Властивості аміаку

Нітрид водню з формулою NH₃ називається аміаком. Це легкий (легший за повітря) газ із різким запахом. Будова молекули визначає фізичні та хімічні властивості аміаку.

Будова

Молекула аміаку складається з одного атома азоту та трьох атомів водню. Зв'язки між атомами водню та азоту ковалентні. Молекула аміаку має форму тригональної піраміди.

На 2р-орбіталі азоту знаходиться три вільні електрони. З ними вступають у гібридизацію три атоми водню, утворюючи тип гібридизації sp 3 .

Мал. 1. Будова молекули аміаку.

Якщо один атом водню замінити вуглеводневим радикалом (C_nH_m), вийде нова органічна речовина - амін. Заміщатися може лише один атом водню, а й усі три. Залежно кількості заміщених атомів розрізняють три виду амінів:

До молекули аміаку можуть приєднатися₂Н₄, З₆Н₄, (С₂Н₄)₂ та інші речовини, що містять кілька атомів вуглецю та водню.

Мал. 2. Утворення амінів.

У аміаку та амінів залишається вільної пари електронів азоту, тому властивості двох речовин схожі.

Фізичні

Основні фізичні властивості аміаку:

• безбарвний газ;
• різкий запах;
• хороша розчинність у воді (на один об'єм води 700 об'ємів аміаку при 20 ° С, при 0 ° С - 1200);
• легше за повітря.

Аміак зріджується при температурі -33°З стає твердим при -78°С. Концентрований розчин містить 25% аміаку і має густину 0,91 г/см 3 . Рідкий аміак розчиняє неорганічні та органічні речовини, але не проводить електричний струм.

У природі аміак виділяється при гнитті та розкладанні органічних речовин, що містять азот (білки, сечовина).

Хімічні

Ступінь окислення азоту у складі аміаку – -3, водню – +1. При утворенні аміаку водень окислює азот, забираючи в нього три електрони. За рахунок пари електронів азоту, що залишилася, і легкого відділення атомів водню аміак є активною сполукою, що вступає в реакції з простими і складними речовинами.

Основні хімічні властивості описані у таблиці.

Взаємодія

Продукти реакції

Рівняння

Світиться з утворенням азоту або взаємодіє з киснем у присутності каталізатора (платини), утворюючи оксид азоту

Хімічні та фізичні властивості аміаку

Аміак (нітрид водню) — є бінарною неорганічною хімічною сполукою азоту та водню.

Формула аміаку в хімії:

Молекула аміаку з точки зору геометричної форми є правильною трикутною пірамідою. Валентний кут

Атом азоту в аміаку на зовнішньому енергетичному рівні містить одну неподілену електронну пару. Ця електронна пара істотно впливає властивості сполуки і визначає його структуру. Електронна структурна схема аміаку є тетраедр, що містить атом азоту в центрі, а в одній з вершин розташовується неподілена електронна пара:

У звичайному стані аміак є газом без кольору та з різким специфічним запахом. Молярна маса речовини становить 17,0306 г/моль. Аміак менше за вагою, ніж повітря. Зв'язок N-H є дуже полярним, що пояснює виникнення водневих зв'язків між молекулами аміаку в рідкій фазі. При цьому речовина характеризується високим ступенем розчинності у воді. Цей факт пояснюється утворенням водневих зв'язків між молекулами аміаку та молекулами води.

Хімічні та фізичні властивості аміаку

Фізичні властивості аміаку:

• речовина за звичайних умов перебуває у газоподібному стані;
• має їдкий запах;
• молярна маса становить 17,0306 г/моль;
• густина дорівнює 0.7723 (н.у.);
• енергія іонізації - 10,18 ± 0,01 Ев;
• температура плавлення становить -77,73 °C;
• температура кипіння дорівнює -33.34 ° C;
• з'єднання самозаймається при температурі 651 ± 1 °C;
• добре розчинний у воді;
• отруйний.

У водному розчині аміак виявляє основні властивості завдяки наявності неподіленої електронної пари в атома азоту. Приєднуючи протон (іон

Таким чином, середовище водного розчину аміаку є лужним. З іншого боку, аміак є слабкою основою. При 20 °C один об'єм води поглинає до 700 об'ємів аміаку.

Як основа, аміак вступає в хімічні реакції з кислотами в розчині та в газовій фазі, що супроводжується утворенням солей амонію.

Взаємодія аміаку з сірчаною кислотою призводить до утворення або кислої солі у вигляді гідросульфату амонію (в умовах надлишку кислоти), або середньої солі - сульфату амонію (при надлишку аміаку):

Взаємодія аміаку з водним розчином вуглекислого газу супроводжується утворенням карбонатів або гідрокарбонатів амонію:

У газовій фазі аміак вступає у хімічну реакцію з летким хлороводнем. Внаслідок взаємодії утворюється густий білий дим, що свідчить про виділення хлориду амонію.

В якості основи водний розчин аміаку вступає в хімічні реакції з розчинами солей важких металів. Внаслідок такої взаємодії утворюються нерозчинні гідроксиди.

Взаємодія водного розчину аміаку з сульфатом заліза (II), що супроводжується утворенням сульфату амонію та гідроксиду заліза (II):

За умови надлишку аміаку в його водних розчинах відбувається розчинення солей та гідроксидів міді, нікелю, срібла. Внаслідок реакції утворюються комплексні сполуки у вигляді амінокомплексів.

Взаємодія хлориду міді (II) з надлишком аміаку призводить до утворення хлориду тетраміномеді (II):

Розчинення гідроксиду міді (II) у надлишку аміаку:

У процесі горіння аміаку на повітрі утворюються азот та вода:

У разі, коли реакція горіння аміаку протікає за наявності каталізатора (Pt), відбувається окислення аміаку до NO:

Завдяки тому, що атоми водню в аміаку мають ступінь окислення +1, речовина може відігравати роль окислювача. Прикладами таких хімічних реакцій є процеси взаємодії аміаку з лужними, лужноземельними металами, магнієм і алюмінієм. З металами аміак входить у реакцію лише у рідкому стані.

Взаємодія рідкого аміаку із натрієм. Продуктами реакції є амід натрію та водень:

Допустимо в ході вищеописаного процесу утворення таких сполук, як Реакція 8

Утворення нітриду алюмінію в ході реакції аміаку з алюмінієм:

Завдяки наявності в аміаку азоту зі ступенем окислення -3, речовина здатна виявляти відновлювальні властивості. Аміак входить у хімічні реакції із сильними окислювачами, зокрема, хлором, бромом, пероксидом водню, пероксидами і оксидами певних металів. У процесі реакції відбувається окислення азоту, як правило, до простої речовини.

Окислення аміаку хлором до молекулярного азоту:

Окислення аміаку пероксидом водню до азоту:

Оксиди металів, розташовані в електрохімічному ряду напруги металів з правого боку, є сильними окислювачами. Тому дані речовини здатні окислювати аміак до азоту.

Окислення аміаку за допомогою оксиду міді (II):

Способи одержання, рівняння реакції, сфера застосування

Існують різні способи синтезу аміаку. У лабораторних умовах сполуку одержують шляхом хімічної реакції солей амонію з лугами. Так як аміак має високий ступінь розчинності у воді, щоб отримати чистий аміак, необхідно використовувати тверді речовини.

У процесі синтезу у ступці інтенсивно розтирають суміш солі амонію та основи, а потім нагрівають суміш. Газ, який виділився під час реакції, збирають у пробірку. Так як аміак легший за повітря, пробірку необхідно перевернути вгору дном. Визначають присутність аміаку за допомогою вологого лакмусового папірця, який набуває синього забарвлення при контакті з цією речовиною.

Одержання аміаку в результаті нагрівання суміші хлориду амонію та гідроксиду кальцію. У процесі підвищення температури суміші можна спостерігати, як утворюються сіль, аміак та вода:

Інший лабораторний спосіб отримання аміаку полягає у гідролізі нітридів.

Реакція гідролізу нітриду кальцію:

У промислових масштабах аміак синтезують за допомогою процесу Габера, тобто прямого одержання речовини з водню та азоту.

Реакція протікає за умов температури 500-550°C і за наявності каталізатора. Одержання аміаку відбувається під тиском 15-30 МПа. Роль каталізатора грає губчасте залізо з добавками як оксидів алюмінію, калію, кальцію, кремнію.Повне використання вихідних речовин можливе за допомогою методики рециркуляції реагентів, що не провзаємодіяли, тобто азот і водень, які не вступили в хімічну реакцію, знову повертають в реактор.

Аміак є токсичною речовиною. Незважаючи на цю особливість, яку вдалося виявити вченим, поєднання знайшло широке застосування у різних сферах господарської діяльності. Велика частка аміаку, що виробляється, йде на виготовлення різноманітної продукції хімічної промисловості:

1. Аміачні та аміачно-нітратні добрива, у тому числі аміачна селітра, сульфат амонію, хлористий амоній. Перелічені добрива використовують для підживлення сільськогосподарських культур. У процесі внесення в грунт добрив їх кількість нормується, оскільки речовини, що містяться в них, можуть випадати в осад і накопичуватися в стиглих овочах і фруктах.
2. Сода. Кальциновану соду одержують за допомогою аміачного методу. Аміак використовують, щоб насичувати сольовий розсіл. Розглянутий спосіб поширений у промисловому випуску соди.
3. Азотна кислота. Промисловий процес виробництва азотної кислоти ґрунтується на каталітичному окисленні аміаку.
4. Вибухові речовини. Нітрат амонію нейтральний до механічного впливу. З іншого боку, в певних умовах дане з'єднання набуває високих вибухових властивостей. Цей факт пояснює його застосування у виготовленні зарядів із вибуховими речовинами. В результаті одержують амоніти, які є аміачними вибуховими речовинами.
5. Розчинник. Аміак, перебуваючи в рідкому агрегатному стані, підходить для застосування як розчинник різних органічних і неорганічних речовин.
6. Аміачна холодильна установка. Аміак використовують у холодильному устаткуванні як холодоагент.Речовина не викликає парникового ефекту і характеризується нижчою вартістю порівняно з фреонами. Дані фактори пояснюють популярність аміаку як холодильний агент у промислових установках.
7. Нашатирний спирт (водний розчин аміаку). Ця речовина знайшла широке застосування в медицині та в побуті. За допомогою нашатирного спирту ефективно усувають плями з різного походження одягу, а також нейтралізують кислоти.

Аміак активно застосовують у медичній сфері у певній концентрації (10% розчин аміаку), який називають нашатирним спиртом. Якщо людина непритомніє, за допомогою даної речовини його можна привести до тями. Нашатирний спирт є блювотним засобом. З цією метою його розводять водою та в малих кількостях приймають внутрішньо. Ця методика затребувана у разі алкогольних отруєнь. З нашатирного спирту роблять примочки та обробляють ними укуси комах. У хірургії розведеним у воді нашатирним спиртом обробляють руки.

Потрібна допомога?