АММИАК (NH 3) - химическое соединение азота с водородом, бесцветный газ с характерным острым запахом, раздражающим слизистые оболочки. Встречается в небольших количествах в воздухе, речной и морской воде, почве, особенно в тех местах, где происходит разложение органических азотсодержащих веществ (см. Гниение).
Аммиак впервые получил английский ученый Д. Пристли(1774)при действии гашеной извести на хлористый аммоний. В 1787 году для Аммиака было предложено название «аммониак», которое сохранилось за ним в различных странах. В России в 1801 году химик Я. Д. Захаров заменил это название более коротким «аммиак».
В лабораторных условиях Аммиак получают вытеснением его из аммиака аммиачных солей растворами сильных щелочей при нагревании:
2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 → 2NH 3 + CaCl 2 + 2H 2 O.
В технике Аммиак получают синтетически по методу, разработанному немецким химиком Габером (F. Haber). Синтез Аммиака проводится следующим образом: смесь азота с водородом сжимается с помощью компрессора до 200-220 атм и под таким давлением пропускается через контактный аппарат, содержащий катализатор (железо с добавкой окисей алюминия и калия). После прохождения над катализатором газы, содержащие около 10% а, поступают в охладитель, а затем в ряде аппаратов Аммиак поглощается водой.
При наличии дешевой электроэнергии, необходимой для создания высокой температуры, аммиак синтезируют по цианамидному методу, основанному на взаимодействии атмосферного азота и карбида кальция. При высокой температуре оба вещества реагируют друг с другом с образованием кальций-цианамида, который при действии перегретого водяного пара и давлении 6 атм легко распадается с образованием аммиака.
Плотность Аммиака при t° 0° и давлении 760 мм ртутного столба (1 атм) равна 0,589. Масса 1 л - 0,771 г. При давлении 7 атм и комнатной температуре Аммиак находится в жидком состоянии. При давлении в 1 атм при охлаждении до t° - 40° сжижается. При охлаждении до t° - 75° кристаллизуется. Аммиак хорошо адсорбируется активированным углем. Хорошо растворим в воде. В одном объеме воды при комнатной температуре растворяется 750 объемов аммиака. В насыщенном водном растворе содержится 33% аммиака. Раствор Аммиака в воде называется «нашатырным спиртом». С водой аммиак образует очень непрочное соединение - гидрат окиси аммония (NH 4 OH), представляющее собой слабое основание.
Из водного раствора Аммиака легко выделяется, особенно при нагревании; горит в кислороде с образованием воды и азота:
4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O;
в присутствии катализаторов окисляется до окиси азота.
Раствор Аммиака в воде имеет слабощелочную реакцию, так как в нем содержатся гидроксильные ионы (ОН -). Последние возникают благодаря тому, что некоторая часть молекул аммиака соединяется с водородными ионами воды: NH 3 + НОН = NH +4 + OH - . Часть гидроксильных ионов связывается с ионами аммония, образуя гидрат окиси аммония NH +4 + OH - = NH 4 OH. Отсюда следует, что раствор аммиака содержит одновременно молекулы аммиака, ионы NH +4 и ОН - . Однако главная масса растворенного аммиака находится в виде молекул.
Жидкий аммиак при испарении поглощает большое количество тепла (327 кал на 1 г), благодаря чему его применяли в холодильном деле. Особенно велико значение аммиака как источника получения азотной кислоты и ее солей. Синтез Аммиака с использованием атмосферного азота, количество которого практически неисчерпаемо, позволяет пополнять запасы азотистых веществ в почве и делать ее более плодородной. Для использования в качестве удобрений из аммиака в больших количествах готовят сульфат аммония и азотнокислый аммоний.
В фармацевтической практике применяют нашатырный спирт различной крепости. Официнальный раствор должен содержать 10% Аммиака Этот раствор получают путем разбавления водой товарного 25% раствора аммиака.
Аммиак занимает центральное место в азотистом обмене растений. Через корневую систему аммиачные соли поступают в растения в очень незначительных количествах, так как содержание их в почве невелико. Аммиак в почве подвергается окислению в результате жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий, и образующиеся при этом соли азотистой и азотной кислот используются после предварительного образования из них аммиака для синтеза аминокислот (а из них белков) и иных азотсодержащих веществ (см. Азотистый обмен).
Аммиак образуется также в организме человека и животных. Источником его образования являются входящие в состав животных тканей аминокислоты, а также адениловая кислота. Однако содержание аммиака в тканях, крови и цереброспинальной жидкости очень незначительно (0,01-0,1 мг%). Объясняется это тем, что в тканях организма образующийся аммиак устраняется путем синтеза амидов (см.). Устранение Аммиака (в организме животных синтезируется преимущественно глутамин) является общебиологическим процессом, происходящим в микроорганизмах, растениях и организме животных. Конечным продуктом обезвреживания и устранения аммиака в организме человека является мочевина (см.).
Аммиак образуется при сокращении мышц, возбуждении нервной ткани. Образующийся при работе мышц Аммиак частично устраняется, частично же поступает в кровь. Аммиак поступает также в кровь из кишечника. Выделяется он из организма человека и животных с мочой в виде аммиачных солей (главным образом сульфата аммония). При ацидозах выделение Аммиака с мочой резко увеличивается. Главным источником аммиака мочи является глутамин, доставляемый к почкам кровью, где он дезамидируется под влиянием глутаминазы.
Количественное определение Аммиака производится по реакции нейтрализации кислоты: 2NH 3 + H 2 SO 4 → (NH 4)2SO 4 . Неиспользованную кислоту титруют раствором щелочи в присутствии индикатора - метилового оранжевого. Аммиак количественно определяют и по цветной реакции с реактивом Несслера (щелочной раствор меркурийодида калия K 2 Hg 2 I 4). Для определения Аммиака в воздухе определенный объем его протягивают с помощью аспиратора через поглотительные склянки с 10 н. раствором серной кислоты, а затем определяют титрометрически или колориметрически.
Раздражающее действие аммиака и его солей используется в мед. практике. Рефлексы, возникающие при раздражении слизистых оболочек верхних дыхательных путей, способствуют возбуждению дыхательного центра, особенно при его угнетении (удушение, отравление и так далее). Вдыхание Аммиака вызывает учащение дыхания и повышение артериального давления; при действии больших концентраций, наоборот, происходит остановка дыхания и замедление пульса. Кроме того, при продолжительном действии высоких концентраций аммиака на месте применения его могут возникать воспалительные и некробиотические изменения в тканях. Аммиак обладает также дезинфицирующим действием.
Из препаратов аммиака наибольшее терапевтическое применение имеет нашатырный спирт (Solutio Ammonii caustici, Liquor Ammonii caustici, Ammonium causticum solutum, NH 4 OH) - 10% водный раствор Аммиака Прозрачная бесцветная жидкость с резким запахом аммиака. Смешивается с водой и спиртом в любых соотношениях. Нашатырный спирт вызывает раздражение рецепторов слизистых оболочек и рефлекторно возбуждает дыхательный и сосуд одвигательный центры. С этим свойством связано его применение при обморочных состояниях или отравлении алкоголем (ингаляция или прием внутрь по 5-10 капель в 100 мл воды). Действие на дыхательный центр непродолжительно, и для длительной стимуляции дыхания необходимо применение аналептиков. В хирургической практике нашатырный спирт применяют как дезинфицирующее средство для мытья рук (25 мл на 5 л теплой воды - способ Кочергина-Спасокукоцкого).
При хронических артритах и невралгиях в качестве отвлекающего средства применяют аммиачный линимент (Linimentum ammoniatum, линимент летучий, Linimentum volatile) - однородная густоватая жидкость желтовато-белого цвета с запахом аммиака. Получают взбалтыванием смеси подсолнечного масла (74 части) и олеиновой кислоты (1 часть) с раствором аммиака (25 частей).
Раствор аммиака при приеме внутрь оказывает отхаркивающий эффект (см. Нашатырно-анисовые капли).
Растворы Аммиака применяют для нейтрализации кислых токсинов при укусах насекомых, змей и каракурта (примочки или впрыскивания в место укуса). Имеются данные об использовании слабых растворов аммиака (0,1-0,2%) в качестве противовоспалительного средства при панарициях, фурункулах, абсцессах и тому подобное.
Отравления аммиака в условиях производства чаще острые и возникают лишь при аварийных случаях; хронические отравления возможны, но встречаются реже.
Порог рефлекторного действия для человека - 25 мг/м 3 . Ощущение раздражения наблюдается при 100 мг/м 3 . Работа затруднена при 140-210 мг/м 3 , невозможна - при 350 мг/м 3 и выше.
При острых отравлениях появляется насморк, першение и боль в горле, слюнотечение, осиплость голоса, гиперемия слизистых оболочек верхних дыхательных путей и глаз.
При тяжелых отравлениях присоединяется чувство стеснения и боли в груди, сильный приступообразный кашель, удушье, головная боль, боль в желудке, рвота, задержка мочи. Наступает резкое расстройство дыхания и кровообращения. Возможен ожог слизистой оболочки верхних дыхательных путей и развитие явлений воспаления легких, реже токсический отек легких. Возникает сильное возбуждение. Причиной гибели в ряде случаев является воспаление бронхов и легких. При непосредственном попадании на кожу или слизистую оболочку глаз возможен химический ожог. Последствиями перенесенного острого отравления могут быть помутнение роговицы и потеря зрения, хриплость голоса, иногда полная его потеря, хронический бронхит, активизация туберкулезного процесса.
Хрон. отравления могут развиться при постоянном воздействии невысоких концентраций Аммиака Концентрация аммиака 40 мг/м 3 является порогом хронического действия (круглосуточное воздействие). В моче отравленных животных значительно повышается содержание аммиака. При вскрытии у животных, подвергшихся отравлению, наблюдается гнойное воспаление трахеи и бронхов, воспаление легких и плеврит; патологические изменения со стороны паренхиматозных органов, по-видимому, связаны с реакцией на ожог.
Аммиак в организме быстро обезвреживается, и потому его кумулятивное действие незначительно или даже мало вероятно. При хроническом отравлении у людей наблюдается потеря обоняния, конъюнктивит, хронический катар слизистых оболочек носа, верхних дыхательных путей и бронхов.
Первая помощь: при попадании в глаза брызг аммиачных растворов следует немедленно промыть глаза проточной водой. Затем применяют вазелиновое или оливковое масло, новокаин с адреналином, сульфацил - натрий (альбуцид - натрий). При попадании на кожу брызг немедленно смыть сильной струей воды. При поражении кожи газообразным аммиаком - примочки 5% раствора уксусной или лимонной кислоты. При отравлении - свежий воздух, ингаляция подкисленного теплого пара, 10% ментол в хлороформе, легкие наркотики (кодеин, дионин - 0,01 г), кислород, тепло.
При спазме голосовой щели - местное тепло, ингаляция, атропин, по показаниям трахеотомия. Сердечные средства по показаниям. При остановке дыхания - искусственное дыхание. Лечение и профилактика отека легких (см.).
Профилактика сводится к герметизации аппаратуры и коммуникаций. При работе на опасных участках следует применять фильтрующий промышленный противогаз марки К (зеленая коробка) и систематически контролировать концентрацию Аммиака в воздухе производственных помещений.
ПДК в атмосфере производственных помещений - 20 мг/м 3 .
Аммиак может вызывать отравление в газообразном состоянии или при приемах внутрь в виде водных растворов. Клиническая картина при отравлении аммиаком (per os) сходна с той, которая наблюдается при отравлении едкими веществами, однако имеются особенности: характерен запах рвотных масс, насморк, слезотечение, сильный кашель; наблюдается парез нижних конечностей. При судебно-медицинском исследовании обращают внимание на ярко-красный цвет слизистой оболочки рта, глотки, пищевода и желудка, иногда принимающий более темную окраску. В легких наблюдается очаговая пневмония, в почках - явления острого нефрита.
При вскрытии трупа ощущается запах Аммиака, сохраняющийся в течение нескольких дней. Для судебно-химического качественного обнаружения аммиака используется способность его паров окрашивать в синий цвет красную лакмусовую бумажку и бумажку, смоченную раствором сульфата меди. Для исключения Аммиака, образующегося при гниении биол. объектов, параллельно проводится испытание с бумажкой, пропитанной раствором ацетата свинца. При этом возникает почернение в присутствии сероводорода, сопутствующего Аммиака при гниении. При посинении двух первых бумажек и потемнении третьей установление наличия поступившего в организм Аммиака химическим методом уже невозможно.
Количественное определение Аммиака при исследовании трупного материала, как правило, не может быть произведено.
Закусов В. В. Фармакология, с. 186, М., 1966; Козлов Н. Б. Аммиак, его обмен и роль в патологии, М., 1971; Машковский М. Д. Лекарственные средства, ч. 1, с. 393, М., 1972; Реми Г. Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, с. 587, М., 1972; Goodman L. S. a. Gilman A. Pharmacological basis of therapeutics, N. Y., 1970.
Алпатов И. М. Изучение токсичности газообразного аммиака, Гиг. труда и проф. заболев., № 2, с. 14, 1964; Алпатов И. М. и Михайлов В. И. Исследование токсичности газообразного аммиака, там же, № 12, с. 51, 1963; Вольфовская Р. Н. и Давыдова Г. Н. Клинические наблюдения над острыми отравлениями аммиаком, Сб. науч. работ Ленингр. ин-та гиг. труда, с. 155, 1945; Вредные вещества в промышленности, под ред. Н. В. Лазарева, ч. 2, с. 120, Л., 1971, библиогр.; Михайлов В. И. и др. Влияние малых концентраций аммиака на некоторые биохимические и физиологические показатели у человека, Гиг. труда и проф.заболев., № 10, с. 53, 1969, библиогр.
Д. Л. Фердман; В. К. Лепахин (фарм.), Е. Н. Марченко (проф.), М. Д. Швайкова (суд.).
Физические свойства.
Под обычным давлением аммиак сжижается при -33 °С и затвердевает при -78 °С. Теплота плавления NH 3 составляет 6 кДж/моль. Критическая температура аммиака 132 °С, критическое давление - 112 атм. Содержащие его баллоны должны быть окрашены в жёлтый цвет и иметь чёрную надпись "Аммиак".
Аммиак представляет собой бесцветный газ с характерным резким запахом ("нашатырного спирта"). Растворимость его в воде больше, чем всех других газов: один объём воды поглощает при 0 °С около 1200, а при 20 °С - около 700 объёмов NH 3 . Продажный концентрированный раствор имеет обычно плотность 0,91 г/см 3 и содержит 25 вес.% NH 3 (т.е. близок к составу NH 3 ·3H 2 O).
С ассоциацией жидкого аммиака связана его большая теплота испарения (23,4 кДж/моль). Так как критическая температура аммиака лежит высоко (+132 °С) и при испарении его от окружающей среды отнимается много тепла, жидкий аммиак может служить рабочим веществом холодильных машин. r по воздуху = M NH 3 / M ср.воздуха = 17 / 29 = 0,5862
Жидкий аммиак является хорошим растворителем для очень большого числа органических соединений, а также многих неорганических. Например, хорошо растворяется в жидком аммиаке элементарная сера, крепкие растворы которой имеют красный цвет [и ниже +18 °С содержат сольват S(NH 3) 2 ]. Из солей лучше других растворимы производные аммония и щелочных металлов, причём по ряду Cl-Br-I растворимость солей возрастает. Примерами могут служить следующие данные (г/100 г NH 3 при 25 °С):
|
Подобный же ход изменения растворимости галогенидов характерен и для ряда других катионов. Хорошо растворимы в жидком аммиаке также многие нитраты (и КМnO 4). Напротив, оксиды, фториды, сульфаты и карбонаты, как правило, в нём нерастворимы.
Пользуясь различием растворимости солей в жидком NH 3 и воде, можно иногда осуществлять обращение обычно наблюдаемых реакций ионного обмена. Например, равновесие по схеме:
2 AgNO 3 + BaBr 2 Ы 2 AgBr + Ba(NO 3) 2
В водной среде практически нацело смещается вправо (из-за нерастворимости АgBr), а в аммиачной среде - влево (из-за нерастворимости ВаВr 2).
Характерным свойством аммиака как ионизирующего растворителя является его резко выраженное выравнивающее влияние на диссоциацию различных электролитов. Например, несоизмеримые друг с другом по диссоциации в водной среде HClO 4 и HCN в жидком аммиаке характеризуются почти одинаковыми константами диссоциации (5·10 -3 и 2·10 -3). Соли ведут себя в жидком аммиаке как электролиты средней силы или слабые (например, К = 2·10 -3 для КВr). Хлориды обычно бывают диссоциированы несколько менее, а иодиды - несколько более, соответствующих бромидов.
Особенностью жидкого аммиака является его способность растворять наиболее активные металлы, причём последние подвергаются ионизации. Например, разбавленный раствор металлического натрия имеет синий цвет, проводит электрический ток подобно растворам электролитов и содержит катионы Na+ (cольватированные аммиаком) и анионы (NH 3) x - . Центральной частью такого сложного аниона является свободный электрон, находящийся в поляризационном взаимодействии с окружающей средой (полярон). При более высоких концентрациях Na его раствор приобретает вид бронзы и проявляет металлическую электропроводность, т. е. наряду с сольватированным аммиаком содержатся и свободные электроны. Ниже -42 °С синяя и бронзовая фазы способны сосуществовать, не смешиваясь. Длительное хранение растворов натрия в жидком аммиаке сопровождается их обесцвечиванием в результате очень медленной реакции по схеме:
2 Na + 2 NH 3 = 2 NaNH 2 + H 2 .
C цезием (растворимость 25 молей на 1000 г NH 3 при -50 °С) аналогичная реакция протекает за несколько минут.
Растворённый в аммиаке металл имеет тенденцию к отщеплению валентных электронов, что создаёт возможность проведения своеобразных реакций вытеснения. Например, пользуясь растворимостью в жидком аммиаке КСl и нерастворимостью СаСl 2 , можно осуществить выделение калия кальцием по схеме:
2 КСl + Ca ® CaCl 2 + 2 K.
Имеется интересное указание на то, что пропитка жидким аммиаком сильно повышает пластичность древесины. Это позволяет сравнительно легко придавать ей те или иные заданные формы, которые после удаления аммиака сохраняются.
Растворение аммиака в воде сопровождается выделением тепла (около 33 кДж/моль). Влияние температуры на растворимость иллюстрируется приводимыми ниже данными, показывающими число весовых частей NH 3 , поглощаемое одной весовой частью воды (под давлением аммиака, равным атмосферному):
|
Температура °С |
-30 | 0 | 10 | 30 | 50 | 80 | 100 |
| Растворимость | 2,78 | 0,87 | 0,63 | 0,40 | 0,23 | 0,15 | 0,07 |
Максимальной электропроводностью обладает при обычных условиях приблизительно 3 н раствор аммиака. Растворимость его в органических растворителях значительно меньше, чем в воде.
Химические свойства.
Образование ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму.
1. Аммиак - основание Льюиса. Его раствор в воде (аммиачная вода, нашатырный спирт) имеет щелочную реакцию (лакмус - синий; фенолфталеин - малиновый) из-за образования гидроксида аммония.
NH 3 + Н 2 O <--> NH 4 OH <--> NH 4 + + OH -
2. Аммиак реагирует с кислотами с образованием солей аммония.
NH 3 + HCl
®
NH 4 Cl
2NH 3 + H 2 SO 4
®
(NH 4) 2 SO 4
NH 3 + H 2 O + CO 2
®
NH 4 HCO 3
Аммиак - восстановитель (окисляется до N 2 +1 O или N +2 O)
1. Разложение при нагревании
2N -3 H 3 - t° ® N 2 0 + 3H 2
2. Горение в кислороде
a) без катализатора
4N -3 H 3 + 3O 2 ® 2N 2 0 + 6Н 2 O
b) каталитическое окисление (kat = Pt)
4N -3 H 3 + 5O 2 ® 4N +2 O + 6Н 2 O
3. Восстановление оксидов некоторых металлов
3Cu +2 O + 2N -3 H 3 ® 3Cu0 + N 2 0 + 3Н 2 O
При пропускании струи аммиака над нагретой CuO он окисляется до свободного азота. Окисление аммиака озоном ведёт к образованию NH 4 NO 3 . Интересно, что некоторое участие в таком окислении принимает, по-видимому, и смешанный с озоном обычный кислород.
Аммиак является хорошим горючим реактивного топлива. Подобно воде, жидкий аммиак сильно ассоциирован, главным образом за счёт образования Н-связей. Однако они сравнительно слабы (около 4,2 кДж/моль). Вязкость жидкого аммиака почти в семь раз меньше вязкости воды. Его плотность (0,68 и 0,61 г/см 3 соответственно при -33 и +20 °С) также значительно меньше, чем у воды. Электрический ток жидкий аммиак практически не проводит, так как электролитическая диссоциация по схеме:
NH 3 + NH 3 Ы NH 4 + + NH 2 -
Ничтожно мала: ионное произведение = 2·10 -33 (при -50 °С).
Выше 0 °С (под давлением) жидкий аммиак смешивается с водой в любых соотношениях. На крепких растворах воды в аммиаке при 30 °С было показано, что её ионизация мала. Так, для 9 М раствора имеем / = 1·10 -11 .
Для химической характеристики аммиака основное значение имеют реакции трёх типов: присоединения, замещения водорода и окисления.
Наиболее характерные для аммиака реакции присоединения. В частности, при действии его на многие соли легко образуются кристаллические аммиакаты состава СаСl 2 ·8NH 3 , CuSO 4 ·4NH 3 и т.п., по характеру образования и устойчивости похожие на кристаллогидраты.
При растворении аммиака в воде происходит частичное образование гидроксида аммония:
NH 3 + H 2 O Ы NH 4 OH
В этом соединении радикал аммоний (NH 4) играет роль одновалентного металла. Поэтому электролитическая диссоциация NH 4 OH протекает по основному типу:
NH 4 OH Ы NH 4 + OH"
Объединяя оба эти уравнения, получаем общее представление о равновесиях, имеющих место в водном растворе аммиака:
NH 3 + H 2 O Ы NH 4 OH Ы NH 4 + OH"
Из-за наличия этих равновесий водный раствор аммиака (часто называемый просто "аммиаком") имеет резкий запах. Ввиду того что концентрация ионов ОН" в растворе невелика, NH 4 OH рассматривается как слабое основание. Гидроксид аммония является одним из важнейших химических реактивов, разбавленные растворы которого ("нашатырный спирт") применяются также в медицине и домашнем хозяйстве (при стирке белья и выводе пятен).
Анализ данных по распределению NH 3 между водой и органическими жидкостями показывает, что в гидратированной форме находится более 90% всего растворённого в воде аммиака. Для паровой фазы над водно-аммиачным раствором установлено наличие равновесия по схеме:
2 NH 3 + H 2 O Ы 2 NH 3 ·H 2 O + 75 кДж,
Характеризующегося значением К = 1·10 -4 при 20 °С.
Атом, молекула.
Молекула NH 3 имеет структуру треугольной пирамиды с атомом азота в вершине.
Р
HNH = 107,3°.
Электроны связей Н-N довольно сильно смещены от водорода к азоту, поэтому молекула аммиака в целом характеризуется значительной полярностью.
Пирамидальная структура аммиака энергетически выгоднее плоской на 25 кДж/моль. Молекула полярна; связь N-H характеризуется энергией 389 кДж/моль, но для энергий последовательной диссоциации атомов водорода даются значения 435, 397 и 339 кДж/моль. Молекулы аммиака связаны слабыми водородными связями:
Интересным свойством молекул аммиака является их способность к структурной инверсии, т.е. к "выворачиванию наизнанку" путём прохождения атома азота сквозь образованную атомами водорода плоскость основания пирамиды. Потенциальный барьер этой инверсии равен 25 кДж/моль, осуществлять её могут лишь молекулы, достаточно богатые энергией. Скорость инверсии сравнительно невелика - она в 1000 раз меньше скорости ориентации молекул NH 3 электрическим полем.
Получение.
Перевод свободного азота воздуха в связанное состояние осуществляется главным образом путём синтеза аммиака:
N 2 + 3 H 2 Ы 2 NH 3 + 92 кДж.
Принцип смещения равновесия показывает, что наиболее выгодными для образования аммиака условиями являются возможно более низкая температура и возможно более высокое давление. Однако даже при 700 °С скорость реакции настолько мала (и следовательно, равновесие устанавливается так медленно), что не может быть и речи о её практическом использовании. Напротив, при более высоких температурах, когда равновесное состояние устанавливается быстро, ничтожно малым становится содержание аммиака в системе. Таким образом, техническое проведение рассматриваемого процесса оказывается как будто невозможным, так как, ускоряя достижение равновесия при помощи нагревания, мы одновременно смещаем его положение в невыгодную сторону.
Существует, однако, средство ускорить достижение равновесного состояния без одновременного смещения равновесия. Таким часто помогающим средством является подходящий катализатор. Подходящим катализатором является металлическое железо (с примесями Al 2 O 3 и К 2 О). Процесс обычно ведут при температуре 400-600 °С (на катализаторе) и давлениях 100-1000 атм. После выделения аммиака из газовой смеси последняя вновь вводится в цикл.
В процессе поисков катализатора для синтеза аммиака было перепробовано около 20 тыс. различных веществ. Широко применяемый железный катализатор готовится обычно нагреванием тесной смеси FeO и Fe 2 O 3 (содержащий небольшие примеси Fe, Al 2 O 3 и КОН) в атмосфере состава 3Н 2 +N 2 . Так как Н 2 S, CO, CO 2 , водяной пар и кислород быстро "отравляют" катализатор, подаваемая к нему азотоводородная смесь должна быть тщательно освобождена от них. При правильном технологическом режиме катализатор бесперебойно работает в течение нескольких лет.
Для дальнейшего развития промышленности синтетического аммиака может оказаться существенным, что при давлениях в 2000 атм и выше синтез аммиака из азотоводородной смеси хорошо идёт и без специального катализатора. Практический выход аммиака при 850 °С и 4500 атм составляет 97%. Особенно важно то обстоятельство, что при сверхвысоких давлениях наличие в исходных газах различных примесей не влияет на ход процесса.
Синтез аммиака был практически реализован в 1913 г., когда таким путём удалось получить 7 т NH 3 . В настоящее время этот синтез является основным промышленным методом получения связанного азота с ежегодной мировой выработкой, исчисляемой десятками миллионов тонн.
Помимо прямого синтеза аммиака из элементов, некоторое промышленное значение для связывания азота воздуха имеет разработанный в 1905 г. цианамидный способ . Последний основан на том, что при 1000 °С карбид кальция (получаемый прокаливанием смеси извести и угля в электрической печи) реагирует со свободным азотом по уравнению:
СаС 2 + N 2 = CaCN 2 + C + 293 кДж.
Полученный таким путём цианамид кальция (Са=N-C є N) представляет собой серый (от примеси углерода) порошок. При действии перегретого (т. е. нагретого выше 100 °С) водяного пара он разлагается с выделением аммиака:
СаСN 2 + 3 H 2 O = CaCO 3 + 2 NH 3 + 222 кДж.
Разложение цианамида кальция водой медленно протекает при обычных температурах. Поэтому им можно пользоваться как азотным удобрением, внося его в почву задолго до посева. Наличие кальция делает его особенно пригодным для подзолистых почв. "Цианамид играет роль не только азотистого, но и известкового удобрения, причём известь является бесплатным приложением к азоту" (Д.Н. Прянишников).
В лабораторного условиях NH 3 получают путём обработки твёрдого NH 4 Cl насыщенным раствором КОН. Выделившийся газ может осушен пропусканием сквозь сосуд с твёрдым КОН или со свежепрокаленным оксидом кальция (СаО). Применять для сушки H 2 SO 4 и CaCl 2 нельзя, так как аммиак образует с ними соединения.
2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 - t° ® CaCl 2 + 2NH 3 + 2Н 2 O
(NH 4) 2 SO 4 + 2KOH - t° ® K 2 SO 4 + 2NH 3 + 2Н 2 O
Аммиак можно собирать только по методу (А), т.к. он легче воздуха и очень хорошо растворим в воде.
Действие на организм.
Аммиак сильно раздражает слизистые оболочки уже при 0,5%-ном содержании его в воздухе. Острое отравление аммиаком вызывает поражения глаз и дыхательных путей, одышку и воспаление лёгких. Средствами первой помощи служат свежий воздух, обильное промывание глаз водой, вдыхание водяного пара. Хроническое отравление аммиаком вызывает расстройство пищеварения, катары верхних дыхательных путей и ослабление слуха. Предельно допустимой концентрацией NH 3 в воздухе производственных помещений считается 0,02 мг/л. Смеси аммиака с воздухом, содержащие от 16 до 28 объёмн.% аммиака взрывоопасны.
Применение.
Т.к. разложение цианамида кальция водой медленно протекает при обычных температурах, то им можно пользоваться как азотным удобрением, внося его в почву задолго до посева. Наличие кальция делает его особенно пригодным для подзолистых почв. "Цианамид играет роль не только азотистого, но и известкового удобрения, причём известь является бесплатным приложением к азоту" (Д.Н. Прянишников).
Нашатырный спирт поступающий в продажу, содержит обычно около 10% аммиака. Он находит и медицинское применение. В частности, вдыхание его паров или приём внутрь (3-10 капель на рюмку воды) используется для снятия состояния сильного опьянения. Смазывание кожи нашатырным спиртом ослабляет действие укусов насекомых. Очень разбавленным нашатырным спиртом удобно протирать окна и мыть окрашенные масляной краской полы, более крепким - удалять следы от мух, чистить серебряные или никелированные предметы.
При выводе пятен хорошие результаты дают во многих случаях следующие составы (по объёму): а) 4 части нашатырного спирта, 5 частей эфира и 7 частей винного спирта (денатурата); б) 5 частей нашатырного спирта, 2 части бензина и 10 частей винного спирта; в) 10 частей нашатырного спирта, 7 частей винного спирта, 3 части хлороформа и 80 частей бензина; г) 5 частей нашатырного спирта, 3 части ацетона и 20 частей спиртового раствора мыла.
Попавшую на одежду масляную краску рекомендуется оттирать кусочками ваты, смоченными сперва скипидаром, а затем нашатырным спиртом. Для удаления чернильного пятна обычно достаточно обработать его нашатырным спиртом и смыть водой.
Химические реактивы, лабораторное оборудование и приборы - это главные составляющие любой лаборатории. Независимо от важности свойств и воздействия химреактивы всегда были и будут основой всех лабораторных исследований, опытов или экспериментов. Их огромное количество дает обширное поле для деятельности многим химикам и фармакологам. При соединении они могут превращаться как в безвредные, так и в ядовитые вещества, способные наносить серьезный вред. Хотя такие химические реактивы, как йод кристаллический, азотная кислота, аммиак водный являются опасными, их употребление в лабораторной практике имеет особую важность.
(в евр. языках - «аммониак») - это бесцветный газ, запах которого знаком каждому, даже тем, кто очень далек от химии. Он крайне острый, специфический, напоминающий запах нашатырного спирта, способный вызвать слезотечение. Аммиак очень ядовит, вдвое легче воздуха, смесь с которым взрывоопасна. Хорошо смешивается со спиртом и некоторыми другими органическими растворителями во всех соотношениях. При температуре 10 °C он сгущается в жидкость, кипящую при 33,7 °C. Этот химический реактив легко растворяется в воде с активным выделением тепла. Данный раствор называется аммиак водный или аммиачная вода. В пищевой промышленности - как добавка E527.
Раствор аммиака не совместим с:
- органическими кислотами;
- солями валентных металлов;
- крахмалом;
- солями ртути;
- йодом и др..
В переводе с греческого он означает амонова соль, - так в древности называли нашатырь. Аммиак был открыт британским химиком Д. Пристлеем, который известен как первооткрыватель кислорода и углекислого газа. Именно он назвал этот газ «щелочным воздухом или летучей щелочью», так как водный раствор аммиака обладал всеми свойствами и признаками щелочи. Благодаря французскому химику Бертолле он получил официальный термин «нашатырь». Это определение употребляется во многих западноевропейских языках.
Основной задачей данного лабораторного оборудования является дистилляция и отгонка аммиака с водяным паром, измерение массовой доли белка в пастеризованном, стерилизованном или сыром молоке, кисломолочных напитках. 
Этот аппарат состоит из:
- конической колбы;
- воронки капельной с краном;
- переходника из лабораторного стекла;
- стеклянной колбы Кьельдаля;
- Т-образной, изогнутой соединительной и резиновых трубок;
- делительной воронки;
- холодильника шарового;
- каплеуловителя;
- стеклянных деталей (соединенных резиновыми трубками).
За последние несколько десятилетий производство аммиак на мировом рынке занимает одно из лидирующих мест, составляя приблизительно 100 миллионов т. Он может выпускаться как в жидкой форме, так и в виде аммиачной воды. Сфера применения его очень обширна, но главным образом это охватывает промышленность и медицину.
1. Промышленность:
- получение азотной кислоты для производства искусственных удобрений;
- изготовление солей аммония, уротропина, мочевины;
- для нейтрализации кислотных отходов;
- применение как дешевый хладагент при производстве холодильников;
- получение синтетических волокон (нейлона, капрона);
- при очистке и крашении шерсти, шелка и хлопка.
2. Медицина. Благодаря раздражающему действию аммиак в виде водного 
раствора (нашатырный спирт) широко распространен как в медицинских учреждения, так и в быту: он раздражает слизистые оболочки верхних дыхательных путей, что способствует выведению человека из обморочного состояния, возбуждая его дыхательный центр. Однако при вдыхании аммиак может вызвать сильное слезотечение, кашель, потерю зрения, покраснение кожи и зуд, боль в глазах, иногда поражение нервной системы и отёк лёгких.
В хирургической практике раствор применяется в качестве средство для дезинфекции. Кроме того, примочки с раствором аммиака используются для нейтрализации токсинов при укусах насекомых и змей.
Аммиак - токсичный газ, смертельный яд для человека, следовательно, его использование требует соблюдения особых мер безопасности. При обращении с ним, как и с любыми другими ядовитыми газами, для защиты органов дыхания, слизистых оболочек глаз и кожи необходимо использовать респиратор, перчатки нитриловые, защитные очки, халат, а также другие резинотехнические изделия для защиты кожных покровов.
Высококачественный аппарат для аммиака можно купить в специализированном online магазине химических реактивов Москва розница «Прайм Кемикалс Групп». Всегда в наличии имеется аммиак, лабораторная посуда, мешалка магнитная и весы электронные лабораторные для работы с ним.
Широкий ассортимент приборов, аппаратов, химреактивов, оборудования и лабораторной посуды купить в Москве также можно на нашем сайте. Весь товар сертифицирован и соответствуют нормам ГОСТ.
“Prime Chemicals Group” - с нами сотрудничать надежно и выгодно!
Нитрид водорода с формулой NH 3 называется аммиаком. Это лёгкий (легче воздуха) газ с резким запахом. Строение молекулы определяет физические и химические свойства аммиака.
Молекула аммиака состоит из одного атома азота и трёх атомов водорода. Связи между атомами водорода и азота ковалентные. Молекула аммиака имеет форму тригональной пирамиды.
На 2р-орбитали азота находится три свободных электрона. С ними вступают в гибридизацию три атома водорода, образуя тип гибридизации sp 3 .
Рис. 1. Строение молекулы аммиака.
Если один атом водорода заменить углеводородным радикалом (C n H m), получится новое органическое вещество - амин. Замещаться может не только один атом водорода, но и все три. В зависимости от количества замещённых атомов различают три вида аминов:
К молекуле аммиака могут присоединиться С 2 Н 4 , С 6 Н 4 , (С 2 Н 4) 2 и другие вещества, содержащие несколько атомов углерода и водорода.
Рис. 2. Образование аминов.
У аммиака и аминов остаётся свободной пара электронов азота, поэтому свойства двух веществ схожи.
Основные физические свойства аммиака:
Аммиак сжижается при температуре -33°С и становится твёрдым при -78°С. Концентрированный раствор содержит 25 % аммиака и имеет плотность 0,91 г/см 3 . Жидкий аммиак растворяет неорганические и органические вещества, но не проводит электрический ток.
В природе аммиак выделяется при гниении и разложении органических веществ, содержащих азот (белки, мочевина).
Степень окисления азота в составе аммиака - -3, водорода - +1. При образовании аммиака водород окисляет азот, отнимая у него три электрона. За счёт оставшейся пары электронов азота и лёгкого отделения атомов водорода аммиак является активным соединением, вступающим в реакции с простыми и сложными веществами.
Основные химические свойства описаны в таблице.
|
Взаимодействие |
Продукты реакции |
Уравнение |
|
С кислородом |
Горит с образованием азота или взаимодействует с кислородом в присутствии катализатора (платины), образуя оксид азота |
4NH 3 +3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O; 4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O |
|
С галогенами |
Азот, кислота |
2NH 3 + 3Br 2 → N 2 + 6HBr |
|
Гидроксид аммония или нашатырный спирт |
NH 3 + H 2 O → NH 4 OH |
|
|
С кислотами |
Соли аммония |
NH 3 + HCl → NH 4 Cl; 2NH 3 + H 2 SO 4 → (NH 4) 2 SO 4 |
|
Замещает металл, образуя новую соль |
2NH 3 + CuSO 4 → (NH 4) 2 SO 4 + Cu |
|
|
С оксидами металлов |
Восстанавливает металл, образуется азот |
2NH 3 + 3CuO → 3Cu + N 2 + 3H 2 O |
Рис. 3. Горение аммиака.Оценка доклада
Средняя оценка: 4.3 . Всего получено оценок: 297.
Аммиак
- одно из важнейших соединений азота.
Азот, входящий в состав белков и нуклеиновых кислот, является одним из компонентов, составляющих основу жизни. Поэтому очень важно было научиться синтезировать химические соединения с азотом. Сначала использовали электричество, но этот способ оказался очень дорогим. Более простым способом явилась химическая реакция соединения азота, находящегося в воздухе, с водородом в химическое соединение - аммиак
!
Получение аммиака в промышленности связано с прямым его синтезом из простых веществ. Как уже отмечалось, источником азота служит воздух, а водород получают из воды.
3H 2 + N 2 → 2NH 3 + Q
Реакция синтеза аммиака обратима, поэтому важно подобрать условия, при которых выход аммиака в химической реакции будет наибольшим. Для этого реакцию проводят при высоком давлении (от 15 до 100 МПа). В ходе реакции объёмы газов (водорода и азота) уменьшаются в 2 раза, поэтому высокое давление позволяет увеличить количество образующегося аммиака. Катализатором в такой реакции может служить губчатое железо. При этом интересно то, что губчатое железо действует как катализатор только при температуре выше 500 0 C. Но увеличение температуры способствует распаду молекулы аммиака на водород и азот. Для избежания распада молекул, как только смесь газов проходит через губчатое железо, образовавшийся аммиак сразу охлаждают! Кроме того при сильном охлаждении аммиак превращается в жидкость.
Получение аммиака в лабораторных условиях производят из смеси твёрдого хлорида аммония (NH 4 Cl) и гашенной извести. При нагревании интенсивно выделяется аммиак.
2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 → CaCl 2 + 2NH 3 + 2H 2 O
Свойства аммиака
Аммиак при обычных условиях - газ с резким и неприятным запахом. Аммиак ядовит! При 20 0 C в воде растворяется 700 л аммиака. Полученный раствор называют аммиачной водой . Из-за такой растворимости аммиак нельзя собирать и хранить над водой.
Аммиак - активный восстановитель. Такое свойство у него за счёт атомов азота, имеющих степень окисления "-3". Восстановительные свойства азота наблюдаются при горении аммиака на воздухе. Так как для азота наиболее устойчивая степень окисления - 0, то в результате этой реакции выделяется свободный азот.
Если в реакции горения использовать катализаторы (платину Pt и оксид хрома Cr 2 O 3), то получают оксид азота.
4NH 3 + 5 O 2 → 4NO + 6H 2 O
Аммиак может восстанавливать металлы из их оксидов. Так реакцию с оксидом меди используют для получения азота.
2NH 3 + 3CuO → 3Cu + N 2 + 3H 2 O
Реакция гидроксида меди с аммиаком
Аммиак обладает свойствами оснований и щелочей . При растворении его в воде образуется ион аммония и гидроксид-ион. При этом соединения NH 4 OH - не существует! Поэтому формулу аммиачной воды лучше записать, как формулу аммиака!
Основные свойства аммиака проявляются также и в реакциях с кислотами.
NH 3 + HCl → NH 4 Cl (нашатырь)
NH 3 + HNO 3 → NH 4 NO 3 (аммиачная селитра)
Аммиак реагирует с органическими веществами. Например, искусственные аминокислоты получают с помощью реакции аммиака и A-хлорзамещёнными карбоновыми кислотами. Выделяющийся в результате реакции хлороводород (газ HCl) связывают с избытком аммиака, в результате которого образуется нашатырь (или хлорид аммония NH 4 Cl).
Многие комплексные соединения содержат в качестве лиганда аммиак . Аммиачный раствор оксида серебра, который используется для обнаружения альдегидов, представляет собой комплексное соединение - гидроксиддиаммин серебра.
Ag 2 O + 4NH 3 + H 2 O →2OH
Соли аммония
Соли аммония - твёрдые кристаллические вещества, не имеющие окраски. Почти все они растворяются в воде, и им характерны все те же свойства, которые имеют известные нам соли металлов. Они взаимодействуют со щелочами, при этом выделяется аммиак.
NH 4 Cl + KOH → KCl + NH 3 + H 2 O
При этом, если дополнительно воспользоваться индикаторной бумагой, то эту реакцию можно использовать - как качественную реакцию на соли аммония . Соли аммония взаимодействуют с другими солями и кислотами. Например,
(NH 4) 2 SO 4 + BaCl 2 → BaSO 4 + 2NH 4 Cl
(NH 4) 2 CO 3 + 2HCl 2 → 2NH 4 Cl + CO 2 + H 2 O
Соли аммония неустойчивы к нагреванию. Некоторые из них, например хлорид аммония (или нашатырь), - возгоняются (испаряются при нагревании), другие, например нитрит аммония, - разлагаются
NH 4 Cl → NH 3 + HCl
NH 4 NO 2 → N 2 + 2H 2 O
Последняя химическая реакция - разложение нитрита аммония - используется в химических лабораториях для получения чистого азота.
Аммиак - это слабое основание, поэтому соли, образованные аммиаком в водном растворе подвергаются гидролизу. В растворах этих солей имеется большое количество ионов гидроксония, поэтому реакция солей аммония - кислая!
NH 4 + + H 2 O → NH 3 + H 3 O +
Применение аммиака и его солей основано на специфических свойствах. Аммиак служит сырьём для производства азотосодержащих веществ, а также в составе солей широко применяется в качестве минеральных удобрений . Водный раствор аммиака можно купить в аптеках под названием нашатырный спирт .
