити в системі, виготовленій із металу під вакуумом. Система повинна витримувати високий тиск (при кімнатній температурі тиск насиченої пари аміаку близько 10 атмосфер) [6] . У промисловості аміак осушують в абсорбційних колонах.

Витратні норми на тонну аміаку

На виробництво однієї тонни аміаку в Росії витрачається в середньому 1200 нм природного газу, в Європі - 900 нм [7] [8] [9] [10] [11] .

Білоруський «Гродно Азот» витрачає 1200 нм³ природного газу на тонну аміаку, після модернізації очікується зниження витрати до 876 нм³. [12]

Українські виробники споживають від 750 нм³ [13] до 1170 нм³ [14] природного газу на тонну аміаку.

За технологією UHDE заявляється споживання 6,7 - 7,4 Гкал енергоресурсів на тонну аміаку [15] .

Аміак у медицині

При укусах комах аміак застосовують зовнішньо як примочок. 10% водний розчин аміаку відомий як нашатирний спирт.

Можливі побічні дії: при тривалій експозиції (інгаляційне застосування) аміак може спричинити рефлекторну зупинку дихання.

Місцеве застосування протипоказане при дерматитах, екземах, інших захворюваннях шкіри, а також при відкритих травматичних пошкодженнях шкірних покривів.

При випадковому ураженні слизової оболонки ока промити водою (по 15 хв через кожні 10 хв) або 5% розчином борної кислоти. Олії та мазі не застосовують. При ураженні носа та глотки – 0,5 % розчин лимонної кислоти або натуральні соки. У разі прийому внутрішньо пити воду, фруктовий сік, молоко, краще – 0,5 % розчин лимонної кислоти або 1 % розчин оцтової кислоти до повної нейтралізації вмісту шлунка.

Взаємодія з іншими лікарськими засобами невідома.

Виробники аміаку

Виробники аміаку в Україні

Перед Росії припадає близько 9 % світового випуску аміаку. Росія - один із найбільших світових експортерів аміаку. На експорт поставляється близько 25% загального обсягу виробництва аміаку, що становить близько 16% світового експорту.

Виробники аміаку в Україні.

Цікаві факти

• Пари нашатирного спирту здатні змінювати забарвлення кольорів. Наприклад, блакитні та сині пелюстки стають зеленими, яскраво червоні – чорними. [16]

• Хмари Юпітера складаються з аміаку.

• Деякі квіти, які не мають запаху від природи, після обробки аміаком починають пахнути. Наприклад, приємний аромат набувають астри[16]

Див. також

Примітки

1. ↑ ГОСТ 6221-90. Аміак рідкий технічний. Технічні умови
2. ↑http://www.rhbz.info/rhbz3.1.5.4.html Навчальний посібник з РХБЗ. Характеристика аварійно-хімічно небезпечних речовин
3. ↑ ГОСТ 12.1.005-88. Система стандартів безпеки праці. Загальні санітарно-гігієнічні вимоги до повітря робочої зони
4. ↑ СанПіН 2.1.2.1002-00. Санітарно-епідеміологічні вимоги до житлових будівель та приміщень
5. ↑"Известия". Наука
6. ↑Гордон А., Форд Р. Супутник хіміка.//Переклад російською мовою Розенберга Є. Л., Копель С. І. - М.: Світ, 1976. - 544 с.
7. ↑ЧИННИКИ КОНКУРЕНТНОСТІ НА РИНКУ АММІАЧНО-НІТРАТНИХ ПОДОБРІВ
8. ↑АМІАЧНІ УСТАНОВКИ НА РОСІЙСЬКИХ ПІДПРИЄМСТВАХ
9. ↑ВИРОБНИКИ АМІАКУ І КАРБАМІДУ В РОСІЇ (Частина I)
10. ↑ВИРОБНИКИ АМІАКУ І КАРБАМІДУ В РОСІЇ (Частина II)
11. ↑ВИРОБНИКИ АМІАКУ І КАРБАМІДУ В РОСІЇ (Частина III)
12. ↑Лукашенко вимагає прискорити модернізацію «Гродно Азоту». 21.by
13. ↑Селітра аміачна 095-2471996: Удар гривні
14. ↑Селітра аміачна 095-2471996: Наші хіміки - попереду російських
15. ↑Технологія виробництва аміаку
16. ↑ 12Штучна зміна фарбування пелюсток квітів. Дивовижний світ рослин

Посилання

• Аміак, газ // Енциклопедичний словник Брокгауза та Ефрона: У 86 томах (82 т. та 4 дод.). - СПб. , 1890-1907.
• Аміак водний // Енциклопедичний словник Брокгауза та Ефрона: У 86 томах (82 т. і 4 дод.). - СПб. , 1890-1907.
• Аммоніак // Енциклопедичний словник Брокгауза та Ефрона: У 86 томах (82 т. і 4 дод.). - СПб. , 1890-1907.
• Амоніємія // Енциклопедичний словник Брокгауза та Єфрона: У 86 томах (82 т. і 4 дод.). - СПб. , 1890-1907.
• NIST Chemistry WebBook
• Штучна зміна забарвлення пелюсток квітів

Література

• Ахметов Н. С. Загальна та неорганічна хімія. - М.: Вища школа, 2001.
• Карапет'янц М. Х., Дракін С. І. Загальна та неорганічна хімія. - М.: Хімія, 1994.
• Акімова Л. Д. Вивчають основи холодильної техніки. - М., 1996.
• Єльницький А. П., Василевська Є. І., Шарапа Є. І., Шиманович І. Є. Хімія. - Мн.: Народна освіта, 2007.