Vienas iš svarbiausių azoto junginių yra amoniakas. Pagal savo fizines savybes tai yra bespalvės dujos, turinčios aštrų, dusinantį kvapą (tai yra vandeninio amonio hidroksido NH₃·H2O tirpalo kvapas). Dujos labai gerai tirpsta vandenyje. Vandeniniame tirpale amonis yra silpna bazė. Tai vienas svarbiausių chemijos pramonės produktų.
NH₃ yra geras reduktorius, nes amonio molekulėje azotas turi mažiausią oksidacijos laipsnį -3. Daugelį amoniako charakteristikų lemia pavienių elektronų pora azoto atome – dėl jo buvimo vyksta prisijungimo reakcijos su amoniaku (ši amoniako pora yra laisvoje protono H⁺ orbitoje).
Kaip gauti amoniako
Yra du pagrindiniai praktiniai amoniako gavimo būdai: vienas laboratorijoje, kitas pramonėje.
Apsvarstykite amoniako gamybą pramonėje. Molekulinio azoto ir vandenilio sąveika: N₂ + 2H₂=2NH3(grįžtama reakcija). Šis amoniako gavimo būdas vadinamas Habero reakcija. Kad molekulinis azotas ir vandenilis reaguotų, jie turi būti kaitinami iki 500 ᵒC arba 932 ᵒF, turi būti sukurtas 25–30 MPA slėgis. Akyta geležis turi būti katalizatorius.
Laboratorijoje vyksta reakcija tarp amonio chlorido ir kalcio hidroksido: CA(OH)₂ + 2NH4Cl=CaCl2 + 2NH4OH (kadangi NH4OH yra labai silpnas junginys, jis iš karto skyla į dujinį amoniaką ir vandenį: NH₄=NH₄ NH₃ + H2O).
Amoniako oksidacijos reakcija
Jie tęsiasi keičiantis azoto oksidacijos būsenai. Kadangi amoniakas yra geras reduktorius, jį galima naudoti sunkiųjų metalų oksidams redukuoti.
Metalų redukcija: 2NH₃ + 3CuO=3Cu + N2 + 3H2O (kaitinant vario(II) oksidą, esant amoniakui, sumažėja raudonojo vario metalo kiekis).
Amoniako oksidacija esant stiprioms oksiduojančioms medžiagoms (pavyzdžiui, halogenams) vyksta pagal lygtį: 2NH₃ + 3Cl₂=N₂ + 6HCl (šią redokso reakciją reikia kaitinti). Veikiant kalio permanganatu ant amoniako šarminėje terpėje, susidaro molekulinis azotas, kalio permanganatas ir vanduo: 2NH₃ + 6KMnO4+ 6KOH=6K2MnO4+ N₂ + 6H₂O.
Intensyviai kaitinant (iki 1200 °C arba 2192 ᵒF), amoniakas gali suskaidyti į paprastas medžiagas: 2NH₃=N₂ + 3H₂. 1000 oC arba 1832 laipsnių temperatūroje amoniakas reaguoja su metanu CH4: 2CH₄ + 2NH₃ + 3O2=2HCN + 6H2O (vandenilio rūgštis ir vanduo). Oksiduojant amoniaką natrio hipochloritu, hidrazinas H2X4 galigauti: 2NH3 + NaOCl=N2H4 + NaCl + H 2O
Amoniako deginimas ir jo katalizinis oksidavimas deguonimi
Amoniako oksidacija deguonimi turi tam tikrų savybių. Yra du skirtingi oksidacijos tipai: katalizinė (su katalizatoriumi), greitoji (deganti).
Degant vyksta redokso reakcija, kurios produktai yra molekulinis azotas ir vanduo: 4NH3 + 2O2=2N2 + 6H2O savaiminis amoniako užsidegimas). Kaitinant (apie 800 ᵒC arba 1472 ᵒF) taip pat vyksta katalizinė oksidacija su deguonimi, tačiau vienas iš reakcijos produktų yra kitoks: 4NH₃ + 5O₂=4NO + 6H₂O (esant platinai arba geležies, mangano arba chromo oksidams katalizatorius, oksidacijos produktai yra azoto oksidas (II) ir vanduo).
Apsvarstykite homogeninę amoniako oksidaciją deguonimi. Nekontroliuojama monotoniška amoniako dujų sekcijos oksidacija yra gana lėta reakcija. Tai nėra išsamiai aprašyta, tačiau apatinė amoniako ir oro mišinių degumo riba 25 ° C temperatūroje yra apie 15% 1-10 barų slėgio diapazone ir mažėja, kai kyla pradinė dujų mišinio temperatūra.
Jei CNH~ yra NH3 molinė dalis oro ir amoniako mišinyje, kurio temperatūra sumaišoma (OC), tada iš duomenų CNH=0,15-0 išplaukia kad degumo riba yra žema. Todėl tikslinga dirbti su pakankama saugos riba žemiau apatinės ribosdegumas, kaip taisyklė, duomenys apie amoniako maišymą su oru dažnai toli gražu nėra tobuli.
Cheminės savybės
Apsvarstykite kontaktinę amoniako oksidaciją į azoto oksidą. Tipiškos cheminės reakcijos su amoniaku nekeičiant azoto oksidacijos būsenos:
- Reakcija su vandeniu: NH₃ + H2O=NH4OH=NH4⁺ + he⁻ (reakcija yra grįžtama, nes amonio hidroksidas NH4OH yra nestabilus junginys).
- Reakcija su rūgštimis, kad susidarytų normalios ir rūgštinės druskos: NH₃ + HCl=NH₄Cl (susidaro normali amonio chlorido druska); 2NH₃ + H₂SO4=(NH4)2SO4.
- Reakcijos su sunkiųjų metalų druskomis susidarant kompleksams: 2NH₃ + AgCl=[Ag(NH₃)₂]Cl (susidaro kompleksiniai sidabro junginiai (I) diamino chloridas).
- Reakcija su halogenalkanais: NH3 + CH3Cl=[CH3NH3]Cl (metilamonio hidrochlorido formos yra pakeistas amonio jonas NH4=).
- Reakcija su šarminiais metalais: 2NH₃ + 2K=2KNH₂ + H₂ (sudaro kalio amido KNH₂; azotas nekeičia oksidacijos būsenos, nors reakcija vyksta redokso). Sudėjimo reakcijos dažniausiai vyksta nekeičiant oksidacijos būsenos (visos aukščiau išvardytos, išskyrus paskutinę, klasifikuojamos pagal šį tipą).
Išvada
Amoniakas yra populiari medžiaga, aktyviai naudojama pramonėje. Šiandien ji užima ypatingą vietą mūsų gyvenime,nes daugumą jos produktų naudojame kasdien. Šis straipsnis bus naudingas daugeliui, norinčių sužinoti, kas mus supa.
