Аммиак, его физические и химические свойства, получение и применение

Научиться описывать строение, физические и химические свойства аммиака, а также объяснять способы его получения и области применения.

Аммиак — один из важнейших продуктов химической промышленности: из него делают азотные удобрения, без которых невозможно современное сельское хозяйство. Он также входит в состав многих бытовых средств и используется в медицине.

• Аммиак — это бинарное соединение азота и водорода с формулой NH₃, при нормальных условиях — бесцветный газ с характерным резким запахом.
• Молекула аммиака имеет форму тригональной пирамиды, атом азота образует три ковалентные связи с атомами водорода и одну донорно-акцепторную связь с ионом водорода.
• Аммиак очень хорошо растворим в воде: при 20 °C в одном объёме воды растворяется около 700 объёмов аммиака.
• Водный раствор аммиака обладает слабощелочными свойствами из-за образования гидроксида аммония (NH₄OH).
• Аммиак проявляет свойства основания и восстановителя, реагирует с кислотами, водой, кислородом и оксидами металлов.
• В промышленности аммиак получают синтезом из азота и водорода при высоком давлении и температуре с использованием катализатора (процесс Габера).
• В лаборатории аммиак получают нагреванием смеси хлорида аммония и гашёной извести.
• Аммиак широко применяется для производства азотных удобрений, азотной кислоты, взрывчатых веществ, в холодильной технике и медицине.

Аммиак

Бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворимый в воде, формула NH₃.

Аммиачная вода

Водный раствор аммиака, который содержит гидроксид аммония и обладает слабощелочными свойствами.

Нашатырный спирт

10%-ный водный раствор аммиака, используемый в медицине и быту.

Соли аммония

Кристаллические вещества, образующиеся при взаимодействии аммиака с кислотами, содержат ион NH₄⁺.

Донорно-акцепторная связь

Химическая связь, при которой один атом (донор) предоставляет электронную пару, а другой (акцептор) — свободную орбиталь.

Синтез Габера

Промышленный процесс получения аммиака из азота и водорода при высоком давлении и температуре с катализатором.

• Молекула NH₃ имеет пирамидальное строение, угол между связями H–N–H составляет около 107°.
• Аммиак легче воздуха (плотность 0,77 г/л), поэтому его собирают в перевёрнутый сосуд.
• Растворимость аммиака в воде — около 700 объёмов на 1 объём воды при 20 °C.
• При растворении в воде аммиак образует слабое основание: NH₃ + H₂O ⇌ NH₄OH ⇌ NH₄⁺ + OH⁻.
• Аммиак горит в кислороде с образованием азота и воды: 4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O.
• В присутствии катализатора аммиак окисляется до оксида азота(II): 4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O.
• Аммиак реагирует с кислотами, образуя соли аммония: NH₃ + HCl → NH₄Cl.
• Промышленный синтез аммиака: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ + Q (процесс идёт при 400–500 °C, давлении 15–30 МПа, с катализатором Fe₃O₄).

1. Пример 1случай
   • При внесении в почву аммиачной селитры (NH₄NO₃) растения получают необходимый азот для роста
2. Пример 2случай
   • В быту нашатырный спирт используют для выведения пятен и чистки стекол благодаря его щелочным свойствам
3. Пример 3случай

   В холодильниках аммиак используется как хладагент

   Пояснение

   • он легко испаряется, поглощая тепло
4. Пример 4случай

   При взаимодействии аммиака с соляной кислотой образуется белый дым

   Пояснение

   • хлорид аммония, что можно наблюдать при поднесении палочки, смоченной кислотой, к открытому сосуду с аммиаком

• Аммиак был впервые получен в 1774 году Джозефом Пристли, который назвал его «щелочным воздухом».
• В 1918 году Фриц Габер получил Нобелевскую премию за синтез аммиака, что позволило производить удобрения в промышленных масштабах и спасти миллионы людей от голода.
• В космосе аммиак обнаружен в атмосферах планет-гигантов, например, Юпитера и Сатурна.
• Нашатырный спирт используется для стимуляции дыхания при обмороках: его резкий запах рефлекторно возбуждает дыхательный центр.

• Аммиак ядовит: при вдыхании вызывает раздражение дыхательных путей, поэтому работать с ним нужно в вытяжном шкафу или при хорошей вентиляции.
• Нельзя нюхать аммиак, вдыхая его глубоко, — следует осторожно направлять пары рукой к носу.
• При работе с концентрированным раствором аммиака избегать попадания на кожу и в глаза — использовать защитные очки и перчатки.
• Аммиак образует взрывоопасные смеси с воздухом, поэтому в лаборатории запрещено использовать открытый огонь вблизи источников аммиака.

• Соли аммония (следующий урок)
• Азотная кислота и её соли
• Азот и его соединения
• Кислородные соединения азота
• Химическая связь и строение молекул