Аміак – ПІДГРУПА НІТРОГЕНУ

ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ

Розділ 10. ПІДГРУПА НІТРОГЕНУ

§ 10.3. Аміак

Будова молекули. Нітроген утворює з гідрогеном кілька сполук, з яких найважливішою є аміак. Електронна формула молекули аміаку така:

Аміак   ПІДГРУПА НІТРОГЕНУ

Видно, що з чотирьох електронних пар у нітрогену – три спільні (зв’язуючі) і одна неподілена (незв’язуюча).

Будову молекули NH3 розглянуто раніше (див. рис. 3.4). Вона має форму піраміди. Хімічний зв’язок N-Н полярний: позитивний

заряд зосереджений на атомах гідрогену, негативний – на атомі нітрогену. Внаслідок цього між молекулами аміаку утворюється водневий зв”язок, що можна зобразити так:

Аміак   ПІДГРУПА НІТРОГЕНУ

Внаслідок водневих зв”язків аміак має порівняно високі температури плавлення і кипіння, а також значну теплоту випаровування, він легко зріджується.

Фізичні властивості. Аміак – безбарвний газ з характерним різким запахом, майже у два рази легший за повітря. При збільшенні тиску або охолодженні він легко зріджується у безбарвну рідину (температура кипіння -33,4°С). Аміак дуже добре розчиняється у воді (при

20°С в 1 об’ємі води розчиняється до 700 об’ємів NH3).

Розчин аміаку у воді називається аміачною водою, або нашатирним спиртом. Під час кип’ятіння розчинений аміак звітрюється з розчину.

Хімічні властивості. Велика розчинність аміаку у воді зумовлена утворенням водневих зв’язків між їх молекулами:

Аміак   ПІДГРУПА НІТРОГЕНУ

Однак, крім таких гідратів аміаку,1 частково утворюються іони амонію і гідроксид-іони:

Аміак   ПІДГРУПА НІТРОГЕНУ

Гідроксид-іони зумовлюють слабколужну (їх мало) реакцію аміачної води. При взаємодії їх з іонами NH+4 знову утворюються молекули NH3 і Н2О, сполучені водневим зв’язком, тобто реакція відбувається у зворотному напрямку. Утворення іонів амонію та гідроксид-іонів в аміачній воді можна зобразити рівнянням:

NH3 + Н2О ⇆ NH3 ∙ Н2О ∙ NH+ + ОН-.

В аміачній воді найбільша частина аміаку міститься у вигляді молекул NH3, рівновага зміщена в бік утворення аміаку, тому вона пахне аміаком. Незважаючи на це, водний розчин аміаку за встановленою традицією позначають формулою NH4OH 1 і називають гідроксидом амонію, а лужну реакцію розчину пояснюють дисоціацією молекул NH4OH:

NH4OH ⇆NH+ + ОН-

Оскільки в розчині аміаку у воді концентрація гідроксид – іонів невелика, гідроксид амонію належить до слабких основ.

Отже, в реакції взаємодії аміаку з водою до молекули аміаку приєднується протон з води, внаслідок чого утворюється катіон амонію NH+4 і гідроксид-іон ОН. У катіоні амонію чотири ковалентних зв’язки, один з них утворений за донорно-акцепторним механізмом (див. § 3.1).

Важливою хімічною властивістю аміаку є його взаємодія з кислотами з утворенням солей амонію. У цьому разі до молекули аміаку приєднується іон гідрогену кислоти, утворюючи іон амонію, що входить до складу солі:

NH3 = НСl + NH4Cl; .

NH3 + Н3РО4 = NH4H2PO4.

З наведених прикладів випливає, що для аміаку характерна реакція приєднання протона.

Аміак згоряє у кисні і в повітрі (попередньо підігрітому) з утворенням азоту і води:

4NH3 + 3О2 = 2N2 + 6Н2О.

За наявності каталізатора (наприклад, платини, оксиду хрому(ІІІ)) реакція відбувається з утворенням оксиду нітрогену(ІІ) і води:

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6Н2О.

Ця реакція називається каталітичним окисненням аміаку.

1 Оскільки такої речовини немає, то всупереч традиції її можна зображати як гідрат NН3 ∙ Н2О або просто NН3 (без гідроксид-іона).

Аміак – сильний відновник. При нагріванні він відновлює оксид купруму(ІІ), сам окиснюється до вільного азоту:

+2 -3 0 0

ЗСuО + 2NH3 = ЗСu + N2 + ЗН2О;

Аміак   ПІДГРУПА НІТРОГЕНУ

За допомогою цієї реакції можна добути азот в лабораторних умовах.

Добування і застосування. В лабораторних умовах аміак звичайно добувають слабким нагріванням суміші хлориду амонію з гашеним вапном:

2NH4Cl+ Са (ОН)2 = СаСі2 + 2NH3 ↑ + 2Н2О.

Ця реакція грунтується на зміщенні рівноваги взаємодії аміаку з водою при додаванні гідроксид-іонів:

NH+ + ОН – ⇆ NH3 ↑ + Н2O.

Основним способом добування аміаку у промисловості є його синтез з азоту і водню. Реакція екзотермічна і оборотна:

N2 + ЗН2 ⇆ 2NH3, ∆ Н° = -92,4 кДж.

Вона відбувається тільки за наявності каталізатора – губчастого заліза з домішками активаторів – оксидів алюмінію, калію, кальцію, силіцію (іноді й магнію). Вихідні продукти добувають: азот – з рідкого повітря, водень – конверсійним способом або з води (див. § 8.2).

Великі кількості аміаку витрачаються для добування нітратної (азотної) кислоти, азотовмісних солей, сечовини, соди за аміачним методом. На легкому зрідженні і подальшому випаровуванні з поглинанням теплоти грунтується “його застосування в холодильній справі.

Рідкий аміак та його водні розчини застосовують як рідкі добрива.

1 Гідрати – продукти приєднання води до речовин.


1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...


Ви зараз читаєте: Аміак – ПІДГРУПА НІТРОГЕНУ