Viens no svarīgākajiem slāpekļa savienojumiem ir amonjaks. Pēc fizikālajām īpašībām tā ir bezkrāsaina gāze ar asu, smacējošu smaku (tā ir amonija hidroksīda NH₃·H2O ūdens šķīduma smarža). Gāze labi šķīst ūdenī. Ūdens šķīdumā amonijs ir vāja bāze. Tas ir viens no svarīgākajiem ķīmiskās rūpniecības produktiem.
NH₃ ir labs reduktors, jo amonija molekulā slāpeklim ir viszemākais oksidācijas līmenis -3. Daudzus amonjaka raksturlielumus nosaka atsevišķu elektronu pāris slāpekļa atomā - tā klātbūtnes dēļ notiek pievienošanās reakcijas ar amonjaku (šis singlu pāris atrodas protona H⁺ brīvajā orbītā).
Kā iegūt amonjaku
Amonjaka iegūšanai ir divas galvenās praktiskās metodes: viena laboratorijā, otra rūpniecībā.
Apsveriet amonjaka ražošanu rūpniecībā. Molekulārā slāpekļa un ūdeņraža mijiedarbība: N₂ + 2H₂=2NH₃(atgriezeniska reakcija). Šo amonjaka iegūšanas metodi sauc par Hābera reakciju. Lai molekulārais slāpeklis un ūdeņradis reaģētu, tie ir jāuzsilda līdz 500 εC vai 932 εF, jāveido MPA spiediens 25-30. Porainam dzelzs jābūt klāt kā katalizatoram.
Laboratorijā notiek reakcija starp amonija hlorīdu un kalcija hidroksīdu: CA(OH)₂ + 2NH₄Cl=CaCl2 + 2NH₄OH (tā kā NH4OH ir ļoti vājš savienojums, tas nekavējoties sadalās gāzveida amonjakā un ūdenī: NH₄=NH₄). NH₃ + H2O).
Amonjaka oksidācijas reakcija
Tie turpinās, mainot slāpekļa oksidācijas stāvokli. Tā kā amonjaks ir labs reducētājs, to var izmantot, lai reducētu smagos metālus no to oksīdiem.
Metāla reducēšana: 2NH₃ + 3CuO=3Cu + N₂ + 3H2O (Kad vara(II) oksīdu karsē amonjaka klātbūtnē, sarkanā vara metāls samazinās).
Amonjaka oksidēšana spēcīgu oksidētāju (piemēram, halogēnu) klātbūtnē notiek saskaņā ar vienādojumu: 2NH₃ + 3Cl₂=N₂ + 6HCl (šī redoksreakcija prasa karsēšanu). Saskaroties ar kālija permanganātu uz amonjaka sārmainā vidē, tiek novērota molekulārā slāpekļa, kālija permanganāta un ūdens veidošanās: 2NH₃ + 6KMnO₄+ 6KOH=6K2MnO₄+ N₂ + 6H2O.
Intensīvi karsējot (līdz 1200 °C vai 2192 ᵒF), amonjaks var sadalīties vienkāršās vielās: 2NH₃=N₂ + 3H₂. 1000 oC vai 1832 amonjaks reaģē ar metānu CH4: 2CH₄ + 2NH₃ + 3O₂=2HCN + 6H2O (ciānūdeņražskābe un ūdens). Oksidējot amonjaku ar nātrija hipohlorītu, hidrazīns H2X4 variegūstiet: 2NH3 + NaOCl=N2H4 + NaCl + H 2O
Amonjaka sadedzināšana un tā katalītiskā oksidēšana ar skābekli
Amonjaka oksidēšanai ar skābekli ir noteiktas iezīmes. Ir divi dažādi oksidēšanas veidi: katalītiskā (ar katalizatoru), ātrā (degošā).
Dedzinot notiek redoksreakcija, kuras produkti ir molekulārais slāpeklis un ūdens: 4NH3 + 2O2=2N2 + 6H2O Amonjaka pašaizdegšanās). Katalītiskā oksidēšanās ar skābekli notiek arī karsējot (apmēram 800 ᵒC vai 1472 ᵒF), taču viens no reakcijas produktiem ir atšķirīgs: 4NH₃ + 5O₂=4NO + 6H₂O (platīna vai dzelzs, mangāna vai kobala, hroma oksīdu klātbūtnē). katalizators, oksidācijas produkti ir slāpekļa oksīds (II) un ūdens).
Apsveriet homogēnu amonjaka oksidēšanu ar skābekli. Nekontrolēta monotona amonjaka gāzes sekcijas oksidēšana ir salīdzinoši lēna reakcija. Tas nav detalizēti ziņots, bet amonjaka-gaisa maisījumu apakšējā uzliesmošanas robeža 25 ° C temperatūrā ir aptuveni 15% spiediena diapazonā no 1 līdz 10 bāriem un samazinās, palielinoties gāzu maisījuma sākuma temperatūrai.
Ja CNH~ ir NH3 mola daļa gaisa-amonjaka maisījumā ar sajauktu temperatūru (OC), tad no datiem CNH=0,15-0 izriet. ka uzliesmojamības robeža ir zema. Tāpēc ir saprātīgi strādāt ar pietiekamu drošības rezervi zem apakšējās robežasuzliesmojamība, kā likums, dati par amonjaka sajaukšanu ar gaisu bieži vien ir tālu no perfekta.
Ķīmiskās īpašības
Apsveriet amonjaka kontaktoksidēšanu par slāpekļa oksīdu. Tipiskas ķīmiskās reakcijas ar amonjaku, nemainot slāpekļa oksidācijas pakāpi:
- Reakcija ar ūdeni: NH₃ + H2O=NH4OH=NH4⁺ + he⁻ (reakcija ir atgriezeniska, jo amonija hidroksīds NH4OH ir nestabils savienojums).
- Reakcija ar skābēm, veidojot normālus un skābus sāļus: NH₃ + HCl=NH₄Cl (veidojas normāls amonija hlorīda sāls); 2NH₃ + H2SO4=(NH4)2SO4.
- Reakcijas ar smago metālu sāļiem, veidojot kompleksus: 2NH₃ + AgCl=[Ag(NH₃)₂]Cl (veidojas kompleksi sudraba savienojumi (I) diamīna hlorīds).
- Reakcija ar halogēnalkāniem: NH3 + CH3Cl=[CH3NH3]Cl (metilamonija hidrohlorīda formas ir aizvietotais amonija jons NH4=).
- Reakcija ar sārmu metāliem: 2NH₃ + 2K=2KNH₂ + H₂ (veido kālija amīdu KNH₂; slāpeklis nemaina oksidācijas pakāpi, lai gan reakcija ir redoksreakcija). Pievienošanās reakcijas vairumā gadījumu notiek, nemainot oksidācijas pakāpi (visi iepriekš minētie, izņemot pēdējo, tiek klasificēti pēc šāda veida).
Secinājums
Amonjaks ir populāra viela, ko aktīvi izmanto rūpniecībā. Mūsdienās tas ieņem īpašu vietu mūsu dzīvē,jo lielāko daļu tā produktu lietojam katru dienu. Šis raksts būs noderīga lasāmviela daudziem, kas vēlas uzzināt par to, kas mūs ieskauj.
