Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аміак

Введення

Аміак - NH _3, нітрид водню, при нормальних умовах - безбарвний газ з різким характерним запахом (запах нашатирного спирту), майже вдвічі легше повітря, ГДК 20 мг/м3 - IV клас небезпеки (малонебезпечні речовини). Розчинність NH ₃ у воді надзвичайно велика - близько 1200 об'ємів (при 0 C) або 700 обсягів (при 20 C) в об'ємі води. У холодильній техніці носить назву R717, де R - Refrigerant (холодоагент), 7 - тип холодоагенту (неорганічне з'єднання), 17 - молекулярна маса.

Молекула аміаку має форму тригональной піраміди з атомом азоту в вершині. Три неспарених p-електрона атома азоту беруть участь в утворенні полярних ковалентних зв'язків з 1s_електронами трьох атомів водню (зв'язку N-H), четверта пара зовнішніх електронів є неподеленной, вона може утворити донорно-акцепторні зв'язок з іоном водню, утворюючи іон амонію NH ₄ ^+. Завдяки тому, що не зв'язує двухелектронное хмара строго орієнтоване в просторі, молекула аміаку володіє високою полярністю, що призводить до його гарній розчинності у воді.

У рідкому аміаку молекули пов'язані між собою водневими зв'язками. Порівняння фізичних властивостей рідкого аміаку з водою показує, що аміак має більш низькі температури кипіння (t _кип -33,35 C) і плавлення (t _пл -77,70 C), а також більш низьку щільність, в'язкість (в'язкість рідкого аміаку в 7 разів менше в'язкості води), провідність і діелектричну проникність. Це в деякій мірі пояснюється тим, що міцність цих зв'язків в рідкому аміаку істотно нижче, ніж у води, а також тим, що в молекулі аміаку є лише одна пара неподілених електронів, на відміну від двох пар в молекулі води, що не дає можливість утворювати розгалужену мережу водневих зв'язків між декількома молекулами. Аміак легко переходить в безбарвну рідину з щільністю 681,4 кг / м, сильно заломлюючу світло. Подібно воді, рідкий аміак сильно асоційований, головним чином за рахунок утворення водневих зв'язків. Рідкий аміак практично не проводить електричний струм. Рідкий аміак - хороший розчинник для дуже великого числа органічних, а також для багатьох неорганічних сполук. Твердий аміак - безбарвні кубічні кристали.

1. Хімічні властивості

· Завдяки наявності неподіленої електронної пари в багатьох реакціях аміак виступає як підстава Бренстеда або комплексоутворювач (не слід плутати поняття «нуклеофил» і «підстава Бренстеда». Нуклеофільність визначається спорідненістю до позитивно зарядженої частинки. Підстава має спорідненість до протону. Поняття «підстава» є окремим випадком поняття «нуклеофил»). Так, він приєднує протон, утворюючи іон амонію:

·

· Водний розчин аміаку («нашатирний спирт») має слаболужну реакцію через протікання процесу:

NH ₃ + H ₂ O > NH ₄ ⁺ + OH ^-; K _o = 1,8 10 ^-5

· Взаємодіючи з кислотами дає відповідні солі амонію:

·

· Аміак також є дуже слабкою кислотою (в 10 000 000 000 разів більш слабкою, ніж вода), здатний утворювати з металами солі - аміди. Сполуки, що містять іони NH ₂ ^-, називаються амідами, NH ^{2 - -} іміди, а N ^{3 - -} нитридами. Аміди лужних металів отримують, діючи на них аміаком:

Аміди, іміди і нітриди ряду металів утворюються в результаті деяких реакцій в середовищі рідкого аміаку. Нітриди можна отримати нагріванням металів в атмосфері азоту.

Аміди металів є аналогами гідроксидів. Ця аналогія посилюється тим, що іони ОН ^- і NH ₂ ^-, а також молекули Н ₂ O і NH ₃ ізоелектронних. Аміди є більш сильними підставами, ніж гідроксиди, а отже, піддаються у водних розчинах необоротного гідролізу:

NaNH ₂ + H ₂ O > NaOH + NH ₃

CaNH + 2H ₂ O > Ca (OH) ₂ + NH ₃ ^

Zn ₃ N ₂ + 6H ₂ O > 3Zn (OH) ₂ + 2NH ₃ ^

і в спиртах:

KNH ₂ + C ₂ H ₅ OH > C ₂ H ₅ OK + NH ₃

Подібно водних розчинів лугів, аміачні розчини амідів добре проводять електричний струм, що обумовлено дисоціацією:

MNH ₂ > M ⁺ + NH ₂ ^-

Фенолфталеїн в цих розчинах забарвлюється в червоний колір, при додаванні кислот відбувається їх нейтралізація. Розчинність амідів змінюється в такій же послідовності, що і розчинність гідроксидів: LiNH ₂ - нерозчинимо, NaNH ₂ - малорастворим, KNH _2, RbNH ₂ і CsNH ₂ - добре розчинні.

· При нагріванні аміак проявляє відновні властивості. Так, він горить в атмосфері кисню, утворюючи воду і азот. Окислювання аміаку повітрям на платиновому каталізаторі дає оксиди азоту, що використовується в промисловості для одержання азотної кислоти:

На відновної здатності NH ₃ засноване застосування нашатирю NH ₄ Cl для очищення поверхні металу від оксидів при їх пайку:

3CuO + 2NH ₄ Cl > 3Cu + 3H ₂ O +2 HCl + N ₂

Окислюючи аміак гіпохлоритом натрію в присутності желатину, отримують гідразин:

· Галогени (хлор, йод) утворюють з аміаком небезпечні вибухові речовини - галогеніди азоту (хлористий азот, іодістий азот).

· З галогеноалканамі аміак вступає в реакцію нуклеофільного приєднання, утворюючи заміщений іон амонію (спосіб отримання амінів):

NH ₃ + CH ₃ Cl > CH ₃ NH ₃ Cl (гідрохлорид метіламмонія)

· З карбоновими кислотами, їх ангідридами, галогенангідриди, ефірами та іншими похідними дає аміди. З альдегідами і кетонами - підстави Шиффа, які можливо відновити до відповідних амінів (відновне амінірованіе).

· При 1000 C аміак реагує з вугіллям, утворюючи синильну кислоту HCN і частково розкладаючись на азот і водень. Також він може реагувати з метаном, утворюючи ту ж саму синильну кислоту:

CH ₄ + NH ₃ + 1,5 O ₂ > HCN + 3H ₂ O

2. Історія назви

Аміак (у європейських мовах його назва звучить як «амоніаку») своєю назвою зобов'язаний оазису Амона в Північній Африці, розташованому на перехресті караванних шляхів. У жаркому кліматі сечовина (NH _{2) 2} CO, що міститься в продуктах життєдіяльності тварин, розкладається особливо швидко. Одним з продуктів розкладання і є аміак. За іншими відомостями, аміак отримав свою назву від давньоєгипетського слова амоніан. Так називали людей, які поклоняються богові Амону. Вони під час своїх ритуальних обрядів нюхали нашатир NH ₄ Cl, який при нагріванні випаровує аміак.

3. Рідкий аміак

Рідкий аміак, хоча і в незначній мірі, дисоціює на іони, в чому проявлется його схожість з водою:

2NH ₃ > NH ₄ ⁺ + NH ₂ ^-

Константа самоіонізаціі рідкого аміаку при -50 C складає приблизно 10 ^-33 (моль / л).

Рідкий аміак, як і вода, є сильним іонізуючим розчинником, в якому розчиняється ряд активних металів: лужні, лужноземельні, Mg, Al, а також Eu і Yb. Розчинність лужних металів в рідкому NH ₃ становить кілька десятків відсотків. У рідкому аміаку NH ₃ також розчиняються деякі інтерметаліди, що містять лужні метали, наприклад Na ₄ Pb _9.

Розбавлені розчини металів в рідкому аміаку пофарбовані в синій колір, концентровані розчини мають металевий блиск і схожі на бронзу. При випаровуванні аміаку лужні метали виділяються в чистому вигляді, а лужноземельні - у вигляді комплексів з аміаком [Е (NH _{3) 6]} володіють металевою провідністю. При слабкому нагріванні ці комплекси розкладаються на метал і NH _3.

Розчинений в NH ₃ метал поступово реагує з утворенням аміду:

2Na + 2NH ₃ > 2NaNH ₂ + H ₂

Отримувані в результаті реакції з аміаком аміди металів містять негативний іон NH ₂ ^-, який також утворюється при самоіонізаціі аміаку. Таким чином, аміди металів є аналогами гідроксидів. Швидкість реакції зростає при переході від Li до Cs. Реакція значно прискорюється в присутності навіть невеликих домішок H ₂ O.

Металлоамміачние розчини мають металевої електропровідність, в них відбувається розпад атомів металу на позитивні іони і електрони сольватовані, оточені молекулами NH _3. Металлоамміачние розчини, в яких є вільні електрони, є найсильнішими восстановителями.

4. Комплексоутворення

Модель дігідротетраамміаката міді (II), [Cu (NH _{3) 4} (H ₂ O) _2] ^{2 +}

Завдяки своїм властивостям електронодонорних, молекули NH ₃ можуть входити як ліганду в комплексні сполуки. Так, введення надлишку аміаку в розчини солей d_металів призводить до утворення їх амінокомплексов:

CuSO ₄ + 4NH ₃ > [Cu (NH _{3) 4]} SO ₄

Ni (NO _{3) 2} + 6NH ₃ > [Ni (NH _{3) 6]} (NO _{3) 2}

Комплексоутворення зазвичай супроводжується зміною забарвлення розчину, так у першій реакції блакитний колір (CuSO ₄₎ переходить в темно-синій (забарвлення комплексу), а в другій реакції забарвлення змінюється із зеленої (Ni (NO _{3) 2)} в синьо-фіолетову. Найбільш міцні комплекси з NH ₃ утворюють хром і кобальт в ступені окислення +3.

5. Біологічна роль

Аміак є кінцевим продуктом азотистого обміну в організмі людини і тварин. Він утворюється при метаболізмі білків, амінокислот та інших азотистих сполук. Він високо токсичний для організму, тому більша частина аміаку в ході орнітінового циклу конвертується печінкою в більш нешкідливе і менш токсична з'єднання - карбамід (сечовину). Сечовина потім виводиться нирками, причому частина сечовини може бути конвертована печінкою чи нирками назад в аміак.

Аміак може також використовуватися печінкою для зворотного процесу - ресинтезу амінокислот з аміаку і кетоаналогов амінокислот. Цей процес носить назву «відновне амінірованіе». Таким чином з щавелевоуксусной кислоти виходить аспарагінова, з б-кетоглутарової - глутамінова і т. д.

6. Фізіологічна дія

За фізіологічною дією на організм відноситься до групи речовин задушливої і нейротропної дії, здатних при інгаляційному ураженні викликати токсичний набряк легенів і важке ураження нервової системи. Аміак володіє як місцевим, так і резорбтивного дією.

Пари аміаку сильно подразнюють слизові оболонки очей та органів дихання, а також шкірні покриви. Це ми й сприймаємо як різкий запах. Пари аміаку викликають рясне сльозотеча, біль в очах, хімічний опік кон'юнктиви і рогівки, втрату зору, напади кашлю, почервоніння і свербіння шкіри. При зіткненні зрідженого аміаку і його розчинів з шкірою виникає печіння, можливий хімічний опік з пухирями, виразками. Крім того, скраплений аміак при випаровуванні поглинає тепло, і при зіткненні зі шкірою виникає обмороження різного ступеня. Запах аміаку відчувається при концентрації 37 мг / м.

Гранично допустима концентрація у повітрі робочої зони виробничого приміщення становить 20 мг / м. Отже, якщо відчувається запах аміаку, то працювати без засобів захисту вже небезпечно. Роздратування зіва проявляється при вмісті аміаку в повітрі 280 мг / м, очей - 490 мг / м. При дії в дуже високих концентраціях аміак викликає ураження шкіри: 7-14 г. / м - еритематозний, 21 г. / м і більше - бульозний дерматит. Токсичний набряк легенів розвивається при дії аміаку протягом години з концентрацією 1,5 г / м. Короткочасний вплив аміаку в концентрації 3,5 г / м і більше швидко призводить до розвитку загальнотоксичних ефектів. Гранично допустима концентрація аміаку в атмосферному повітрі населених пунктів дорівнює: середньодобова 0,04 мг / м, максимальна разова 0,2 мг / м.

Світ максимальна концентрація аміаку в атмосфері (більше 1 мг / м) спостерігається на Індо-гангськой рівнині, в Центральній долині США та у Південно-Казахстанській області.

7. Застосування

хімічний аміак молекула біологічний

Аміак належить до найважливіших продуктів хімічної промисловості, щорічне його світове виробництво досягає 150 млн. тонн. В основному використовується для виробництва азотних добрив (нітрат і сульфат амонію, сечовина), вибухових речовин і полімерів, азотної кислоти, соди (по аммиачному методу) та інших продуктів хімічної промисловості. Рідкий аміак використовують як розчинника.

В холодильній техніці використовується як холодильного агента (R717)

В медицині 10 % розчин аміаку, частіше званий нашатирним спиртом, застосовується при непритомних станах (для порушення дихання), для стимуляції блювоти, а також зовнішньо - невралгії, міозити, укуси комах, обробка рук хірурга. При неправильному застосуванні може викликати опіки стравоходу та шлунка (у разі прийому нерозведеного розчину), рефлекторну зупинку дихання (при вдиханні у високій концентрації).

Застосовують місцево, інгаляційно і всередину. Для порушення дихання і виведення хворого з непритомного стану обережно підносять невеликий шматок марлі чи вати, змочений нашатирним спиртом, до носа хворого (на 0,5-1 с). Всередину (тільки в розведенні) для індукції блювоти. При укусах комах - у вигляді примочок; при невралгіях і міозитах - розтирання аміачним лініментом. У хірургічній практиці розводять в теплій кип'яченій воді і миють руки.

Оскільки аміак є слабкою основою, при взаємодії з кислотами він їх нейтралізує.

Фізіологічна дія нашатирного спирту обумовлене різким запахом аміаку, який дратує специфічні рецептори слизової оболонки носа і сприяє порушенню дихального та судинного центрів мозку, викликаючи почастішання дихання і підвищення артеріального тиску.

Протиморозних добавка для сухих будівельних розчинів, що відноситься до прискорювачів. Рекомендоване дозування - 2… 8 % маси компонентів сухої суміші залежно від температури застосування. Аміачна вода - продукт (NH ₄ OH), що представляє собою газоподібний аміак NН _3, розчинений у воді.

8. Отримання

Промисловий спосіб отримання аміаку заснований на прямій взаємодії водню і азоту:

N _{2 (г)} + 3H _{2 (г)} - 2NH _{3 (г)} + 91,84 до Дж

Це так званий процес Габера (німецький фізик, розробив фізико-хімічні основи методу).

Реакція відбувається з виділенням тепла і зниженням обсягу. Отже, виходячи з принципу Ле-Шательє, реакцію слід проводити при можливо низьких температурах і при високому тиску - тоді рівновага буде зміщений вправо. Однак швидкість реакції при низьких температурах мізерно мала, а при високих збільшується швидкість зворотної реакції. Проведення реакції при дуже високому тиску вимагає створення спеціального, витримує високий тиск обладнання, а значить і великих капіталовкладень. Крім того, рівновага реакції навіть при 700 C встановлюється надто повільно для практичного її використання.

Застосування каталізатора (пористе залізо з домішками Al ₂ O ₃ і K ₂ O) дозволило прискорити досягнення рівноважного стану. Цікаво, що при пошуку каталізатора на цю роль пробували понад 20 тисяч різних речовин.

Враховуючи всі вищенаведені фактори, процес отримання аміаку проводять при наступних умовах: температура 500 C, тиск 350 атмосфер, каталізатор. Вихід аміаку при таких умовах становить близько 30 %. У промислових умовах використаний принцип циркуляції - аміак видаляють охолодженням, а не прореагували азот і водень повертають в колону синтезу. Це виявляється більш економічним, ніж досягнення більш високого виходу реакції за рахунок підвищення тиску.

Для отримання аміаку в лабораторії використовують дію сильних лугів на солі амонію:

NH ₄ Cl + NaOH = NH ₃ ^ + NaCl + H ₂ O.

NH ₄ NO ₃ + NaOH = NH ₃ ^ + NaNO ₃ + H ₂ O.

Зазвичай лабораторним способом отримують слабким нагріванням суміші хлориду амонію з гашеним вапном.

2NH ₄ Cl + Ca (OH) ₂ = CaCl ₂ + 2NH ₃ ^ + 2H ₂ O

Для осушення аміаку його пропускають через суміш вапна з їдким натром.

Дуже сухий аміак можна одержати, розчиняючи в ньому металевий натрій і згодом переганяючи. Це краще робити в системі, виготовленої з металу під вакуумом. Система повинна витримувати високий тиск (при кімнатній температурі тиск насичених парів аміаку близько 10 атмосфер). У промисловості аміак осушують у абсорбційних колонах.

На виробництво однієї тонни аміаку в Росії витрачається в середньому 1200 нм 3 природного газу, в Європі - 900 нм 3. [3] Детальніше[4], [5], [6], [7] (нм 3 - це нормальний кубічний метр).

Білоруський «Гродно Азот» витрачає 1200 нм 3 природного газу на тонну аміаку, після модернізації очікується зниження витрат до 876 нм 3. [8]

Українські виробники споживають від 750 нм 3 [9] до 1170 нм 3 [10] природного газу на тонну аміаку.

За технологією UHDE заявляється споживання 6,7-7,4 Гкал енергоресурсів на тонну аміаку.

9. Аміак в медицині

При укусах комах аміак застосовують зовнішньо у вигляді примочок. 10 % водний розчин аміаку відомий як нашатирний спирт.

Можливі побічні дії: при тривалій експозиції (інгаляційне застосування) аміак може викликати рефлекторну зупинку дихання.

Місцеве застосування протипоказане при дерматитах, екземах, інших шкірних захворюваннях, а також при відкритих травматичних ушкодженнях шкірних покривів.

При випадковому ураженні слизової оболонки очі промити водою (по 15 хв через кожні 10 хв) або 5 % розчином борної кислоти. Олії і мазі не застосовують. При ураженні носа і глотки - 0,5 % розчин лимонної кислоти або натуральні соки. У разі прийому внутрішньо пити воду, фруктовий сік, молоко, краще - 0,5 % розчин лимонної кислоти або 1 % розчин оцтової кислоти до повної нейтралізації вмісту шлунка.

Взаємодія з іншими лікарськими засобами невідома. ([1])

10. Виробники аміаку

Виробники аміаку на Україні

хімічний аміак молекула біологічний

11. Цікаві факти

Пари нашатирного спирту здатні змінювати забарвлення квітів. Наприклад, блакитні та сині пелюстки стають зеленими, яскраво червоні - чорними. ^[12]

Хмари Юпітера складаються з аміаку.

Деякі квіти, не мають запаху від природи, після обробки аміаком починають пахнути. Наприклад, приємний аромат набувають айстри.

Размещено на Allbest.ru