Аммиак: физические и химические свойства, формула

Вещество Аммиак Химия

Аммиак представляет собой летучее водородное соединение, которое активно применяется в различных отраслях современной промышленности. В чистом виде это химическое вещество было получено ученым Д. Л. Пристли в 1774 году. Аммиак находится в моче и продуктах разложения организмов. Строение молекулы этого вещества отличается наличием трех ковалентных полярных связей. Химические и физические свойства аммиака изучают на уроках химии в 9 классе.

Способы получения

Во всем мире ежегодно производится до 100 млн тонн NH3 (в европейском языке название этого вещества звучит как «аммониак»). Из-за больших масштабов этот процесс можно по праву назвать одним из самых важных. Выпускают аммиак исключительно в жидком виде, концентрация раствора варьируется. Для получения этого химического вещества могут быть задействованы разные процедуры:

Синтез водорода и азота

  • Коксование каменного угля. В этой горной породе нет NH3, но вместо него в его состав входит большое количество органических соединений, для которых свойственно нахождение нитрид водорода и азота. В процессе пиролиза (нагревание угля) химические элементы образуют аммиак, который является побочным продуктом.
  • Синтез водорода и азота. В процессе этой реакции выделяется тепло. Для достижения желаемого результата должна быть задействована высокая температура и соответствующее давление. Обязательно используется катализатор, который позволяет ускорить слабую реакцию. Уравнение реакции выглядит следующим образом: N2 + 3H2 ⇄ 2NH3 + Q.
  • В лабораторных условиях получить аммиак можно в результате постепенного нагревания гидроксида кальция и хлорида аммония. Эту химическую реакцию можно изобразить так: 2NH4Cl + Ca (OH)2 → CaCl2 + 2NH3↑ + 2H2O. Также можно прибегнуть к нагреванию хлорида аммония вместе с концентрированной щелочью. Например: H4Cl + NaOH = NaCl + NH3↑ + H2O.

Распознать аммиак можно несколькими доступными способами: по запаху, белому дыму, который должен появиться в результате поднесения стеклянной палочки, заранее смоченной в концентрированном растворе HCl.

Если используется лакмусовая бумажка, то после контакта с NH3 она должна стать синей. В природе аммиак образуется при разложении азотсодержащих органических веществ.

Принцип строения

Атом азота содержит в своем составе 5 валентных электронов, но 3 из них являются неспаренными, например 1s12s23s3. У атома водорода присутствует только один неспаренный электрон (1s1). Каждый атом стремится завершить последнюю оболочку, из-за чего азоту понадобятся еще 3 электрона, а водороду только 1. Это правило является неизменным. Между атомами азота и водорода в молекуле NH3 образуются 3 одинаковые ковалентные полярные связи. В этой реакции используются общие электронные пары. Из этого можно сделать вывод, что в молекуле аммиака валентность азота соответствует третьей степени окисления.

Молекула NH3 имеет формулу тригональной пирамиды

Проведенные лабораторные исследования показали, что молекула NH3 имеет формулу тригональной пирамиды. В вершине расположен атом азота. В формировании полярных ковалентных связей с электронами трех атомов водорода участвуют 3 неспаренных р-электрона азота.

Для молекул NH3 является характерной не только ковалентная полярная связь, но и межмолекулярное взаимодействие. Неподеленная электронная пара атома азота позволяет образовать частично отрицательный и частично положительный заряды. По этой причине молекулы аммиака будут притягиваться друг к другу. Между ними будет присутствовать незначительная водородная связь, которая объясняет растворение NH3 в воде и незначительное сжижение этого вещества.

Химические свойства

Аммиак относится к категории мощных восстановителей, так как азот окисляется в минимальной степени. NH3 способен проявлять окислительные свойства, что на практике встречается довольно редко. Вместе с кислотами аммиак образует соли аммония, которые под воздействием высоких температур постепенно разлагаются. В сочетании с соляной кислотой NH3 образует хлорид аммония. Если задействовать серную кислоту, тогда можно получить сульфат аммония. В качестве примера можно рассмотреть следующие химические реакции:

  • NH3 + HCL = NH4CL.
  • NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4.

Нагревание NH3

При нагревании NH3 в сочетании с кислородом образуется азот. Если дополнительно задействовать катализатор (Pt), то в итоге получится оксид азота. Например: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O, 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O.

Аммиак за счет оставшейся электронной пары азота реагирует с простыми и сложными веществами — галогенами, кислородом, водой, кислотами, солями, оксидами.

Неустойчивый гидрат образуется только в случае соединения NH3 с водой. Аммиак может проявлять щелочные свойства. По этой причине при взаимодействии с Н2О образуется слабое основание NH4OH. Но лучше всего записать эту химическую реакцию следующим образом: NH3*H2O. Аммиак вступает в реакцию с галогенами: 8NH3 + 3Cl2 =N2 + 6NH4Cl. При использовании солей металлов можно получить качественную химическую реакцию: 3NH3 + ЗН2О + AlCl3 = Al (OH)3↓ + 3NH4Cl. Принцип взаимодействия сульфата меди (II) с газообразным аммиаком: CuSO4 + 5NH3 → [Cu (NH3)5] SO4.

Физические характеристики

Аммиак представляет собой бесцветный газ, который имеет резкий запах и практически в два раза легче воздуха. Если попробовать охладить NH3 до отметки -77.8 °C, то в итоге можно будет получить твердое белое вещество, которое хорошо растворяется в воде. Сильно раздражают слизистые оболочки дыхательных путей и глаз, а также кожные покровы пары аммиака. При использовании этого химического вещества нужно проявлять максимальную осторожность.

Пары NH3 вызывают боль в глазах, обильное слезотечение, приступы кашля, химический ожог роговицы и конъюнктивы, зуд и покраснение кожного покрова. В единичных случаях может возникнуть кратковременная потеря зрения.

Физические свойства NH3

Среди основных физических свойств NH3 можно выделить:

  • В нормальных условиях аммиак является газом.
  • Под воздействием высоких температур NH3 разлагается на азот и воду.
  • Молярная масса — 17 г/моль.
  • Большая концентрация химического вещества является токсичной для человека.
  • Температура кипения -36 °C.
  • В лабораторных условиях допустимо сгорание NH3.
  • Аммиак обладает молекулярной кристаллической решеткой, из-за чего он легкоплавкий и непроточный.

NH3 отличается тем, что он легко растворим в воде — 700 объемов при температуре +20 °C либо 1200 при 0 °C. Полученный в итоге раствор называют аммиачной водой. Сферы применения этой жидкости довольно разнообразны.

Из-за высоких показателей растворимости газообразный NH3 запрещено собирать и хранить над водой. Аммиак реагирует с органическими веществами.

Значение для живых организмов

Аммиак относится к категории тех веществ, которые образуются в живых организмах при метаболизме, являясь продуктом азотистого обмена. В физиологии животных NH3 играет важную роль. Но аммиак обладает высокой токсичностью, из-за чего в чистом виде он практически не содержится в организме. Основная часть NH3 перерабатывается печенью в абсолютно безвредное вещество. Речь касается карбамида (мочевина).

Растения обладают способностью накапливать ценный для них азот

Аммиак способствует нейтрализации кислот, поступающих в организм вместе с пищей, поддерживает оптимальный кислотно-щелочной баланс крови. NH3 является ценным источником азота для растений. Небольшое количество этого химического вещества поступает из почвы, но это неэффективный и трудоемкий процесс. Многие растения обладают способностью накапливать ценный для них азот, который содержится в атмосфере. Для этого они используют специальные ферменты — нитрогеназы. На финальном этапе растения перерабатывают азот в полезные соединения, например аминокислоты и белки.

Отравление аммиаком чаще всего фиксируют на различных химических производствах в результате утечки NH3. Постепенное ухудшение самочувствия может отмечаться и в домашних условиях. Например банка с нашатырным спиртом была закрыта не полностью, из-за чего его пары постепенно накапливались в помещении. Отравление не исключено и в том случае, если при обморочном состоянии человек более 5 секунд вдыхал пары нашатыря, поступающие из смоченного в растворе ватного тампона.

Сферы применения

NH3 является незаменимым химическим веществом в современной промышленности. Области применения аммиака впечатляют своей масштабностью: бинарное неорганическое химическое соединение азота и водорода используется практически во всех производственных процессах, начиная с заводов и лабораторий и заканчивая фармацевтической отраслью. Преимущество NH3 состоит в том, что это химическое вещество является экологически чистым и доступным.

Среди основных сфер применения аммиака можно выделить:

Холодильные установки

  • Химическая промышленность. NH3 используется для серийного изготовления удобрений, азотной кислоты, полимеров, а также взрывчатых веществ. Раствор аммиака применяют в качестве растворителя.
  • Различные холодильные установки. Аммиак имеет свойство постепенно испаряться, поглощая при этом большое количество тепла из окружающей среды. Это свойство NH3 связано с его термодинамическими свойствами. Холодильные установки с применением аммиака являются эффективными, за счет чего это химическое вещество является основным хладагентом в промышленности.
  • Текстильная отрасль. При помощи NH3 получают различные синтетические волокна. Аммиак также используют при окрашивании либо очистке различных тканей.
  • Медицинская сфера. Раствор NH3 10% или нашатырный спирт применяют для выведения человека из обморочного состояния (незначительное раздражение рецепторов слизистой оболочки носа способствует стимуляции дыхания). Этот химический раствор также используется для обработки рук хирурга, стимуляции рвотного рефлекса.

Из аммиака получают различные соли аммония, уротропин, а также мочевину. При правильном использовании NH3 абсолютно безопасен для человека и окружающей среды.

Оцените статью
Na5.club
Добавить комментарий

Adblock
detector