Общие сведения

• Физические свойства аммиака

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 NH₃. Продажный концентрированный раствор имеет обычно плотность 0,91 г/см³ и содержит 25 вес.% NH₃ (т.е. близок к составу NH₃·3H₂O).

При обычном давлении аммиак сжижается при -33 °С и затвердевает при -78 °С. Теплота плавления NH₃ 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"

• Химические свойства аммиака

Для молекулы аммиака характерно образование ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму с катионом водорода:

1. Аммиак - основание. Его раствор в воде (аммиачная вода, нашатырный спирт) имеет щелочную реакцию (лакмус - синий; фенолфталеин - малиновый) из-за образования гидроксида аммония.

NH₃ + Н₂O <--> NH₄OH <--> NH₄⁺ + OH^-

2. Аммиак реагирует с кислотами с образованием солей аммония.

NH₃ + HCl = NH₄Cl

2NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄

NH₃ + H₂O + CO₂ = NH₄HCO₃

Аммиак - восстановитель (окисляется до N₂⁺¹O или N⁺²O).

3. Горение в кислороде

a) без катализатора

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6Н₂O

b) каталитическое окисление (kat = Pt)

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6Н₂O

4. Восстановление оксидов некоторых металлов

3CuO + 2NH₃ = 3Cu + N₂+ 3Н₂O

При пропускании струи аммиака над нагретой CuO он окисляется до свободного азота.

• Строение молекулы аммиака

Молекула NH₃ имеет структуру треугольной пирамиды с атомом азота в вершине. Угол 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 структуры на 25 кДж/моль. Молекула полярная; связь N-H характеризуется энергией 389 кДж/моль. Молекулы аммиака связаны слабыми водородными связями

• Получение

Перевод свободного азота воздуха в связанное состояние осуществляется главным образом путём синтеза аммиака:

N₂ + 3H₂ = 2NH₃ + 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 Al₂O₃ и К₂О). 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.

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 NH₃. В настоящее время этот синтез является основным промышленным методом получения связанного азота с ежегодной мировой выработкой, исчисляемой десятками миллионов тонн.

В лабораторных условиях NH₃ получают путём обработки твёрдого NH₄Cl насыщенным раствором КОН. Выделившийся газ может быть осушен пропусканием сквозь сосуд с твёрдым КОН или со свежепрокаленным оксидом кальция (СаО). Применять для сушки H₂SO₄ и CaCl₂ нельзя, так как аммиак образует с ними соединения.

2NH₄Cl + Ca(OH)₂ = CaCl₂ + 2NH₃ + 2Н₂O

(NH₄)₂SO₄ + 2KOH = K₂SO₄ + 2NH₃ + 2Н₂O

Аммиак можно собирать только по методу (А), т.к. он легче воздуха и очень хорошо растворим в воде.

• Действие аммиака на организм человека

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 NH₃ в воздухе производственных помещений считается 0,02 мг/л. Смеси аммиака с воздухом, содержащие от 16 до 28 объёмн.% аммиака взрывоопасны.

• Применение аммиака

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.

Содержание отчета о работе:

1. Название и цель работы, оборудование и ОТ.

2. Наблюдения и уравнения реакций, которые проводились при выполнении работы оформлять в таблицу:

Опыт №___

Название опыта_________________________________________________