Одним з найважливіших сполук азоту є аміак. За фізичними властивостями це – безбарвний газ з різким, задушливим запахом (це запах водного розчину гідроксиду амонію NH₃·H₂O). Газ добре розчиняється у воді. У водному розчині амоній є слабкою основою. Є одним з найважливіших продуктів хімічної промисловості.
NH₃ – хороший редуктор, як в молекулі амонію, нітроген має саму низьку ступінь окислення -3. Багато характеристики аміаку визначаються парою одиночних електронів в атомі азоту – реакції приєднання з аміаком відбуваються з-за його присутності (ця пара одинаків розташована на вільній орбіті Протона H⁺).
Як отримати аміак
Існують два основних практичних методів одержання аміаку: один в лабораторії, інший – у промисловості.
Розглянемо отримання аміаку в промисловості. Взаємодія молекулярного азоту і водню: N₂ + 2H₂ = 2NH₃ (зворотна реакція). Цей метод отримання аміаку називається реакцією Хабера. Для молекулярного азоту і водню, які повинні прореагувати, їх необхідно нагріти до 500 ᵒC або 932 ᵒF, тиску MPA 25-30 необхідно створитися. Пористий праска повинен бути присутнім як каталізатор.
Отримання в лабораторії – це реакція між хлоридом амонію і гідроксидом кальцію: СА(OH)₂ + 2NH₄Cl = CaCl₂ + 2NH₄OH (як NH₄OH – дуже слабке з’єднання, воно відразу ж розпадається на газоподібний аміак і воду: NH₄OH = NH₃ + H₂O).
Реакція окислення аміаку
Вони протікають зі зміною стану окислення азоту. Так як аміак – хороший редуктор, його можна використовувати для зменшення важких металів від їх окисів.
Зменшення металів: 2NH₃ + 3CuO = 3Cu + N₂ + 3H₂O (коли міді (II) оксид нагрівають у присутності аміаку, металева мідь червоного кольору зменшується).
Окислення аміаку в присутності сильних окисників (наприклад, галогенів) відбувається за рівнянням: 2NH₃ + 3Cl₂ = N₂ + 6HCl (для проведення цієї окислювально-відновної реакції потрібно нагрів). При впливі перманганату калію на аміак у лужному середовищі спостерігається утворення молекулярного азоту, марганцевокислого калію і води: 2NH₃ + 6KMnO₄+ 6KOH = 6K₂MnO₄+ N₂ + 6H₂O.
При інтенсивному нагріванні (до 1200 ° C або 2192 ᵒF) аміак може розпадатися на прості речовини: 2NH₃ = N₂ + 3H₂. На 1000 oC або 1832 аміак реагує з метаном CH4:2CH₄ + 2NH₃ + 3O₂ = 2HCN + 6H₂O (синильної кислоти і води). Шляхом оксидації аміаку з гіпохлоритом натрію гідразин Н₂Х₄ можна отримати: 2NH + NaOCl = N2H4 + NaCl + H2O
Спалювання аміаку і його каталітичне окислення киснем
Окислення аміаку киснем має певні особливості. Існує два різних типи окислення: каталітичний (з каталізатором), швидкий (горіння).
При горінні відбувається окисно-відновна реакція, продуктами якої є молекулярний азот і вода: 4NH3 + 2 O 2 = 2N2 + 6H2O (полум’я жовто-зелене, горіння починається при 651 або 103,8 градусів за Фаренгейтом, так як це температура самозаймання аміаку). Каталітичне окислення кисню відбувається при нагріванні (близько 800 ᵒC або 1472 ᵒF), але один з продуктів реакції відрізняється: 4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O (в присутності платини або оксидів заліза, марганцю, хрому або кобальту в якості каталізатора продуктами окислення є оксид азоту (II) і вода).
Розглянемо однорідне окислення аміаку киснем. Безконтрольна однотипна оксидування ділянки газу аміаку – відносно повільна реакція. Про неї не повідомляється докладно, але нижня межа займистості аміачно-повітряних сумішей при 25 оС складає близько 15 % в інтервалі тисків 1-10 бар і зменшується по мірі підвищення початкової температури газової суміші.
Якщо CNH~ – це молевая частка NH3 в суміші повітря-аміак з температурою tmixed (OC), то з даних CNH = 0.15-0 випливає, що межа займистості низький. Тому розумно працювати з достатнім запасом міцності нижче нижньої межі займистості, як правило, дані про змішуванні аміаку з повітрям часто далекі від досконалості.
Хімічні властивості
Розглянемо контактне окислення аміаку до оксиду азоту. Типові хімічні реакції з аміаком без зміни ступеня окиснення азоту:
- Реакція з водою: NH₃ + H₂O = NH₄OH = NH₄⁺ + он⁻ (реакція оборотна, так як гідроксид амонію NH₄OH – це нестійке з’єднання).
- Реакція з кислотами з утворенням нормальних і кислих солей: NH₃ + HCl = NH₄Cl (нормальний хлорид амонію солі сформований);NH₃ + H₂SO₄ = NH₄HSO₄ (в реакції аміаку з холодною концентрованої сірчаної кислотою утворюється кислотна сіль гідросульфат амонію); 2NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄.
- Реакції з солями важких металів з утворенням комплексів: 2NH₃ + AgCl = [Ag(NH₃)₂]Cl (складні сполуки срібла (I) хлоридні форми диамина).
- Реакція з haloalkanes: NH3 + CH3Cl = [CH3NH3]Cl (форми гідрохлориду метиламмония – це замещенный іон амонію NH4=).
- Реакція з лужними металами: 2NH₃ + 2K = 2KNH₂ + H₂ (утворюється амід калію KNH₂; азот не змінює стан окислення, хоча реакція окислювально-відновна). Реакції приєднання відбуваються в більшості випадків без зміни стану окислення (всі перелічені вище, крім останньої, класифікуються даним типом).
Висновок
Аміак – популярний речовина, яка активно використовується в промисловості. На сьогоднішній день вона займає особливе місце в нашому житті, так як більшість продуктів її діяльності ми використовуємо щодня. Ця стаття буде корисна для прочитання багатьом, хто захоче дізнатися про те, що нас оточує.
