Unul dintre cei mai importanți compuși de azot este amoniacul. Conform proprietăților sale fizice, este un gaz incolor cu un miros ascuțit, sufocant (acesta este mirosul unei soluții apoase de hidroxid de amoniu NH₃·H₂O). Gazul este foarte solubil în apă. În soluție apoasă, amoniul este o bază slabă. Este unul dintre cele mai importante produse ale industriei chimice.
NH₃ este un bun reducător, deoarece în molecula de amoniu, azotul are cea mai scăzută stare de oxidare -3. Multe caracteristici ale amoniacului sunt determinate de o pereche de electroni unici în atomul de azot - reacțiile de adiție cu amoniacul apar datorită prezenței sale (această pereche de electroni simple se află pe orbita liberă a Protonului H⁺).
Cum să obțineți amoniac
Există două metode practice principale de obținere a amoniacului: una în laborator, ceal altă în industrie.
Luați în considerare producția de amoniac în industrie. Interacțiunea azotului molecular și a hidrogenului: N₂ + 2H₂=2NH₃(reacție reversibilă). Această metodă de obținere a amoniacului se numește reacția Haber. Pentru ca azotul molecular și hidrogenul să reacționeze, acestea trebuie încălzite la 500 ᵒC sau 932 ᵒF, trebuie să se creeze o presiune MPA de 25-30. Fierul poros trebuie să fie prezent ca catalizator.
Primirea în laborator este o reacție între clorura de amoniu și hidroxidul de calciu: CA(OH)₂ + 2NH₄Cl=CaCl₂ + 2NH₄OH (deoarece NH₄OH este un compus foarte slab, se descompune imediat în amoniac gazos și apă:=NH₄OH: NH₃ + H₂O).
Reacția de oxidare a amoniacului
Ele procedează cu o schimbare a stării de oxidare a azotului. Deoarece amoniacul este un bun reducător, poate fi folosit pentru a reduce metalele grele din oxizii lor.
Reducerea metalelor: 2NH₃ + 3CuO=3Cu + N₂ + 3H₂O (Când oxidul de cupru (II) este încălzit în prezența amoniacului, metalul de cupru roșu scade).
Oxidarea amoniacului în prezența agenților oxidanți puternici (de exemplu, halogeni) are loc conform ecuației: 2NH₃ + 3Cl₂=N₂ + 6HCl (această reacție redox necesită încălzire). Când este expus la permanganat de potasiu pe amoniac în mediu alcalin, se observă formarea de azot molecular, permanganat de potasiu și apă: 2NH₃ + 6KMnO₄+ 6KOH=6K₂MnO₄+ N₂ + 6H₂O.
Când este încălzit intens (până la 1200 °C sau 2192 ᵒF), amoniacul se poate descompune în substanțe simple: 2NH₃=N₂ + 3H₂. La 1000 oC sau 1832 amoniacul reacționează cu metanul CH4: 2CH₄ + 2NH₃ + 3O₂=2HCN + 6H₂O (acid cianhidric și apă). Prin oxidarea amoniacului cu hipoclorit de sodiu, hidrazina H₂X₄ poateobține: 2NH3 + NaOCl=N2H4 + NaCl + H 2O
Arderea amoniacului și oxidarea sa catalitică cu oxigen
Oxidarea amoniacului cu oxigen are anumite caracteristici. Există două tipuri diferite de oxidare: catalitică (cu catalizator), rapidă (ardere).
La ardere, are loc o reacție redox, ai cărei produse sunt azotul molecular și apa: 4NH3 + 2O2=2N2 + 6H2O autoaprinderea amoniacului). Oxidarea catalitică cu oxigen are loc și la încălzire (aproximativ 800 ᵒC sau 1472 ᵒF), dar unul dintre produșii de reacție este diferit: 4NH₃ + 5O₂=4NO + 6H₂O (în prezența platinei sau a oxizilor de fier, mangan, crom sau cob alt). un catalizator, produșii de oxidare sunt oxid de azot (II) și apă).
Luați în considerare oxidarea omogenă a amoniacului cu oxigen. Oxidarea monotonă necontrolată a secțiunii de gaz amoniac este o reacție relativ lentă. Nu este raportată în detaliu, dar limita inferioară de inflamabilitate a amestecurilor de amoniac-aer la 25 °C este de aproximativ 15% în intervalul de presiune de 1-10 bar și scade pe măsură ce temperatura inițială a amestecului de gaz crește.
Dacă CNH~ este fracția molară a NH3 într-un amestec aer-amoniac cu o temperatură t amestecat (OC), atunci din datele CNH=0,15-0 rezultă că limita de inflamabilitate este scăzută. Prin urmare, este rezonabil să lucrați cu o marjă suficientă de siguranță sub limita inferioarăinflamabilitate, de regulă, datele despre amestecarea amoniacului cu aerul sunt adesea departe de a fi perfecte.
Proprietăți chimice
Luați în considerare oxidarea de contact a amoniacului la oxid nitric. Reacții chimice tipice cu amoniac fără modificarea stării de oxidare a azotului:
- Reacția cu apa: NH₃ + H₂O=NH₄OH=NH₄⁺ + he⁻ (reacția este reversibilă deoarece hidroxidul de amoniu NH₄OH este un compus instabil).
- Reacția cu acizii pentru a forma săruri normale și acide: NH₃ + HCl=NH₄Cl (se formează sarea normală de clorură de amoniu); 2NH₃ + H₂SO₄=(NH₄)₂SO₄.
- Reacții cu sărurile metalelor grele pentru a forma complecși: 2NH₃ + AgCl=[Ag(NH₃)₂]Cl (compuși complecși de argint (I) forme de clorură de diamină).
- Reacția cu haloalcani: NH3 + CH3Cl=[CH3NH3]Cl (formele de clorhidrat de metilamoniu sunt ionul de amoniu substituit NH4=).
- Reacția cu metale alcaline: 2NH₃ + 2K=2KNH₂ + H₂ (formă amida de potasiu KNH₂; azotul nu modifică starea de oxidare, deși reacția este redox). Reacțiile de adiție apar în majoritatea cazurilor fără modificarea stării de oxidare (toate cele de mai sus, cu excepția ultimei, sunt clasificate după acest tip).
Concluzie
Amoniacul este o substanță populară care este utilizată activ în industrie. Astăzi ocupă un loc special în viața noastră,deoarece folosim majoritatea produselor sale în fiecare zi. Acest articol va fi o lectură utilă pentru mulți care doresc să afle despre ceea ce ne înconjoară.
