Amoniak jest gazem o doskonałej rozpuszczalności w wodzie: w jednym litrze można rozpuścić do 700 litrów związku gazowego. W efekcie powstaje nie tylko hydrat amoniaku, ale także cząstki grup hydroksylowych, a także amon. Jest to jon powstały w wyniku oddziaływania cząsteczek gazu i odszczepionych od wody protonów wodoru. W naszym artykule rozważymy jego właściwości i zastosowania w przemyśle, medycynie i życiu codziennym.
Jak powstają cząsteczki amonu
Jednym z najpopularniejszych typów wiązań chemicznych, charakterystycznym zarówno dla związków nieorganicznych, jak i substancji organicznych, jest wiązanie kowalencyjne. Może być utworzony zarówno przez nakładanie się chmur elektronowych o przeciwnym rodzaju rotacji - spin, jak i za pomocą mechanizmu dawcy-akceptora. W ten sposób powstaje amon, którego wzór to NH4+. W tym przypadku wiązanie chemiczne tworzy się za pomocą swobodnej orbity jednego atomui chmura elektronów zawierająca dwa elektrony. Azot dostarcza jonowi własną parę cząstek ujemnych, a proton wodoru ma wolny orbital 1s. W momencie zbliżenia się dwóch elektronów chmura azotu staje się dla niego wspólna i atom H. Struktura ta nazywana jest molekularną chmurą elektronów, w której powstaje czwarte wiązanie kowalencyjne.
Mechanizm akceptora dawcy
Cząstka dostarczająca parę elektronów nazywana jest dawcą, a neutralny atom, który oddaje pustą komórkę elektronową, nazywa się akceptorem. Powstałe wiązanie nazywane jest dawcą-akceptorem lub koordynacją, nie zapominając, że jest to szczególny przypadek klasycznego wiązania kowalencyjnego. Jon amonowy, którego wzór to NH4+ zawiera cztery wiązania kowalencyjne. Spośród nich trzy, które łączą atomy azotu i wodoru, to zwykłe związki kowalencyjne, a ostatni to wiązanie koordynacyjne. Niemniej jednak wszystkie cztery gatunki są sobie absolutnie równoważne. Podobnie przebiega oddziaływanie między cząsteczkami wody i jonami Cu2+. W tym przypadku powstaje makrocząsteczka krystalicznego siarczanu miedzi.
Sole amonowe: właściwości i produkcja
W reakcji addycji oddziaływanie jonu wodorowego i amoniaku skutkuje utworzeniem jonu NH4+. Cząsteczka NH3 zachowuje się jak akceptor, dlatego ma wyraźne właściwości zasadowe. Reakcja z kwasami nieorganicznymi prowadzi do pojawienia się cząsteczek soli: chlorku, siarczanu, azotanu amonu.
NH3 + HCl=NH4Cl
Proces rozpuszczania amoniaku w wodzie prowadzi również do powstania jonu amonowego, który można otrzymać za pomocą równania:
NH3 + H2O=NH4+ + OH-
W rezultacie stężenie cząstek hydroksylowych wzrasta w wodnym roztworze amoniaku, zwanego również wodorotlenkiem amonu. Prowadzi to do tego, że odczyn ośrodka staje się zasadowy. Można go określić za pomocą wskaźnika - fenoloftaleiny, która zmienia barwę z bezbarwnej na malinową. Większość związków ma postać bezbarwnych substancji krystalicznych, łatwo rozpuszczalnych w wodzie. W wielu swoich przejawach przypominają sole aktywnych metali: litu, sodu, rubidu. Największe podobieństwa można znaleźć między solami potasowymi i amonowymi. Wyjaśnia to podobne rozmiary promieni jonów potasu i NH4+. Po podgrzaniu rozkładają się, tworząc gazowy amoniak.
NH4Cl=NH3 + HCl
Reakcja jest odwracalna, ponieważ jej produkty mogą ponownie oddziaływać ze sobą, tworząc sól amonową. Po podgrzaniu roztworu chlorku amonu cząsteczki NH3 natychmiast odparowują, dzięki czemu słychać zapach amoniaku. Dlatego jakościową reakcją na jon amonowy jest termiczny rozkład jego soli.
Hydroliza
Woda amoniakalna wykazuje właściwości słabej zasady, dlatego sole zawierające cząsteczki NH4+ ulegają procesowi wymiany z wodą – hydrolizie. Roztwory chlorku lub siarczanu amonu mają lekko kwaśną reakcję, ponieważ w nichgromadzi się nadmiar kationów wodorowych. Jeśli dodasz do nich zasadę, na przykład wodorotlenek sodu, wówczas cząsteczki hydroksylowe będą wiązać protony wodoru, tworząc cząsteczki wody. Na przykład hydroliza chlorku amonu jest reakcją wymiany soli i wody, prowadzącą do powstania słabego elektrolitu – NH4OH.
Cechy termicznego rozkładu soli amonowych
Większość związków z tej grupy po podgrzaniu tworzy gazowy amoniak, sam proces jest odwracalny. Jeśli jednak sól ma wyraźne właściwości utleniające, na przykład azotan amonu jest jednym z nich, to po podgrzaniu rozkłada się nieodwracalnie na tlenek azotu i wodę. Ta reakcja jest reakcją redoks, w której jon amonowy jest czynnikiem redukującym, a anion reszty kwasowej kwasu azotanowego jest czynnikiem utleniającym.
Wartość związków amoniaku
Zarówno sam amoniak, jak i większość jego soli ma szerokie zastosowanie w przemyśle, rolnictwie, medycynie i życiu codziennym. Przy niskim ciśnieniu (około 7–8 atm.) gaz szybko upłynnia się, pochłaniając dużą ilość ciepła. Dlatego jest stosowany w agregatach chłodniczych. W laboratoriach chemicznych wodorotlenek amonu jest używany jako słaba lotna zasada dogodna do eksperymentów. Większość amoniaku jest wykorzystywana do otrzymywania kwasu azotanowego i jego soli - ważnych nawozów mineralnych - azotanów. Azotan amonu ma szczególnie wysoką zawartość azotu. Wykorzystywany jest również w pirotechnice oraz w pracach rozbiórkowych dla produkcjimateriały wybuchowe - amonale. Amoniak, czyli chlorek amonu, znalazł zastosowanie w ogniwach galwanicznych, w produkcji tkanin bawełnianych oraz w procesach lutowania metali.
Substancja w tym przypadku przyspiesza usuwanie warstw tlenków na powierzchni metalu, które są przekształcane w chlorki lub ulegają redukcji. W medycynie amoniak, który ma ostry zapach, jest używany jako środek przywracający przytomność po omdleniu.
W naszym artykule zbadaliśmy właściwości i zastosowanie wodorotlenku amonu i jego soli w różnych gałęziach przemysłu i medycynie.
