En av de viktigaste kväveföreningarna är ammoniak. Enligt dess fysikaliska egenskaper är det en färglös gas med en skarp, kvävande lukt (detta är lukten av en vattenlösning av ammoniumhydroxid NH3·H2O). Gasen är mycket löslig i vatten. I vattenlösning är ammonium en svag bas. Det är en av den kemiska industrins viktigaste produkter.
NH₃ är en bra reducering, eftersom kväve i ammoniummolekylen har det lägsta oxidationstillståndet -3. Många egenskaper hos ammoniak bestäms av ett par enstaka elektroner i kväveatomen - additionsreaktioner med ammoniak uppstår på grund av dess närvaro (detta singelpar ligger på den fria omloppsbanan för protonen H⁺).
Hur får man ammoniak
Det finns två huvudsakliga praktiska metoder för att få ammoniak: en i laboratoriet, den andra inom industrin.
Tänk på produktion av ammoniak i industrin. Interaktion mellan molekylärt kväve och väte: N₂ + 2H₂=2NH₃(reversibel reaktion). Denna metod för att erhålla ammoniak kallas Haber-reaktionen. För att molekylärt kväve och väte ska reagera måste de värmas till 500 ᵒC eller 932 ᵒF, ett MPA-tryck på 25-30 måste byggas upp. Poröst järn måste finnas närvarande som en katalysator.
Mottagning i laboratoriet är en reaktion mellan ammoniumklorid och kalciumhydroxid: CA(OH)₂ + 2NH₄Cl=CaCl₂ + 2NH₄OH (eftersom NH₄OH är en mycket svag förening sönderdelas den omedelbart till gasformig ammoniak och vatten=NH₄OH NH₃ + H₂O).
Ammoniakoxidationsreaktion
De fortsätter med en förändring av kvävets oxidationstillstånd. Eftersom ammoniak är en bra reduktionsmedel kan den användas för att reducera tungmetaller från deras oxider.
Metallreduktion: 2NH₃ + 3CuO=3Cu + N₂ + 3H₂O (När koppar(II)oxid upphettas i närvaro av ammoniak, minskar röd kopparmetall).
Oxidation av ammoniak i närvaro av starka oxidationsmedel (till exempel halogener) sker enligt ekvationen: 2NH₃ + 3Cl₂=N₂ + 6HCl (denna redoxreaktion kräver uppvärmning). Vid exponering för kaliumpermanganat på ammoniak i ett alkaliskt medium observeras bildningen av molekylärt kväve, kaliumpermanganat och vatten: 2NH3 + 6KMnO4+ 6KOH=6K2MnO4+ N2 + 6H2O.
Vid intensiv uppvärmning (upp till 1200 °C eller 2192 ᵒF), kan ammoniak sönderdelas till enkla ämnen: 2NH₃=N₂ + 3H₂. Vid 1000 oC eller 1832 reagerar ammoniak med metan CH4: 2CH4 + 2NH₃ + 3O₂=2HCN + 6H₂O (blåsyra och vatten). Genom att oxidera ammoniak med natriumhypoklorit kan hydrazin H₂X4få: 2NH3 + NaOCl=N2H4 + NaCl + H 2O
Förbränning av ammoniak och dess katalytiska oxidation med syre
Oxidation av ammoniak med syre har vissa egenskaper. Det finns två olika typer av oxidation: katalytisk (med katalysator), snabb (brinnande).
Vid förbränning sker en redoxreaktion, vars produkter är molekylärt kväve och vatten: 4NH3 + 2O2=2N2 + 6H2O självantändning av ammoniak). Katalytisk oxidation med syre inträffar också vid upphettning (ca 800 ᵒC eller 1472 ᵒF), men en av reaktionsprodukterna är annorlunda: 4NH₃ + 5O₂=4NO + 6H₂O (i närvaro av platina eller oxider av järn, mangan, krom eller kobolt as en katalysator är oxidationsprodukterna oxidkväve (II) och vatten).
Tänk på den homogena oxidationen av ammoniak med syre. Okontrollerad monoton oxidation av ammoniakgassektionen är en relativt långsam reaktion. Det rapporteras inte i detalj, men den nedre antändningsgränsen för ammoniak-luftblandningar vid 25 ° C är cirka 15 % i tryckintervallet 1-10 bar och minskar när starttemperaturen för gasblandningen ökar.
Om CNH~ är molfraktionen av NH3 i en luft-ammoniakblandning med en temperatur tblandad (OC), så följer det från data CNH=0,15-0 att brännbarhetsgränsen är låg. Därför är det rimligt att arbeta med en tillräcklig säkerhetsmarginal under den nedre gränsenbrandfarlighet, som regel är uppgifter om att blanda ammoniak med luft ofta långt ifrån perfekta.
Kemiska egenskaper
Tänk på kontaktoxidation av ammoniak till kväveoxid. Typiska kemiska reaktioner med ammoniak utan att ändra kväveoxidationstillståndet:
- Reaktion med vatten: NH₃ + H₂O=NH₄OH=NH₄⁺ + he⁻ (reaktionen är reversibel eftersom ammoniumhydroxid NH₄OH är en instabil förening).
- Reaktion med syror för att bilda normala och sura s alter: NH₃ + HCl=NH₄Cl (norm alt ammoniumklorids alt bildas); 2NH3 + H2SO4=(NH4)2SO4.
- Reaktioner med s alter av tungmetaller för att bilda komplex: 2NH₃ + AgCl=[Ag(NH₃)₂]Cl (komplexa silverföreningar (I) bildas diaminklorid).
- Reaktion med haloalkaner: NH3 + CH3Cl=[CH3NH3]Cl (metylammoniumhydrokloridformer är den substituerade ammoniumjonen NH4=).
- Reaktion med alkalimetaller: 2NH₃ + 2K=2KNH₂ + H₂ (bildar kaliumamid KNH₂; kväve ändrar inte oxidationstillståndet, även om reaktionen är redox). Additionsreaktioner sker i de flesta fall utan att ändra oxidationstillståndet (alla ovanstående, utom den sista, klassificeras efter denna typ).
Slutsats
Ammoniak är ett populärt ämne som används aktivt i industrin. Idag intar den en speciell plats i vårt liv,eftersom vi använder de flesta av dess produkter varje dag. Den här artikeln kommer att vara nyttig att läsa för många som vill veta om vad som omger oss.
