Jednym z najważniejszych związków azotu jest amoniak. Zgodnie ze swoimi właściwościami fizycznymi jest to gaz bezbarwny o ostrym, duszącym zapachu (jest to zapach wodnego roztworu wodorotlenku amonu NH₃·H₂O). Gaz jest dobrze rozpuszczalny w wodzie. W roztworze wodnym amon jest słabą zasadą. Jest to jeden z najważniejszych produktów przemysłu chemicznego.
NH₃ jest dobrym reduktorem, ponieważ w cząsteczce amonu azot ma najniższy stopień utlenienia -3. Wiele cech amoniaku jest determinowanych przez parę pojedynczych elektronów w atomie azotu - z powodu jego obecności zachodzą reakcje addycji z amoniakiem (ta para singli znajduje się na swobodnej orbicie protonu H⁺).
Jak uzyskać amoniak
Istnieją dwie główne praktyczne metody otrzymywania amoniaku: jedna w laboratorium, druga w przemyśle.
Rozważ produkcję amoniaku w przemyśle. Oddziaływanie azotu cząsteczkowego i wodoru: N₂ + 2H₂=2NH₃(reakcja odwracalna). Ta metoda otrzymywania amoniaku nazywana jest reakcją Habera. Aby azot cząsteczkowy i wodór zareagowały, muszą zostać podgrzane do 500 C lub 932 ᵒF, należy wytworzyć ciśnienie MPA 25-30. Porowate żelazo musi być obecne jako katalizator.
Odbiór w laboratorium to reakcja chlorku amonu i wodorotlenku wapnia: CA(OH)₂ + 2NH₄Cl=CaCl₂ + 2NH₄OH (ponieważ NH₄OH jest bardzo słabym związkiem, natychmiast rozkłada się na gazowy amoniak i wodę: NH₄OH=NH₃ + H₂O).
Reakcja utleniania amoniaku
Postępują ze zmianą stopnia utlenienia azotu. Ponieważ amoniak jest dobrym reduktorem, może być stosowany do redukcji metali ciężkich z ich tlenków.
Redukcja metalu: 2NH₃ + 3CuO=3Cu + N₂ + 3H₂O (Gdy tlenek miedzi(II) jest podgrzewany w obecności amoniaku, czerwona metaliczna miedź zmniejsza się).
Utlenianie amoniaku w obecności silnych środków utleniających (na przykład halogenów) zachodzi zgodnie z równaniem: 2NH₃ + 3Cl₂=N₂ + 6HCl (ta reakcja redoks wymaga ogrzewania). Po ekspozycji na nadmanganian potasu na amoniak w środowisku alkalicznym obserwuje się tworzenie azotu cząsteczkowego, nadmanganianu potasu i wody: 2NH₃ + 6KMnO₄ + 6KOH=6K₂MnO₄ + N₂ + 6H₂O.
Podczas intensywnego ogrzewania (do 1200 °C lub 2192 ᵒF) amoniak może rozkładać się na proste substancje: 2NH₃=N₂ + 3H₂. W temperaturze 1000 oC lub 1832 amoniak reaguje z metanem CH4: 2CH₄ + 2NH₃ + 3O₂=2HCN + 6H₂O (kwas cyjanowodorowy i woda). Utleniając amoniak podchlorynem sodu, hydrazyna H₂X₄ możeuzyskać: 2NH3 + NaOCl=N2H4 + NaCl + H 2O
Spalanie amoniaku i jego katalityczne utlenianie tlenem
Utlenianie amoniaku tlenem ma pewne cechy. Istnieją dwa różne rodzaje utleniania: katalityczne (z katalizatorem), szybkie (spalające).
Podczas spalania zachodzi reakcja redoks, której produktami są cząsteczkowy azot i woda: 4NH3 + 2O2=2N2 + 6H2O samozapłon amoniaku). Katalityczne utlenianie tlenem zachodzi również po podgrzaniu (około 800 ᵒC lub 1472 ᵒF), ale jeden z produktów reakcji jest inny: 4NH₃ + 5O₂=4NO + 6H₂O (w obecności platyny lub tlenków żelaza, manganu, chromu lub kob altu jak katalizatora, produktami utleniania są tlenkowy azot (II) i woda).
Rozważ jednorodne utlenianie amoniaku tlenem. Niekontrolowane, monotonne utlenianie sekcji gazowego amoniaku jest reakcją stosunkowo powolną. Nie jest to szczegółowo opisane, ale dolna granica palności mieszanin amoniak-powietrze w temperaturze 25°C wynosi około 15% w zakresie ciśnień 1-10 bar i maleje wraz ze wzrostem temperatury początkowej mieszaniny gazów.
Jeżeli CNH~ jest ułamkiem molowym NH3 w mieszaninie powietrzno-amonowej o temperaturze mieszania (OC), to z danych CNH=0,15-0 wynika że granica palności jest niska. Dlatego rozsądnie jest pracować z wystarczającym marginesem bezpieczeństwa poniżej dolnej granicypalność z reguły dane dotyczące mieszania amoniaku z powietrzem są często dalekie od ideału.
Właściwości chemiczne
Rozważ kontaktowe utlenianie amoniaku do tlenku azotu. Typowe reakcje chemiczne z amoniakiem bez zmiany stopnia utlenienia azotu:
- Reakcja z wodą: NH₃ + H₂O=NH₄OH=NH₄⁺ + he⁻ (reakcja jest odwracalna, ponieważ wodorotlenek amonu NH₄OH jest związkiem nietrwałym).
- Reakcja z kwasami w celu wytworzenia soli normalnych i kwaśnych: NH₃ + HCl=NH₄Cl (powstaje normalna sól chlorku amonu); 2NH₃ + H₂SO₄=(NH₄)₂SO₄.
- Reakcje z solami metali ciężkich tworzące kompleksy: 2NH₃ + AgCl=[Ag(NH₃)₂]Cl (złożone związki srebra (I) tworzą chlorek diaminy).
- Reakcja z haloalkanami: NH3 + CH3Cl=[CH3NH3]Cl (formy chlorowodorku metyloamonowego to podstawiony jon amonowy NH4=).
- Reakcja z metalami alkalicznymi: 2NH₃ + 2K=2KNH₂ + H₂ (tworzy amid potasu KNH₂; azot nie zmienia stopnia utlenienia, chociaż reakcja przebiega w układzie redoks). Reakcje addycji zachodzą w większości przypadków bez zmiany stopnia utlenienia (wszystkie powyższe, z wyjątkiem ostatniego, są klasyfikowane według tego typu).
Wniosek
Amoniak to popularna substancja, która jest aktywnie wykorzystywana w przemyśle. Dziś zajmuje szczególne miejsce w naszym życiu,ponieważ na co dzień korzystamy z większości jej produktów. Ten artykuł będzie użyteczną lekturą dla wielu, którzy chcą wiedzieć, co nas otacza.
