Хімічні властивості аміаку
Ступінь окислювання азоту в аміаку NH3, тобто передбачається максимальне завершення зовнішнього електронного шару атома азоту до міцного октету. У зв’язку з цим аміак може поводитися в окисно-відновних реакціях тільки як відновник. Доказом відновлювальних властивостей аміаку є його взаємодія з киснем, яке можна проводити двояким чином.
Аміак горить у кисні. Це легко спостерігати на досвіді в приладі, зображеному на рис. 58. У пальник, що представляє собою широку скляну трубку, підведено дві газоотводние трубки. За однією трубці надходить аміак з колби, де кипить його насичений розчин, а за іншою трубці – кисень з газометра. Якщо підпалити аміак на виході з трубки, то він згорає зеленуватим полум’ям. Горіння протікає по рівнянню:
4NH3 + 3О2 = 2N2 + 6Н2O + Q
Реакція екзотермічна.
Разом з тим аміак може спокійно окислюватися в присутності платинового каталізатора:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6Н2О
Цей процес є основою для отримання синтетичної азотної кислоти.
В обох випадках аміак поводиться як відновник, а ступінь окислення азоту змінюється з N-3 до N0 і до N + 2.
– Складіть для наведених вище рівнянь електронний баланс і перевірте правильність розстановки в них коефіцієнтів.
Відновні властивості аміаку проявляються також при можливому відновленні їм окислів металів:
ЗСuО + 2NH3 = N2 + 3Сu + 3Н2O
нагрівання
■ 15. Напишіть у зошиті рівняння реакцій, в яких аміак проявляє відновні властивості, і доведіть це, склавши електронний баланс. (Див. Відповідь)
Особливої уваги заслуговує питання про взаємодію аміаку з водою. Як відомо, молекули води полярні, електронна щільність сильно зміщена до кисню так, що атом водню практично позбавлений електронів і є протон.
Молекула аміаку теж полярна. Наявні 3 водневих атома приєднані за рахунок утворення загальних електронних пар з р-електронів атома азоту і s-електронів атома водню (sp-зв’язок). Електрони сильно зміщені до атома азоту як більш електронегативного; навколо нього створюється область підвищеної електронної щільності. Крім того, у атома азоту на зовнішньому шарі є два валентних s-електрона, які можуть бути використані на освіту хімічного зв’язку. Все це створює умови для приєднання до молекули аміаку позитивно зарядженого іона водню. А оскільки у іона водню повністю відсутні електрони, необхідні для утворення хімічного зв’язку, цей зв’язок утворюється за рахунок двох електронів азоту, які носять назву “неподіленої електронної пари”. Виникає атомна угруповання з такою електронною структурою.
Виникає особливий вид хімічного зв’язку – донорно-акцепторні зв’язок, де донором називається атом, що надає в спільне розпорядження свою електронну пару (в даному випадку азот). Інший атом є акцептором (в даному випадку атом водню).
■ 16. Які типи хімічного зв’язку атомів в молекулах вам відомі? (Див. Відповідь)
17. Чим відрізняється донорно-акцепторні зв’язок від ковалентного?
18. Який атом називається донором, який – акцептором?
19. Що таке неподіленого електронних пара? (Див. Відповідь)
Таким чином, виникає особлива атомна угруповання – група амонію, яка в цілому має позитивний заряд через приєднання до нейтральної молекулі аміаку позитивного іона водню. Формула групи амонію: NH4 +.
Процес розчинення аміаку у воді виражається наступним рівнянням:
NH3 + Н + + ОН – ⇄ NH + + ОН-
Так як аміак в розчині пов’язує іон водню з води і звільняє тим самим іон ОН-, це надає розчину лужну реакцію. Речовина з формулою NH4OH носить назву гідроокису амонію і розглядається як слабка основа. Амонійна група завжди функціонує як одновалентних катіон:
NH4OH ⇄ NH4 + + ОН-
Концентрований (25%) розчин аміаку називається просто аміаком. Слабкий водний розчин аміаку (3- 6%) називається нашатирним спиртом. Освіта групи амонію NH4 + можливо не тільки у водному середовищі, але і в кислоті:
NH3 + Н + + Cl – = NH4 + + Сl-
Ця реакція може бути здійснена в розчині, а також на повітрі між аміаком і газоподібним хлористим воднем.
Якщо змочити одну скляну паличку аміаком, а іншу концентрованою соляною кислотою і піднести ці палички один до одного (рис. 59), можна помітити утворення білого димку, що представляє собою дрібні кристалики хлориду амонію.
Гідроокис амонію вступає з кислотами в реакцію нейтралізації:
NH4OH + HNO3 = NH4NO3 + H2O
Для аміаку дуже, характерні реакції приєднання до різних солей, завдяки чому утворюються аміакати:
CuSO4 + 4NH3 = CuSO4 – 4NH3
СаСl2 + 8NH3 = CaCl2 – 8NH3
AgCl + 2NH3 = AgCl – 2NH3
Вони дуже нагадують кристалогідрати.
Отримання аміаку в техніці і в лабораторії здійснюється по різному. У лабораторії аміак отримують при нагріванні нашатирю (хлорид амонію) і натронного вапна (рис. 60) з рівняння:
2NH4Cl + Са (ОН) 2 = СаСl2 + 2NH4OH
Слід зазначити, що всі деталі приладу, службовці для лабораторного отримання аміаку, повинні бути абсолютно сухими. Якщо пробірку із зібраним аміаком перекинути в воду, то можна відразу помітити, як вода входить в пробірку, займаючи в ній той обсяг, який займав аміак, подібно до того як це відбувалося з хлористим воднем. Але у випадку з аміаком розчин буде мати яскраво виражену лужну реакцію, що можна визначити індикатором. Так як аміак легший за повітря, його слід, збирати в пробірку, перекинуту в верх дном.
У техніці аміак отримують синтезом із азоту і водню з рівняння:
N2 + 3Н2 = 2NH3 + + 22 ккал
У колишньому СРСР виробництво синтетичного аміаку почалося в 1928 р Як уже згадувалося раніше, процес сполуки азоту з воднем є рівноважним каталітичним процесом. Каталізатором служить металеве залізо з незначними добавками з’єднань калію і алюмінію. З рівняння видно, що для зміщення рівноваги вправо доцільно збільшувати тиск. Однак збільшення тиску може здійснюватися лише в певних межах, інакше це сильно здорожує виробництво. Як відомо, іншим фактором, що впливає на рівновагу, є температура. У даному випадку для зміщення рівноваги вправо суміш газів слід охолоджувати, але тоді сильно знижується швидкість реакції і зменшується активність каталізатора.
Таким чином, температуру доводиться підтримувати на певному рівні. Вплив третього чинника – зміни концентрації – також може бути використано: якщо постійно відводити утворюється аміак, т. Е. Знижувати його концентрацію, то рівновага зміститься вправо. Як видно з попереднього опису, досить повний і економічно вигідний синтез може бути здійснений при найкращому поєднанні всіх трьох умов.
Процес ведуть зазвичай в колонах синтезу під тиском від 300 до 1000 атм і при температурі 400-500 °. У процесі синтезу з суміші постійно відводять аміак, переводячи його в рідкий стан, а не прореагував суміш азоту і водню знову направляють в колону синтезу.
(2 votes, average: 2.50 out of 5)