РАЗДЕЛ II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

9. Неметаллические элементы и их соединения. Неметаллы

9.4. Элементы VA группы

9.4.3. Аммиак

Аммиак (аммиак) - одна из важнейших соединений Азота.

Молекула с четырьмя гібридизованими sг³-орбіталями имеет форму почти правильного тетраэдра, валентные углы (H-N-H) - 107,8°. В центре расположен атом Азота, образует вершину одна гібридизована sг³-орбиталь с неразделенной парой электронов, а в углах основания (правильного треугольника) размещаются атомы Водорода:

В молекуле аммиака три очень полярные ковалентные сигма-связи. Общие электронные пары сильно смещены в сторону атома Азота, поскольку его электроотрицательности гораздо больше электроотрицательности атома Водорода. Наличие трех ковалентных связей предопределяет валентность Азота - III. При определенных условиях валентность Азота может увеличиться до IV за счет образования четвертой ковалентної пары по донорно-акцепторным механизмом:

Физические свойства и физиологическое действие аммиака

При стандартных условиях аммиак - бесцветный газ с резким специфическим запахом. Такой же запах имеют и водные растворы аммиака, которые называют аммиачной водой (w(NH₃) > 10 %) и нашатирнім спиртом¹ (w(NH₃) = 3-10%). При температуре -33,4 °С аммиак превращается в жидкость, а при температуре -77,8 °С затвердевает. В жидком состоянии молекулы аммиака образуют ассоциаты за счет водородных связей. Аммиак легче воздуха в 1,7 раза, очень хорошо растворяется в воде (1 : 1200 при 0°С). Высокую растворимость в воде объясняют образованием водородных связей молекул аммиака с молекулами воды:

Аммиак - очень токсичное вещество (душное и нейротропного действия). Он вызывает очень раздражает слизистые, кожу (химический ожог), отек легких и тяжелое поражение нервной системы. Через быстрое испарение при контакте с кожей жидкий аммиак и его растворы могут привести к обморожению.

Извлечения аммиака

В лаборатории аммиак получают нагреванием солей аммония со щелочами:

Так как аммиак легче воздуха, его собирают в сосуд, перевернутый вверх дном.

В промышленности аммиак получают взаимодействием азота с водородом. Реакцию осуществляют при температуре 450-500 °С и давлении 200-300 атм., катализатор - Fe с примесями К₂O, Аl₂O₃:

Необходимый для реакции азот добывают из воздуха, а водород - конверсией метана с водяным паром:

Химические свойства аммиака

Аммиак имеет основные свойства, которые проявляются в реакциях с водой и кислотами:

а) с водой:

Образуется нашатырный спирт. Наличие гидроксид-ионов обусловливает щелочную среду. Установлено, что при стандартных условиях в реакцию вступает не более 1 % растворенного аммиака;

б) с кислотами (образуются соли аммония):

При взаимодействии аммиака с многоосновными кислотами могут образовываться и кислые соли:

Восстановительные свойства аммиака объясняются тем, что Азот в молекуле аммиака имеет самую низкую степень окисления (-3). Поэтому аммиак может быть восстановителем (образуется N₂ или NO):

а) аммиак горит (зеленоватым пламенем) только в атмосфере кислорода:

Если же реакция происходит при наличии катализатора (Pt), то образуется не азот, а азот(II) оксид. Эту реакцию называют каталитическим окисненням аммиака:

б) аммиак реагирует и с другими окислителями:

в) аммиак восстанавливает некоторые металлы из оксидов соответствующих металлических элементов:

Применение аммиака

Аммиак широко используется в различных отраслях промышленности, в медицине, технике, сельском хозяйстве:

• для добывания азотной кислоты, добывания соды (аммиачный метод), взрывчатых веществ, для синтеза пластмасс и искусственных волокон (капрона);

• в производстве минеральных удобрений (нитратов, аммоний сульфата, мочевины (NH₂)₂CO);

• в качестве хладагента в промышленных холодильниках.

Аммиак входит в состав моющих средств для стирки белья, чистки стекол, ковров и ювелирных изделий; жидкий аммиак используют как растворитель.

Нашатырный спирт применяют в медицине, для возбуждения дыхания в бессознательном состоянии (стимуляция дыхательного и сосудодвигательного центров головного мозга)².

________________________________________________________________

¹ Название «нашатырный спирт» не следует путать с термином «нашатырь» - тривиальным названием аммоний хлорида.

² Поднеся к ноздрям кусочек ваты, смоченной нашатырным спиртом.