Вопрос№16

Аммиак NH3 – газ с резким характерным запахом, значительно легче

воздуха, очень хорошо растворяется в воде (700 объемов в 1 объеме воды).

Молекула аммиака имеет форму пирамиды, в основании которой лежит треугольник из атомов водорода, а в вершине — атом азота, в жидком аммиаке молекулы NH3 связаны между собой водородными связями, обусловливая тем самым аномально высокую температуру кипения. Полярные молекулы NH3 очень хорошо растворимы в воде (700 объемов NH3 в одном объеме H2O).

 

Видно, что из четырех электронных пар при азоте три общие (связывающие) и одна неподеленная (несвязывающая). Химическая связь N—Н полярная: положительный заряд сосредоточен на атомах водорода, отрицательный — на атоме азота. Вследствие этого между молекулами аммиака и образуется водородная связь, что можно изобразить так:

Благодаря водородным связям аммиак имеет сравнительно высокие температуры плавления и кипения, а также высокую теплоту испарения, он легко сжижается.

В промышленности аммиак получают по обратимой реакции в присут-

ствии катализатора (металлическое железо с примесью оксидов алюминия

и калия):

3 H2 + N2 = 2 NH3↑; ∆Η˚ = - 92,4 кДж; (катализатор, Р, Т)

В соответствии с принципом Ле Шателье увеличение выхода аммиака

должно происходить при повышении давления и понижении температуры.

При низких температурах скорость реакции очень маленькая, поэтому про-

цесс ведут при 400 – 600 оС и давлении 10 – 100 МПа.

В лаборатории NH3 получают действием щелочей на соли аммония, ли-

бо термическим разложением малоустойчивых солей аммония:

NH4Cl + KOH = KCl + NH3↑ + H2O

NH4НСО3 = NH3↑ + СО2↑ + H2O

За счет неподеленной пары электронов у атома азота на sp3-гибридной

орбитали аммиак проявляет свойства основания (легко присоединяет кати-

он водорода с образованием иона аммония NH4+) и склонен к образованию

комплексных соединений:

NH3 + НС1 = NH4С1

Ag+ + 2 NH3 = [Ag(NH3)2]+

Аммиак – слабое основание

NH3 + H2O ↔ NH4ОН (NH3 · H2O) ↔ NH4+ + ОН ¯

Молекула NH3 подобно воде может проявлять кислотные свойства:

H3N ↔ Н+ + H2N ¯

Поскольку константа диссоциации воды равна 10-16, то в водной среде кислотные свойства аммиака выявить трудно.

Аммиак вступает в реакции замещения со щелочными металлами и не-

которыми другими металлами при высоких температурах или в среде жид-

кого аммиака. Например, сухой газ пропускают над нагретым металлом: NH3 + Nа = NаNH2+H2 (амид натрия)

NH3 + Nа = Nа2NH+H2 (имид натрия)

NH3 + Nа =Nа3N+H2 (нитрид натрия)

2 Nа + 2 NH3 = 2 NаNH2 + Н2

2 А1 + 2 NH3 = 2 АlN + 3 Н2

Амиды, имиды и нитриды – большей частью твердые вещества, разла-

гаются водой с образованием NH3 и гидроксидов металлов:

NаNH2 + Н2О = NаОН + NH3

Мg3N2 + 6 Н2О = 3 Мg(ОН)2 + 2 NH3

Гидролизу подвергаются нитриды, образованные активными металлами.

Нитриды с ковалентной связью (или близкой к ней) устойчивы к воде и ки-

слотам при комнатной температуре.

Поскольку азот в NH3 имеет низшую степень окисления, аммиак про-

являет восстановительные свойства, например, горит в кислороде:

4 NH3 + 3 О2 = 2 N2 + 6 Н2О (без катализатора)

4 NH3 + 5 О2 = 4 NО + 6 Н2О (катализатор: Pt, Cr2O3 и др.)

Окисление аммиака лежит в основе процесса производства азотной ки-

слоты:

N2 → NH3 → NО → NО2 → НNО3

Аммиак взаимодействует с галогенами:

2 NH3 + 3 С12 = N2 + 6 НС1

Аммиак образует соли аммония почти со всеми известными кислотами.

Соли аммония. Продукты взаимодействия аммиака с кислотами представляют собой соли аммония:

Соли аммония по многим свойствам похожи на соли щелочных металлов, особенно на соли калия и рубидия. Такое сходство объясняется тем, что размер иона аммония (радиус 1,48 А) близок к размерам ионов К+ (1,33 Å) и Rb+ (1,48 Å).

Они проявляют общие свойства солей, т. е. взаимодействуют с растворами щелочей, кислот и других солей:

Все аммонийные соли растворимы в воде и при этом гидролизуются. Соли аммония термически неустойчивы и при нагревании разлагаются:

Почти все соли аммония хорошо растворимы в воде. При нагревании они

разлагаются. Характер разложения соли зависит от аниона соли. В связи с

этим соли аммония делятся на три группы:

а) Соли, образованные летучей кислотой:

Нагревание Охлаждение

NH4С1 NH3 + НС1 NH4С1

(NH4)2СО3 → NH3 + СО2 + Н2О

б) Соли, образованные нелетучей кислотой:

(NH4)2SО4 → NH3 + NH4НSО4

(NH4)3РО4 → 2 NH3 + NH4Н2РО4

в) Соли, в которых анион – окислитель:

(NH4)2Сr2О7 → N2 + С r2О3 + 4 Н2О

NH4NО3 → N2О + 2 Н2О (если резко – то взрыв)

Аммиакаты — продукты взаимодействия солей с аммиаком, комплексные соединения. Аммиакаты различаются как по составу [Ag(NH3)2]+, [Ni(NH3)4]2+, так и по устойчивости в водных растворах, используются в аналитической химии для обнаружения и разделения ионов металлов.