Üks tähtsamaid lämmastikuühendeid on ammoniaak. Füüsikaliste omaduste järgi on see terava lämmatava lõhnaga värvitu gaas (see on ammooniumhüdroksiidi NH₃·H2O vesilahuse lõhn). Gaas on vees hästi lahustuv. Vesilahuses on ammoonium nõrk alus. See on keemiatööstuse üks olulisemaid tooteid.
NH₃ on hea redutseerija, kuna ammooniumimolekulis on lämmastiku madalaim oksüdatsiooniaste -3. Paljud ammoniaagi omadused on määratud üksikute elektronide paariga lämmastikuaatomis – selle olemasolu tõttu tekivad liitumisreaktsioonid ammoniaagiga (see üksikute paar asub prootoni H⁺ vabal orbiidil).
Kuidas saada ammoniaaki
Ammoniaagi saamiseks on kaks peamist praktilist meetodit: üks laboris, teine tööstuses.
Kaaluge ammoniaagi tootmist tööstuses. Molekulaarse lämmastiku ja vesiniku vastastikmõju: N₂ + 2H₂=2NH3(pöörduv reaktsioon). Seda ammoniaagi saamise meetodit nimetatakse Haberi reaktsiooniks. Molekulaarse lämmastiku ja vesiniku reageerimiseks tuleb neid kuumutada temperatuurini 500 ᵒC või 932 ᵒF, MPA rõhk peab olema 25-30. Katalüsaatorina peab olema poorne raud.
Laboratooriumis vastuvõtt toimub ammooniumkloriidi ja k altsiumhüdroksiidi vaheline reaktsioon: CA(OH)₂ + 2NH4Cl=CaCl2 + 2NH4OH (kuna NH4OH on väga nõrk ühend, laguneb see kohe gaasiliseks ammoniaagiks ja veeks: NH₄=NH₄ NH₃ + H₂O).
Ammoniaagi oksüdatsioonireaktsioon
Need toimuvad koos lämmastiku oksüdatsiooniastme muutumisega. Kuna ammoniaak on hea redutseerija, saab seda kasutada raskmetallide redutseerimiseks nende oksiididest.
Metalli redutseerimine: 2NH₃ + 3CuO=3Cu + N2 + 3H2O (Kui vask(II)oksiidi kuumutatakse ammoniaagi juuresolekul, väheneb punane vask metall).
Ammoniaagi oksüdeerumine tugevate oksüdeerivate ainete (näiteks halogeenide) juuresolekul toimub vastav alt võrrandile: 2NH₃ + 3Cl2=N₂ + 6HCl (see redoksreaktsioon nõuab kuumutamist). Ammoniaagiga kaaliumpermanganaadiga kokkupuutel aluselises keskkonnas täheldatakse molekulaarse lämmastiku, kaaliumpermanganaadi ja vee moodustumist: 2NH₃ + 6KMnO4+ 6KOH=6K2MnO4+ N₂ + 6H₂O.
Intensiivsel kuumutamisel (kuni 1200 °C või 2192 ᵒF) võib ammoniaak laguneda lihtsateks aineteks: 2NH₃=N₂ + 3H₂. Temperatuuril 1000 oC või temperatuuril 1832 ammoniaak reageerib metaaniga CH4: 2CH₄ + 2NH₃ + 3O2=2HCN + 6H2O (vesiniktsüaniidhape ja vesi). Ammoniaagi oksüdeerimisel naatriumhüpokloritiga saab hüdrasiin H2X4saada: 2NH3 + NaOCl=N2H4 + NaCl + H 2O
Ammoniaagi põletamine ja selle katalüütiline oksüdatsioon hapnikuga
Ammoniaagi oksüdeerimisel hapnikuga on teatud omadused. Oksüdatsioonil on kaks erinevat tüüpi: katalüütiline (katalüsaatoriga), kiire (põlemine).
Põlemisel toimub redoksreaktsioon, mille produktideks on molekulaarne lämmastik ja vesi: 4NH3 + 2O2=2N2 + 6H2O ammoniaagi isesüttimine). Katalüütiline oksüdeerumine hapnikuga toimub ka kuumutamisel (umbes 800 ᵒC või 1472 ᵒF), kuid üks reaktsiooniproduktidest on erinev: 4NH₃ + 5O₂=4NO + 6H₂O (plaatina või raud-, mangaani- või kob alt-, kroomioksiidide juuresolekul). katalüsaator, oksüdatsiooniproduktideks on lämmastikuoksiid (II) ja vesi).
Mõelge ammoniaagi homogeensele oksüdatsioonile hapnikuga. Ammoniaagi gaasisektsiooni kontrollimatu monotoonne oksüdatsioon on suhteliselt aeglane reaktsioon. Seda pole üksikasjalikult kirjeldatud, kuid ammoniaagi-õhu segude alumine süttivuspiir 25 °C juures on rõhuvahemikus 1-10 baari umbes 15% ja väheneb gaasisegu algtemperatuuri tõustes.
Kui CNH~ on NH3 mooliosa õhu-ammoniaagi segus, mille temperatuur on segatud (OC), siis andmetest CNH=0,15-0 järeldub et süttimispiir on madal. Seetõttu on mõistlik töötada piisava ohutusvaruga alla alampiirituleohtlikkus, reeglina on andmed ammoniaagi õhuga segamise kohta sageli kaugel täiuslikkusest.
Keemilised omadused
Mõelge ammoniaagi kontaktoksüdatsioonile lämmastikoksiidiks. Tüüpilised keemilised reaktsioonid ammoniaagiga ilma lämmastiku oksüdatsiooniastet muutmata:
- Reaktsioon veega: NH₃ + H2O=NH4OH=NH4⁺ + he⁻ (reaktsioon on pöörduv, kuna ammooniumhüdroksiid NH4OH on ebastabiilne ühend).
- Reaktsioon hapetega normaalsete ja happeliste soolade moodustamiseks: NH₃ + HCl=NH₄Cl (tekib tavaline ammooniumkloriidsool); 2NH3 + H2SO4=(NH4)₂SO4.
- Reaktsioonid raskmetallide sooladega komplekside moodustamiseks: 2NH₃ + AgCl=[Ag(NH₃)₂]Cl (moodustuvad komplekssed hõbedaühendid (I) diamiinkloriid).
- Reaktsioon haloalkaanidega: NH3 + CH3Cl=[CH3NH3]Cl (metüülammooniumvesinikkloriidi vormid on asendatud ammooniumiioonid NH4=).
- Reaktsioon leelismetallidega: 2NH₃ + 2K=2KNH₂ + H₂ (moodustab kaaliumamiidi KNH₂; lämmastik ei muuda oksüdatsiooniastet, kuigi reaktsioon on redoksreaktsioon). Enamasti toimuvad liitumisreaktsioonid oksüdatsiooniastet muutmata (kõik ül altoodud, välja arvatud viimane, liigitatakse selle tüübi järgi).
Järeldus
Ammoniaak on populaarne aine, mida kasutatakse aktiivselt tööstuses. Tänapäeval on sellel meie elus eriline koht,kuna kasutame enamikku selle toodetest iga päev. See artikkel on kasulik lugemine paljudele, kes tahavad teada, mis meid ümbritseb.
