Ammoniaak on vees suurepäraselt lahustuv gaas: ühes liitris võib lahustuda kuni 700 liitrit gaasilist ühendit. Selle tulemusena ei moodustu mitte ainult ammoniaakhüdraat, vaid ka hüdroksüülrühmade osakesed, aga ka ammoonium. See on ioon, mis tekib gaasimolekulide ja veest eraldatud vesiniku prootonite koosmõjul. Meie artiklis käsitleme selle omadusi ja rakendusi tööstuses, meditsiinis ja igapäevaelus.
Kuidas tekivad ammooniumiosakesed
Üks levinumaid keemiliste sidemete liike, mis on iseloomulik nii anorgaanilistele ühenditele kui orgaanilistele ainetele, on kovalentne side. Seda saab moodustada nii vastassuunalise pöörlemise - spinni - elektronpilvede kattumisel kui ka doonor-aktseptormehhanismi abil. Nii tekib ammoonium, mille valem on NH4+. Sel juhul moodustub keemiline side ühe aatomi vaba orbitaali abilja kahte elektroni sisaldav elektronpilv. Lämmastik varustab iooni oma negatiivsete osakeste paariga ja vesiniku prootonil on vaba 1s orbitaal. Kahe elektroni lähenemise hetkel muutub selle ja H-aatomi jaoks tavaliseks lämmastikupilv. Seda struktuuri nimetatakse molekulaarseks elektronipilveks, milles moodustub neljas kovalentne side.
Doonor-aktsepteerija mehhanism
Osakest, mis annab elektronpaari, nimetatakse doonoriks ja neutraalset aatomit, mis loovutab tühja elektronraku, nimetatakse aktseptoriks. Moodustunud sidet nimetatakse doonor-aktseptoriks või koordinatsiooniks, unustamata, et tegemist on klassikalise kovalentse sideme erijuhtumiga. Ammooniumiioon, mille valem on NH4+, sisaldab nelja kovalentset sidet. Neist kolm, mis ühendavad lämmastiku- ja vesinikuaatomeid, on tavalised kovalentsed liigid ja viimane on koordinatsiooniside. Sellest hoolimata on kõik neli liiki üksteisega absoluutselt samaväärsed. Veemolekulide ja Cu2+ ioonide interaktsioon kulgeb sarnaselt. Sel juhul moodustub kristallilise vasksulfaadi makromolekul.
Ammooniumisoolad: omadused ja tootmine
Liitmisreaktsioonis tekib vesinikiooni ja ammoniaagi interaktsiooni tulemusena NH4+ ioon. NH3 molekul käitub aktseptorina, seetõttu on sellel väljendunud alusomadused. Reaktsioon anorgaaniliste hapetega põhjustab soolamolekulide ilmumist: kloriid, sulfaat, ammooniumnitraat.
NH3 + HCl=NH4Cl
Ammoniaagi lahustamise protsess vees viib samuti ammooniumiooni moodustumiseni, mille saab saada võrrandiga:
NH3 + H2O=NH4+ + OH-
Selle tulemusena suureneb hüdroksüülosakeste kontsentratsioon ammoniaagi vesilahuses, mida nimetatakse ka ammooniumhüdroksiidiks. See toob kaasa asjaolu, et keskkonna reaktsioon muutub leeliseliseks. Seda saab määrata indikaatori - fenoolftaleiini abil, mis muudab oma värvi värvitust vaarikaks. Enamik ühendeid on vees kergesti lahustuvate värvitute kristalsete ainete kujul. Paljudes oma ilmingutes sarnanevad nad aktiivsete metallide sooladega: liitium, naatrium, rubiidium. Suurimaid sarnasusi võib leida kaaliumi- ja ammooniumisoolade vahel. Seda seletatakse kaaliumioonide ja NH4+ raadiuste sarnaste suurustega. Kuumutamisel lagunevad need gaasiliseks ammoniaagiks.
NH4Cl=NH3 + HCl
Reaktsioon on pöörduv, kuna selle saadused võivad taas üksteisega suhelda, moodustades ammooniumsoola. Ammooniumkloriidi lahuse kuumutamisel aurustuvad NH3 molekulid koheselt, mistõttu on kuulda ammoniaagi lõhna. Seetõttu on kvalitatiivne reaktsioon ammooniumioonile selle soolade termiline lagunemine.
Hüdrolüüs
Ammoniaagiveel on nõrga aluse omadused, mistõttu NH4+ osakesi sisaldavad soolad läbivad vahetusprotsessi veega – hüdrolüüsi. Ammooniumkloriidi või sulfaadi lahustel on kergelt happeline reaktsioon, kuna neisvesinikkatioonide liig koguneb. Kui lisate neile leelist, näiteks naatriumhüdroksiidi, seovad hüdroksüülosakesed vesiniku prootoneid, moodustades veemolekule. Näiteks ammooniumkloriidi hüdrolüüs on soola ja vee vaheline vahetusreaktsioon, mis viib nõrga elektrolüüdi - NH4OH moodustumiseni.
Ammooniumisoolade termilise lagunemise tunnused
Enamik selle rühma ühendeid moodustavad kuumutamisel gaasilise ammoniaagi, protsess ise on pöörduv. Kui aga soolal on väljendunud oksüdeerivad omadused, näiteks ammooniumnitraat on üks neist, siis kuumutamisel laguneb see pöördumatult lämmastikmonooksiidiks ja veeks. See reaktsioon on redoksreaktsioon, milles redutseerijaks on ammooniumiioon ja oksüdeerijaks on nitraathappe happejäägi anioon.
Ammoniaagiühendite väärtus
Nii gaasil ammoniaagil endal kui ka enamikul selle sooladel on lai valik rakendusi tööstuses, põllumajanduses, meditsiinis ja igapäevaelus. Madalrõhul (umbes 7–8 atm) gaas veeldub kiiresti, neelates suurel hulgal soojust. Seetõttu kasutatakse seda külmutusseadmetes. Keemialaborites kasutatakse ammooniumhüdroksiidi katseteks sobiva nõrga lenduva alusena. Suurem osa ammoniaagist kasutatakse nitraathappe ja selle soolade – oluliste mineraalväetiste – nitraadi saamiseks. Ammooniumnitraadil on eriti kõrge lämmastikusisaldus. Seda kasutatakse ka pürotehnikas ja lammutustöödel valmistamisellõhkeained – ammonaalid. Ammoniaak, mis on ammooniumkloriid, on leidnud rakendust galvaanilistes elementides, puuvillaste kangaste tootmisel ja metallide jootmisprotsessides.
Aine kiirendab sel juhul oksiidkilede eemaldamist metalli pinn alt, mis muundatakse kloriidideks või redutseeritakse. Meditsiinis kasutatakse terava lõhnaga ammoniaaki teadvuse taastamiseks pärast patsiendi minestamist.
Oma artiklis uurisime ammooniumhüdroksiidi ja selle soolade omadusi ja kasutamist erinevates tööstusharudes ja meditsiinis.
