Nh3 это продукт реакции какой
Аммиак
Строение молекулы и физические свойства
В молекуле аммиака NH3 атом азота соединен тремя одинарными ковалентными полярными связями с атомами водорода:
Геометрическая форма молекулы аммиака — правильная треугольная пирамида. Валентный угол H-N-H составляет 107,3о:
У атома азота в аммиаке на внешнем энергетическом уровне остается одна неподеленная электронная пара. Эта электронная пара оказывает значительное влиение на свойства аммиака, а также на его структуру. Электронная структура аммиака — тетраэдр , с атомом азота в центре:
Аммиак – бесцветный газ с резким характерным запахом. Ядовит. Весит меньше воздуха. Связь N-H — сильно полярная, поэтому между молекулами аммиака в жидкой фазе возникают водородные связи. При этом аммиак очень хорошо растворим в воде, т.к. молекулы аммиака образуют водородные связи с молекулами воды.
Способы получения аммиака
В лаборатории аммиак получают при взаимодействии солей аммония с щелочами. Поскольку аммиак очень хорошо растворим в воде, для получения чистого аммиака используют твердые вещества.
Например, аммиак можно получить нагреванием смеси хлорида аммония и гидроксида кальция. При нагревании смеси происходит образование соли, аммиака и воды:
2NH4Cl + Са(OH)2 → CaCl2 + 2NH3 + 2Н2O
Тщательно растирают ступкой смесь соли и основания и нагревают смесь. Выделяющийся газ собирают в пробирку (аммиак — легкий газ и пробирку нужно перевернуть вверх дном). Влажная лакмусовая бумажка синеет в присутствии аммиака.
Видеоопыт получения аммиака из хлорида аммония и гидроксида кальция можно посмотреть здесь.
Еще один лабораторный способ получения аммиака – гидролиз нитридов.
Например, гидролиз нитрида кальция:
Ca3N2 + 6H2O → ЗСа(OH)2 + 2NH3
В промышленности аммиак получают с помощью процесса Габера: прямым синтезом из водорода и азота.
N2 + 3Н2 ⇄ 2NH3
Процесс проводят при температуре 500-550оС и в присутствии катализатора. Для синтеза аммиака применяют давления 15-30 МПа. В качестве катализатора используют губчатое железо с добавками оксидов алюминия, калия, кальция, кремния. Для полного использования исходных веществ применяют метод циркуляции непровзаимодействовавших реагентов: не вступившие в реакцию азот и водород вновь возвращают в реактор.
Более подробно про технологию производства аммиака можно прочитать здесь.
Химические свойства аммиака
1. В водном растворе аммиак проявляет основные свойства (за счет неподеленной электронной пары). Принимая протон (ион H+), он превращается в ион аммония. Реакция может протекать и в водном растворе, и в газовой фазе:
:NH3 + H2O ⇄ NH4+ + OH–
Таким образом, среда водного раствора аммиака – щелочная. Однако аммиак – слабое основание. При 20 градусах один объем воды поглощает до 700 объемов аммиака.
Видеоопыт растворения аммиака в воде можно посмотреть здесь.
2. Как основание, аммиак взаимодействует с кислотами в растворе и в газовой фазе с образованием солей аммония.
Например, аммиак реагирует с серной кислотой с образованием либо кислой соли – гидросульфата аммония (при избытке кислоты), либо средней соли – сульфата аммония (при избытке аммиака):
NH3 + H2SO4 → NH4HSO4
2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4
Еще один пример: аммиак взаимодействует с водным раствором углекислого газа с образованием карбонатов или гидрокарбонатов аммония:
NH3 + H2O + CO2 → NH4HCO3
2NH3 + H2O + CO2 → (NH4)2CO3
Видеоопыт взаимодействия аммиака с концентрированными кислотами – азотной, серной и и соляной можно посмотреть здесь.
В газовой фазе аммиак реагирует с летучим хлороводородом. При этом образуется густой белый дым – это выделяется хлорид аммония.
NH3 + HCl → NH4Cl
Видеоопыт взаимодействия аммиака с хлороводородом в газовой фазе (дым без огня) можно посмотреть здесь.
3. В качестве основания, водный раствор аммиака реагирует с растворами солей тяжелых металлов, образуя нерастворимые гидроксиды.
Например, водный раствор аммиака реагирует с сульфатом железа (II) с образованием сульфата аммония и гидроксида железа (II):
FeSO4 + 2NH3 + 2H2O → Fe(OH)2 + (NH4)2SO4
4. Соли и гидроксиды меди, никеля, серебра растворяются в избытке аммиака, образуя комплексные соединения – аминокомплексы.
Например, хлорид меди (II) реагирует с избытком аммиака с образованием хлорида тетрамминомеди (II):
4NH3 + CuCl2 → [Cu(NH3)4]Cl2
Гидроксид меди (II) растворяется в избытке аммиака:
4NH3 + Cu(OH)2 → [Cu(NH3)4](OH)2
5. Аммиак горит на воздухе, образуя азот и воду:
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O
Если реакцию проводить в присутствии катализатора (Pt), то азот окисляется до NO:
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
6. За счет атомов водорода в степени окисления +1 аммиак может выступать в роли окислителя, например в реакциях с щелочными, щелочноземельными металлами, магнием и алюминием. С металлами реагирует только жидкий аммиак.
Например, жидкий аммиак реагирует с натрием с образованием амида натрия:
2NH3 + 2Na → 2NaNH2 + H2
Также возможно образование Na2NH, Na3N.
При взаимодействии аммиака с алюминием образуется нитрид алюминия:
2NH3 + 2Al → 2AlN + 3H2
7. За счет азота в степени окисления -3 аммиак проявляет восстановительные свойства. Может взаимодействовать с сильными окислителями — хлором, бромом, пероксидом водорода, пероксидами и оксидами некоторых металлов. При этом азот окисляется, как правило, до простого вещества.
Например, аммиак окисляется хлором до молекулярного азота:
2NH3 + 3Cl2 → N2 + 6HCl
Пероксид водорода также окисляет аммиак до азота:
2NH3 + 3H2O2 → N2 + 6H2O
Оксиды металлов, которые в электрохимическом ряду напряжений металлов расположены справа — сильные окислители. Поэтому они также окисляют аммиак до азота.
Например, оксид меди (II) окисляет аммиак:
2NH3 + 3CuO → 3Cu + N2 + 3H2O
Источник
Аммиак – NH3
Аммиак
(в европейских языках его название звучит как «аммониак») своим
названием обязан оазису Аммона в Северной Африке, расположенному на
перекрестке караванных путей. В жарком климате мочевина (NH2)2CO,
содержащаяся в продуктах жизнедеятельности животных, разлагается
особенно быстро. Одним из продуктов разложения и является аммиак. По
другим сведениям, аммиак получил своё название от древнеегипетского
слова амониан. Так называли людей, поклоняющихся богу Амону. Они во время своих ритуальных обрядов нюхали нашатырь NH4Cl, который при нагревании испаряет аммиак.
1. Строение молекулы
Молекула аммиака имеет форму тригональной пирамиды с
атомом азота в вершине. Три неспаренных
p-электрона атома азота участвуют в образовании полярных ковалентных
связей с 1s-электронами трёх атомов водорода (связи N−H), четвёртая пара
внешних электронов является неподелённой, она может образовать
донорно-акцепторную связь с ионом водорода, образуя ион аммония NH4+.
Вид химической связи: ковалентная полярная, три одинарные σ – сигма связи N-H
2. Физические свойства аммиака
При нормальных условиях
— бесцветный газ с резким характерным запахом (запах нашатырного спирта), почти
вдвое легче воздуха, ядовит. По
физиологическому действию на организм относится к группе веществ удушающего и
нейротропного действия, способных при ингаляционном поражении вызвать
токсический отёк лёгких и тяжёлое поражение нервной системы. Пары аммиака сильно раздражают
слизистые оболочки глаз и органов дыхания, а также кожные покровы. Это мы и
воспринимаем как резкий запах. Пары аммиака вызывают обильное слезотечение,
боль в глазах, химический ожог конъюктивы и роговицы, потерю зрения, приступы
кашля, покраснение и зуд кожи. Растворимость NH3 в воде чрезвычайно
велика — около 1200 объёмов (при 0 °C) или 700 объёмов (при 20 °C) в объёме
воды.
3. Получение аммиака
В лаборатории | В |
Для получения аммиака в лаборатории NH4Cl (NH4)2SO4 Внимание! Гидроксид аммония неустойчивое основание, При получении аммиака держите пробирку – приёмник дном кверху, так как аммиак легче воздуха: | Промышленный способ получения аммиака N2(г) + 3H2(г) ↔ 2NH3(г) Условия: катализатор температура давление Это так называемый процесс Габера (немецкий |
4. Химические свойства аммиака
Для аммиака характерны реакции:
- с
изменением степени окисления атома азота (реакции окисления) - без
изменения степени окисления атома азота (присоединение)
Реакции N-3 → N0 → N+2 NH3 – сильный |
с кислородом 1. Горение аммиака (при нагревании) 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H20 2. Каталитическое окисление амииака (катализатор Pt – Rh, температура) 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O Видео – Эксперимент ” Окисление аммиака в |
с оксидами металлов 2 NH3 |
с сильными окислителями 2NH3 + 3Cl2 = N2 + 6HCl |
аммиак – непрочное соединение, при 2NH3↔ N2 + 3H2 |
5. Применение аммиака
По объемам производства
аммиак занимает одно из первых мест; ежегодно во всем мире получают около 100
миллионов тонн этого соединения. Аммиак выпускается в жидком виде или в виде
водного раствора – аммиачной воды, которая обычно содержит 25% NH3.
Огромные количества аммиака далее используются для получения азотной кислоты, которая идет на производство удобрений и множества других продуктов. Аммиачную воду
применяют также непосредственно в виде удобрения, а иногда поля поливают из
цистерн непосредственно жидким аммиаком. Из аммиака получают различные соли аммония, мочевину, уротропин. Его применяют также в качестве дешевого
хладагента в промышленных холодильных установках.
Аммиак используется
также для получения синтетических
волокон, например, найлона и капрона. В легкой промышленности он используется при очистке и крашении хлопка,
шерсти и шелка. В нефтехимической промышленности аммиак используют для
нейтрализации кислотных отходов, а в производстве природного каучука аммиак
помогает сохранить латекс в процессе его перевозки от плантации до завода.
Аммиак используется также при производстве соды по методу Сольве. В
сталелитейной промышленности аммиак используют для азотирования – насыщения
поверхностных слоев стали азотом, что значительно увеличивает ее твердость.
Медики
используют водные растворы аммиака (нашатырный спирт)
в повседневной практике: ватка, смоченная в нашатырном спирте, выводит человека
из обморочного состояния. Для человека аммиак в такой дозе не опасен.
ТРЕНАЖЁРЫ
Тренажёр №1 “Горение аммиака”
Тренажёр №2 “Химические свойства аммиака”
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ
№1. Осуществить превращения по схеме:
а) Азот→ Аммиак → Оксид азота (II)
б) Нитрат аммония → Аммиак → Азот
в) Аммиак → Хлорид аммония → Аммиак → Сульфат аммония
Для ОВР составить е-баланс, для РИО полные, ионные уравнения.
№2. Напишите четыре уравнения химических реакций, в результате которых образуется аммиак.
Источник
Строение молекулы NH3
Атом азота образует с атомами водорода 3 полярные ковалентные сигма-связи за счет своих трех неспаренных электронов (B(N) = III, С. О. (N) = -3). Остающаяся неподеленная пара 2s-электронов способна участвовать в образовании 4-й ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму с атомами, имеющими вакантную орбиталь
Физические свойства
При обычной температуре NH3 – бесцветный газ с резким запахом, легче воздуха в 1,7 раза. Аммиак очень легко сжижается (т. кип. -ЗЗ’С); жидкий NH3 в некоторых отношениях подобен воде – хороший полярный растворитель, вызывает ионизацию растворенных в нем веществ.
Аммиак очень хорошо растворяется в воде (при 20’С в 1 л Н2О растворяется ~ 700 л NH3).
25%-ный водный раствор называют «нашатырным спиртом».
Между молекулами NH3 и Н2О возникают водородные связи. Поэтому аммиак существует в водном растворе в виде гидрата NH3 • Н2О.
Способы получения
I. Промышленный синтез:
ЗН2 + N2 = 2NH3 + Q
Это один из важнейших процессов в химическом производстве. Реакция очень обратима; для смещения равновесия вправо необходимо очень высокое давление (до 1000 атм).
II. В лабораторных условиях аммиак получают действием щелочей на твердые соли аммония:
2NH4Cl + Са(ОН)2 = 2NH3↑ + CaCl2 + 2Н2О
Химические свойства
NH3 очень реакционноспособное вещество. Реакции с его участием многочисленны и разнообразны по механизмам протекания.
I. Газообразный аммиак взаимодействует:
с кислородом (без катализатора) 4NH3 + 3О2 = 2N2 + 6Н2О
с кислородом (в присутствии катализаторов Pt) 4NH3 + 5О2 = 4NO + 6Н2О
с галогенами 8NH3 + 3Cl2 =N2 + 6NH4Cl
с оксидами малоактивных металлов 2NH3 + ЗСuО = N2 + ЗСu + ЗН2О
II. Растворенный в воде аммиак реагирует с различными окислителями, например:
10NH3 + 6KMnO4 + 9H2SO4 = 5N2↑ + 6MnSO4 + 3K2SO4 + 24Н2О
При окислении аммиака гипохлоритом натрия получают другое водородное соединение азота – гидразин N2H4.
2NH3 + NaOCl = N2H4 + NaCl + Н2О
Образующийся при взаимодействии с водой гидрат аммиака частично диссоциирует:
NH3 + Н2О → NH3 • НОН → NH4+ + ОН-
Комплексный катион NH4+ – продукт присоединения ионов Н+ к молекуле NH3 по донорно-ак-цепторному механизму. За счет освобождающихся из молекул Н2О ионов ОН- раствор аммиака приобретает слабощелочную реакцию и проявляет свойства оснований.
Взаимодействует со всеми кислотами, например: NH3 + HNO3 = NH4NO3 нитрат аммония
2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 сульфат аммония
NH3 + H2SO4 = NH4HSO4 гидросульфат аммония
При пропускании аммиака в водные растворы солей металлов, гидроксиды которых очень плохо растворяются в воде, происходит осаждение Ме(ОН)x:
3NH3 + ЗН2О + АlСl3 = Al(OH)3↓ +3NH4Cl
Молекулы NH3 способны образовывать донорно – акцепторные связи не только с ионами Н+, но и с катионами целого ряда переходных металлов (Аg+, Сu2+, Сr3+, Со2+ и др.).
Это приводит к возникновению комплексных ионов – [Аg(NH3)2] , [Cu(NH3)4], [Cr(NH3)6] и др., которые входят в состав комплексных соединений – аммиакатов.
Благодаря образованию растворимых аммиакатов в водном растворе аммиака растворяются нерастворимые в Н2О оксиды, гидроксиды и соли металлов-комплексообразователей.
В частности, в аммиаке легко растворяются Аg2О, Cu2O, Cu(OH)2, AgCl;
Аg2О + 4NH3 + Н2О = 2 [Аg(NH3)2]OH
гидроксид диамминсеребра (I)
Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(NH3)4](OH)2 гидроксид тетраамминмеди (II)
AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]Cl хлорид диамминсеребра (I)
Аммиачные растворы Ag2O, Cu2O, Си(ОН)2 используются как реактивы в качественном анализе (обнаружение альдегидов, многоатомных спиртов).
Аммиак используют для синтеза алкиламинов, аминокислот и амидов, например:
2NH3 + С2Н5Вr → С2Н5NH2 + NH4Br этиламин
2NH3 + CH2ClCOOH → H2N-CH2-COOH + NH4Cl глицин
Соли аммония
В солях аммония катион NH4+ играет роль катиона щелочного металла (например, К+). Все соли аммония – кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. Некоторые из них окрашены за счет анионов. В водных растворах полностью диссоциируют:
NH4NO3 → NH4+ + NO3-
(NH4)2Cr2O7 → 2NH4+ + Сr2O72-
Способы получения
1. Пропускание аммиака через растворы кислот (см. хим. св-ва NH3).
2. Взаимодействие аммиака с газообразными галогеноводородами:
NH3(г.) + НВr (г.) = NH4Br (тв.)
Химические свойства
(специфические для солей аммония)
1.Сильные основания вытесняют NH3 из солей аммония:
NH4Cl + NaOH = NaCl + NH3↑ + Н2О
(NH4)2SO4 + Ba(OH)2 = BaSO4 + 2NH3↑ + 2Н2О
Это качественная реакция на ион NH4+ (выделяющийся NH3 определяют по запаху или по посинению влажной красной лакмусовой бумажки).
2. При нагревании соли аммония разлагаются:
a) при разложении солей аммония, содержащих неокисляющий анион, выделяется NH3:
NH4Cl → NH3↑ + HCl↑
(NH4)2SO4 → NH3↑ + NH4HSO4
(NH4)3PO4 → 3NH3↑ + H3PO4
(NH4)2CO3 → 2NH3↑ + CO2 + Н2О
NH4HCO3 → NH3↑ + CO2 + Н2О;
б) если соль содержит анион-окислитель, то происходит внутримолекулярное окислительно-восстановительное разложение:
NH4NO3 = N2O↑ + 2Н2О
NH4NO2 = N2↑ + 2Н2О
(NH4)2Cr2O7 = N2↑ + Cr2O3 + 4Н2О
3. В водных растворах соли аммония гидролизуются по катиону:
NH4+ + Н2О → NH3 • Н2О +H+
Источник
NH3 – одно из известнейших и полезнейших химических веществ. Оно обрело широкое применение в аграрной промышленности и не только. Отличается уникальными химическими свойствами, благодаря которым используется в различных отраслях.
Что такое NH3
Название вещества NH3 известно даже самому далекому от химии человеку. Это аммиак. Аммиак (NH3) иначе называется нитридом водорода и представляет собой при нормальных условиях бесцветный газ, обладающий ярко выраженным, характерным для данного вещества запахом. Также стоит отметить, что газ NH3 (под названием аммиак) почти в два раза легче, чем воздух!
Помимо газа, может представлять собой жидкость при температуре около 70 °С или же существовать в виде раствора (раствор аммиака). Отличительной особенностью жидкого NH3 выступает возможность растворять в себе металлы главных подгрупп I и II группы таблицы элементов Д. И. Менделеева (то есть щелочные и щелочноземельные металлы), а также магний, алюминий, европий и иттербий. В отличие от воды жидкий аммиак не взаимодействует с вышеуказанными элементами, а выступает именно в роли растворителя. Это свойство позволяет выделять металлы в исходном виде посредством испарения растворителя (NH3). На рисунке ниже можно увидеть, как выглядит растворенный в жидком аммиаке натрий.
Как выглядит аммиак с точки зрения химических связей?
Схему аммиака (NH3) и его пространственного строения наиболее наглядно показывает треугольная пирамида. Вершиной “пирамиды” аммиака является атом азота (выделен синим цветом), что видно на изображении ниже.
Атомы в веществе под названием аммиак (NH3) связаны водородными связями, как и в молекуле воды. Но очень важно помнить, что связи в молекуле аммиака слабее, чем в молекуле воды. Это объясняет то, что температуры плавления и кипения NH3 ниже, если сравнивать с H2O.
Химические свойства
Наиболее распространены 2 способа получения вещества NH3 под названием аммиак. В промышленности применяется так называемый процесс Габера, суть которого заключается в связывании азота воздуха и водорода (полученного из метана) посредством пропускания смеси данных газов при высоком давлении над нагретым катализатором.
В лабораториях синтез аммиака чаще всего основывается на взаимодействии концентрированного хлорида аммония с твердым гидроксидом натрия.
Приступим к непосредственному рассмотрению химических свойств NH3.
1) NH3 выступает в качестве слабого основания. Именно поэтому имеет место следующее уравнение, описывающее взаимодействие с водой:
NH3 + H2O = NH4+ + OH-
2) Также на основных свойствах NH3 основывается его способность реагировать с кислотами и образовывать соответствующие соли аммония:
NH3 + HNO3 = NH4NO3 (нитрат аммония)
3) Ранее говорилось о том, что определенная группа металлов растворяется в жидком аммиаке. Однако некоторые металлы также способны не просто растворяться, а образовывать соединения с NH3 под названием амиды:
Na(тв) + NH3(г) = NaNH2 + H2
Na(тв) + NH3(ж) = NaNH2 + H2 (реакция осуществляется в присутствии железа в качестве катализатора)
4) При взаимодействии NH3 с металлами Fe3+, Cr3+, Al3+, Sn4+, Sn2+ происходит образование соответствующих гидроксидов металлов и катиона аммиония:
Fe3+ + NH3 + H2O = Fe(OH)3 + NH4+
5) Результатом взаимодействия NH3 c металлами Cu2+, Ni2+, Co2+, Pd2+, Pt2+, Pt4+ чаще всего являются соответствующие комплексы металлов:
Cu2+ + NH3 + H2O = Cu(OH)2 + NH4+
Cu(OH)2 + NH3 = [Cu(NH3)4]2+ + OH-
Образование и дальнейший путь NH3 в организме человека
Хорошо известно, что неотъемлемой частью биохимических процессов в организме человека являются аминокислоты. Именно они являются основным источником NH3, вещества под названием аммиак, – результата их окислительного дезаминирования (чаще всего). К сожалению, для человеческого организма аммиак токсичен, из него легко образуется упомянутый выше катион аммония (NH4+), накапливающийся в клетках. Впоследствии происходит замедление важнейших биохимических циклов, а в итоге – падение уровня вырабатываемого АТФ.
Нетрудно догадаться, что организму необходимы механизмы связывания и обезвреживания выделяющегося NH3. На схеме ниже представлены источники и некоторые продукты связывания аммиака в человеческом организме.
Итак, говоря кратко, обезвреживание аммиака происходит через образование его транспортных форм в тканях (например, глутамин и аланин), путем экскреции с мочой, с помощью биосинтеза мочевины, что и является основным естественным способом обезвреживания NH3 в организме человека.
Применение NH3 – вещества с названием аммиак
В современности жидкий аммиак является наиболее концентрированным и дешевым азотным удобрением, что используется в сельском хозяйстве для аммонизации грубых почв и торфа. При внесении жидкого аммиака в почве происходит рост количества микроорганизмов, но при этом не наблюдается негативных последствий, как, например, от твердых удобрений. Ниже на рисунке представлена одна из возможных установок для сжижения газообразного аммиака при помощи жидкого азота.
Испаряясь, жидкий аммиак поглощает из окружающей среды много теплоты, вызывает охлаждение. Это свойство используется в холодильных установках для получения искусственного льда при хранении скоропортящихся пищевых продуктов. Кроме того, с его помощью замораживают грунт при строительстве подземных сооружений. Водные растворы аммиака находят применение в химической промышленности (является промышленным неводным растворителем), лабораторной практике (например, в роли растворителя при электрохимическом получении химических продуктов), медицине и домашнем обиходе.
Источник