Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Аміак


Аміак: вид молекули

План:


Введення

Аміак - NH 3, нітрид водню, при нормальних умовах - безбарвний газ з різким характерним запахом (запах нашатирного спирту), майже вдвічі легше повітря, ГДК 20 мг/м3 - IV клас небезпеки (малонебезпечні речовини). Розчинність NH 3 у воді надзвичайно велика - близько 1200 об'ємів (при 0 C) або 700 обсягів (при 20 C) в об'ємі води. У холодильній техніці носить назву R717, де R - Refrigerant (холодоагент), 7 - тип холодоагенту (неорганічне з'єднання), 17 - молекулярна маса.

Молекула аміаку має форму тригональной піраміди з атомом азоту в вершині. Три неспарених p-електрона атома азоту беруть участь в утворенні полярних ковалентних зв'язків з 1s-електронами трьох атомів водню (зв'язку N-H), четверта пара зовнішніх електронів є неподеленной, вона може утворити донорно-акцепторні зв'язок з іоном водню, утворюючи іон амонію NH 4 +. Завдяки тому, що не зв'язує двухелектронное хмара строго орієнтоване в просторі, молекула аміаку володіє високою полярністю, що призводить до його гарній розчинності у воді.

У рідкому аміаку молекули пов'язані між собою водневими зв'язками. Порівняння фізичних властивостей рідкого аміаку з водою показує, що аміак має більш низькі температури кипіння (t кип -33,35 C) і плавлення (t пл -77,70 C), а також більш низьку щільність, в'язкість (в'язкість рідкого аміаку в 7 разів менше в'язкості води), провідність і діелектричну проникність. Це в деякій мірі пояснюється тим, що міцність цих зв'язків в рідкому аміаку істотно нижче, ніж у води, а також тим, що в молекулі аміаку є лише одна пара неподілених електронів, на відміну від двох пар в молекулі води, що не дає можливість утворювати розгалужену мережу водневих зв'язків між декількома молекулами. Аміак легко переходить в безбарвну рідину з щільністю 681,4 кг / м , сильно заломлюючу світло. Подібно воді, рідкий аміак сильно асоційований, головним чином за рахунок утворення водневих зв'язків. Рідкий аміак практично не проводить електричний струм. Рідкий аміак - хороший розчинник для дуже великого числа органічних, а також для багатьох неорганічних сполук. Твердий аміак - безбарвні кубічні кристали.


1. Хімічні властивості

  • Завдяки наявності неподіленої електронної пари в багатьох реакціях аміак виступає як підстава Бренстеда або комплексоутворювач (не слід плутати поняття "нуклеофил" і "підстава Бренстеда". Нуклеофільність визначається спорідненістю до позитивно зарядженої частинки. Підстава має спорідненість до протону. Поняття "підстава" є окремим випадком поняття "нуклеофил"). Так, він приєднує протон, утворюючи іон амонію :
\ Mathrm {NH_3 + H ^ + \ longrightarrow NH_4 ^ +}
  • Водний розчин аміаку ("нашатирний спирт") має слаболужну реакцію через протікання процесу:
NH 3 + H 2 O → NH 4 + + OH -; K o = 1,8 10 -5
  • Взаємодіючи з кислотами дає відповідні солі амонію:
\ Mathrm {NH_3 + HNO_3 \ longrightarrow NH_4NO_3}
  • Аміак також є дуже слабкою кислотою (в 10 000 000 000 разів більш слабкою, ніж вода), здатний утворювати з металами солі - аміди. Сполуки, що містять іони NH 2 -, називаються амідами, NH 2 - - іміди, а N 3 - - нитридами. Аміди лужних металів отримують, діючи на них аміаком:
\ Mathrm {2 \ NH_3 + 2 \ K \ longrightarrow 2 \ KNH_2 + H_2}

Аміди, іміди і нітриди ряду металів утворюються в результаті деяких реакцій в середовищі рідкого аміаку. Нітриди можна отримати нагріванням металів в атмосфері азоту.

Аміди металів є аналогами гідроксидів. Ця аналогія посилюється тим, що іони ОН - і NH 2 -, а також молекули Н 2 O і NH 3 ізоелектронних. Аміди є більш сильними підставами, ніж гідроксиди, а отже, піддаються у водних розчинах необоротного гідролізу:

NaNH 2 + H 2 O → NaOH + NH 3
CaNH + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + NH 3
Zn 3 N 2 + 6H 2 O → 3Zn (OH) 2 + 2NH 3

і в спиртах:

KNH 2 + C 2 H 5 OH → C 2 H 5 OK + NH 3

Подібно водних розчинів лугів, аміачні розчини амідів добре проводять електричний струм, що обумовлено дисоціацією:

MNH 2 → M + + NH 2 -

Фенолфталеїн в цих розчинах забарвлюється в червоний колір, при додаванні кислот відбувається їх нейтралізація. Розчинність амідів змінюється в такій же послідовності, що і розчинність гідроксидів: LiNH 2 - нерозчинимо, NaNH 2 - малорастворим, KNH 2, RbNH 2 і CsNH 2 - добре розчинні.

  • При нагріванні аміак проявляє відновні властивості. Так, він горить в атмосфері кисню, утворюючи воду і азот. Окислювання аміаку повітрям на платиновому каталізаторі дає оксиди азоту, що використовується в промисловості для одержання азотної кислоти:
\ Mathrm {4 \ NH_3 + 3 \ O_2 \ longrightarrow 2 \ N_2 + 6 \ H_2O}
\ Mathrm {4 \ NH_3 + 5 \ O_2 \ longrightarrow 4 \ NO + 6 \ H_2O}

На відновної здатності NH 3 засноване застосування нашатирю NH 4 Cl для очищення поверхні металу від оксидів при їх пайку:

3CuO + 2NH 4 Cl → 3Cu + 3H 2 O +2 HCl + N 2

Окислюючи аміак гіпохлоритом натрію в присутності желатину, отримують гідразин :

\ Mathrm {4 \ NH_3 + 2NaOCl \ longrightarrow 2 \ N_2H_4 + 2NaCl + 2H_2O}
  • Галогени (хлор, йод) утворюють з аміаком небезпечні вибухові речовини - галогеніди азоту (хлористий азот, іодістий азот).
  • З галогеноалканамі аміак вступає в реакцію нуклеофільного приєднання, утворюючи заміщений іон амонію (спосіб отримання амінів):
NH 3 + CH 3 Cl → CH 3 NH 3 Cl (гідрохлорид метіламмонія)
  • При 1000 C аміак реагує з вугіллям, утворюючи синильну кислоту HCN і частково розкладаючись на азот і водень. Також він може реагувати з метаном, утворюючи ту ж саму синильну кислоту:
CH 4 + NH 3 + 1,5 O 2 → HCN + 3H 2 O

2. Історія назви

Аміак (у європейських мовах його назва звучить як "амоніаку") своєю назвою зобов'язаний оазису Амона в Північній Африці, розташованому на перехресті караванних шляхів. У жаркому кліматі сечовина (NH 2) 2 CO, що міститься в продуктах життєдіяльності тварин, розкладається особливо швидко. Одним з продуктів розкладання і є аміак. За іншими відомостями, аміак отримав свою назву від давньоєгипетського слова амоніан. Так називали людей, які поклоняються богові Амону. Вони під час своїх ритуальних обрядів нюхали нашатир NH 4 Cl, який при нагріванні випаровує аміак.


3. Рідкий аміак

Рідкий аміак, хоча і в незначній мірі, дисоціює на іони, в чому проявлется його схожість з водою :

2NH 3 → NH 4 + + NH 2 -

Константа самоіонізаціі рідкого аміаку при -50 C складає приблизно 10 -33 (моль / л) .

Рідкий аміак, як і вода, є сильним іонізуючим розчинником, в якому розчиняється ряд активних металів: лужні, лужноземельні, Mg, Al, а також Eu і Yb. Розчинність лужних металів в рідкому NH 3 становить кілька десятків відсотків. У рідкому аміаку NH 3 також розчиняються деякі інтерметаліди, що містять лужні метали, наприклад Na 4 Pb 9.

Розбавлені розчини металів в рідкому аміаку пофарбовані в синій колір, концентровані розчини мають металевий блиск і схожі на бронзу. При випаровуванні аміаку лужні метали виділяються в чистому вигляді, а лужноземельні - у вигляді комплексів з аміаком [Е (NH 3) 6] володіють металевою провідністю. При слабкому нагріванні ці комплекси розкладаються на метал і NH 3.

Розчинений в NH 3 метал поступово реагує з утворенням аміду :

2Na + 2NH 3 → 2NaNH 2 + H 2

Отримувані в результаті реакції з аміаком аміди металів містять негативний іон NH 2 -, який також утворюється при самоіонізаціі аміаку. Таким чином, аміди металів є аналогами гідроксидів. Швидкість реакції зростає при переході від Li до Cs. Реакція значно прискорюється в присутності навіть невеликих домішок H 2 O.

Металлоамміачние розчини мають металевої електропровідність, в них відбувається розпад атомів металу на позитивні іони і електрони сольватовані, оточені молекулами NH 3. Металлоамміачние розчини, в яких є вільні електрони, є найсильнішими восстановителями.


4. Комплексоутворення

Файл: TetraAmmineDAquaCopper.png
модель дігідротетраамміаката міді (II), [Cu (NH 3) 4 (H 2 O) 2] 2 +

Завдяки своїм властивостям електронодонорних, молекули NH 3 можуть входити як ліганду в комплексні сполуки. Так, введення надлишку аміаку в розчини солей d-металів призводить до утворення їх амінокомплексов:

CuSO 4 + 4NH 3 → [Cu (NH 3) 4] SO 4
Ni (NO 3) 2 + 6NH 3 → [Ni (NH 3) 6] (NO 3) 2

Комплексоутворення зазвичай супроводжується зміною забарвлення розчину, так у першій реакції блакитний колір (CuSO 4) переходить в темно-синій (забарвлення комплексу), а в другій реакції забарвлення змінюється із зеленої (Ni (NO 3) 2) в синьо-фіолетову. Найбільш міцні комплекси з NH 3 утворюють хром і кобальт в ступені окислення +3.


5. Біологічна роль

Аміак є кінцевим продуктом азотистого обміну в організмі людини і тварин. Він утворюється при метаболізмі білків, амінокислот та інших азотистих сполук. Він високо токсичний для організму, тому більша частина аміаку в ході орнітінового циклу конвертується печінкою в більш нешкідливе і менш токсична з'єднання - карбамід (сечовину). Сечовина потім виводиться нирками, причому частина сечовини може бути конвертована печінкою чи нирками назад в аміак.

Аміак може також використовуватися печінкою для зворотного процесу - ресинтезу амінокислот з аміаку і кетоаналогов амінокислот. Цей процес носить назву "відновне амінірованіе". Таким чином з щавелевоуксусной кислоти виходить аспарагінова, з α-кетоглутарової - глутамінова і т. д.


6. Фізіологічна дія

За фізіологічною дією на організм відноситься до групи речовин задушливої ​​і нейротропної дії, здатних при інгаляційному ураженні викликати токсичний набряк легенів і важке ураження нервової системи. Аміак володіє як місцевим, так і резорбтивного дією.

Пари аміаку сильно подразнюють слизові оболонки очей та органів дихання, а також шкірні покриви. Це ми й сприймаємо як різкий запах. Пари аміаку викликають рясне сльозотеча, біль в очах, хімічний опік кон'юнктиви і рогівки, втрату зору, напади кашлю, почервоніння і свербіння шкіри. При зіткненні зрідженого аміаку і його розчинів з шкірою виникає печіння, можливий хімічний опік з пухирями, виразками. Крім того, скраплений аміак при випаровуванні поглинає тепло, і при зіткненні зі шкірою виникає обмороження різного ступеня. Запах аміаку відчувається при концентрації 37 мг / м .

Гранично допустима концентрація у повітрі робочої зони виробничого приміщення становить 20 мг / м . Отже, якщо відчувається запах аміаку, то працювати без засобів захисту вже небезпечно. Роздратування зіва проявляється при вмісті аміаку в повітрі 280 мг / м , очей - 490 мг / м . При дії в дуже високих концентраціях аміак викликає ураження шкіри: 7-14 г / м - еритематозний, 21 г / м і більше - бульозний дерматит. Токсичний набряк легенів розвивається при дії аміаку протягом години з концентрацією 1,5 г / м . Короткочасний вплив аміаку в концентрації 3,5 г / м і більше швидко призводить до розвитку загальнотоксичних ефектів. Гранично допустима концентрація аміаку в атмосферному повітрі населених пунктів дорівнює: середньодобова 0,04 мг / м , максимальна разова 0,2 мг / м .

Світ максимальна концентрація аміаку в атмосфері (більше 1 мг / м ) спостерігається на Індо-гангськой рівнині, в Центральній долині США та у Південно-Казахстанській області [1].


7. Застосування

Аміак належить до найважливіших продуктів хімічної промисловості, щорічне його світове виробництво досягає 150 млн. тонн. В основному використовується для виробництва азотних добрив (нітрат і сульфат амонію, сечовина), вибухових речовин і полімерів, азотної кислоти, соди (по аммиачному методу) та інших продуктів хімічної промисловості. Рідкий аміак використовують як розчинника.

В холодильній техніці використовується як холодильного агента (R717)

В медицині 10% розчин аміаку, частіше званий нашатирним спиртом, застосовується при непритомних станах (для порушення дихання), для стимуляції блювоти, а також зовнішньо - невралгії, міозити, укуси комах, обробка рук хірурга. При неправильному застосуванні може викликати опіки стравоходу та шлунка (у разі прийому нерозведеного розчину), рефлекторну зупинку дихання (при вдиханні у високій концентрації).

Застосовують місцево, інгаляційно і всередину. Для порушення дихання і виведення хворого з непритомного стану обережно підносять невеликий шматок марлі чи вати, змочений нашатирним спиртом, до носа хворого (на 0,5-1 с). Всередину (тільки в розведенні) для індукції блювоти. При укусах комах - у вигляді примочок; при невралгіях і міозитах - розтирання аміачним лініментом. У хірургічній практиці розводять в теплій кип'яченій воді і миють руки.

Оскільки аміак є слабкою основою, при взаємодії з кислотами він їх нейтралізує.

Фізіологічна дія нашатирного спирту обумовлене різким запахом аміаку, який дратує специфічні рецептори слизової оболонки носа і сприяє порушенню дихального та судинного центрів мозку, викликаючи почастішання дихання і підвищення артеріального тиску.

Протиморозних добавка для сухих будівельних розчинів, що відноситься до прискорювачів. Рекомендоване дозування - 2 ... 8% маси компонентів сухої суміші залежно від температури застосування. Аміачна вода - продукт (NH 4 OH), що представляє собою газоподібний аміак NН 3, розчинений у воді.


8. Отримання

Промисловий спосіб отримання аміаку заснований на прямій взаємодії водню і азоту:

N 2 (г) + 3H 2 (г) 2NH 3 (г) + 91,84 до Дж

Це так званий процес Габера (німецький фізик, розробив фізико-хімічні основи методу).

Реакція відбувається з виділенням тепла і зниженням обсягу. Отже, виходячи з принципу Ле-Шательє, реакцію слід проводити при можливо низьких температурах і при високому тиску - тоді рівновага буде зміщений вправо. Однак швидкість реакції при низьких температурах мізерно мала, а при високих збільшується швидкість зворотної реакції. Проведення реакції при дуже високому тиску вимагає створення спеціального, витримує високий тиск обладнання, а значить і великих капіталовкладень. Крім того, рівновага реакції навіть при 700 C встановлюється надто повільно для практичного її використання.

Застосування каталізатора (пористе залізо з домішками Al 2 O 3 і K 2 O) дозволило прискорити досягнення рівноважного стану. Цікаво, що при пошуку каталізатора на цю роль пробували понад 20 тисяч різних речовин.

Враховуючи всі вищенаведені фактори, процес отримання аміаку проводять при наступних умовах: температура 500 C, тиск 350 атмосфер, каталізатор. Вихід аміаку при таких умовах становить близько 30%. У промислових умовах використаний принцип циркуляції - аміак видаляють охолодженням, а не прореагували азот і водень повертають в колону синтезу. Це виявляється більш економічним, ніж досягнення більш високого виходу реакції за рахунок підвищення тиску.

Для отримання аміаку в лабораторії використовують дію сильних лугів на солі амонію:

NH 4 Cl + NaOH = NH 3 ↑ + NaCl + H 2 O.

NH 4 NO 3 + NaOH = NH 3 ↑ + NaNO 3 + H 2 O.

Зазвичай лабораторним способом отримують слабким нагріванням суміші хлориду амонію з гашеним вапном. 2NH 4 Cl + Ca (OH) 2 = CaCl 2 + 2NH 3 ↑ + 2H 2 O

Для осушения аммиака его пропускают через смесь извести с едким натром.

Очень сухой аммиак можно получить, растворяя в нём металлический натрий и впоследствии перегоняя. Это лучше делать в системе, изготовленной из металла под вакуумом. Система должна выдерживать высокое давление (при комнатной температуре давление насыщенных паров аммиака около 10 атмосфер) [2]. В промышленности аммиак осушают в абсорбционных колоннах.


8.1. Расходные нормы на тонну аммиака

На производство одной тонны аммиака в России расходуется в среднем 1200 нм 3 природного газа, в Европе - 900 нм 3. [3] Подробнее [4], [5], [6], [7] (нм 3 - это нормальный кубический метр).

Белорусский "Гродно Азот" расходует 1200 нм 3 природного газа на тонну аммиака, после модернизации ожидается снижение расхода до 876 нм 3. [8]

Украинские производители потребляют от 750 нм 3 [9] до 1170 нм 3 [10] природного газа на тонну аммиака.

По технологии UHDE заявляется потребление 6,7-7,4 Гкал энергоресурсов на тонну аммиака [11].


9. Аммиак в медицине

При укусах насекомых аммиак применяют наружно в виде примочек. 10% водный раствор аммиака известен как нашатырный спирт.

Возможны побочные действия: при продолжительной экспозиции (ингаляционное применение) аммиак может вызвать рефлекторную остановку дыхания.

Местное применение противопоказано при дерматитах, экземах, других кожных заболеваниях, а также при открытых травматических повреждениях кожных покровов.

При случайном поражении слизистой оболочки глаза промыть водой (по 15 мин через каждые 10 мин) или 5 % раствором борной кислоты. Масла и мази не применяют. При поражении носа и глотки - 0,5 % раствор лимонной кислоты или натуральные соки. В случае приема внутрь пить воду, фруктовый сок, молоко, лучше - 0,5 % раствор лимонной кислоты или 1 % раствор уксусной кислоты до полной нейтрализации содержимого желудка.

Взаимодействие с другими лекарственными средствами неизвестно. ([1])


10. Производители аммиака

Производители аммиака в России

Компанія 2006, тыс. т 2007, тыс. т
ОАО "Тольяттиазот" 2 635 2 403,3
ОАО НАК "Азот" 1 526 1 514,8
ОАО "Акрон" 1 526 1 114,2
ОАО "Невинномысский азот" 1065 1 087,2
ОАО "Минудобрения" (г. Россошь) 959 986,2
КОАО "АЗОТ" 854 957,3
ОАО "Азот" 869 920,1
ОАО "Кирово-Чепецкий хим. комбинат" 956 881,1
ОАО Череповецкий "Азот" 936,1 790,6
ЗАО "Куйбышевазот" 506 570,4
ОАО "Газпром Нефтехим Салават" 492 512,8
"Минеральные удобрения" (г. Пермь) 437 474,6
ОАО "Дорогобуж" 444 473,9
ОАО "Воскресенские минеральные удобрения" 175 205,3
ОАО "Щекиноазот" 58 61,1
Итого 13 321,1 12 952,9

На долю России приходится около 9 % мирового выпуска аммиака. Россия - один из крупнейших мировых экспортеров аммиака. На экспорт поставляется около 25 % от общего объёма производства аммиака, что составляет около 16 % мирового экспорта.

Производители аммиака на Украине

Компанія 2007, тыс. т
Концерн "Стирол" 1331
Одесский припортовый завод 1 128
Северодонецкое объединение Азот 1 015
" Азот" (Черкассы) 778
"Днепроазот" 515
"Ровноазhhот" 382
Итого 5148

11. Цікаві факти

Пари нашатирного спирту здатні змінювати забарвлення квітів. Наприклад, блакитні та сині пелюстки стають зеленими, яскраво червоні - чорними. [12]

Хмари Юпітера складаються з аміаку.

Деякі квіти, не мають запаху від природи, після обробки аміаком починають пахнути. Наприклад, приємний аромат набувають айстри [12]

Примітки

  1. "Известия". Наука - www.izvestia.ru/science/article3130165/
  2. Гордон А., Форд Р. Супутник хіміка. / / Переклад на російську мову Розенберга Е. Л., Коппель С. І. - М.: Мир, 1976. - 544 с.
  3. ФАКТОРИ конкурентними на ринку аміачної-нітратні добрива - www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=6472
  4. Аміачні установки НА РОСІЙСЬКИХ ПІДПРИЄМСТВАХ - www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=5469
  5. Виробник аміаку і карбаміду В РОСІЇ (Частина I) - www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=3899
  6. Виробник аміаку і карбаміду В РОСІЇ (Частина II) - www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=3916
  7. Виробник аміаку і карбаміду В РОСІЇ (Частина III) - www.newchemistry.ru/letter.php?n_id=3945
  8. Лукашенко зажадав прискорити модернізацію "Гродно Азоту". 21.by - news.21.by/economics/2010/07/24/112853.html
  9. Селітра аміачна 095-2471996: Удар по гривні - logotekagro.blogspot.com/2011/06/blog-post.html
  10. Селітра аміачна 095-2471996: Наші хіміки - попереду російських - logotekagro.blogspot.com/2011/05/blog-post_13.html
  11. Технологія виробництва аміаку - uhde.ru/files/01_ammiak.pdf
  12. 1 2 Штучне зміна забарвлення пелюсток квітів. Дивовижний світ рослин - www.valleyflora.ru/10.html

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru