Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
У великій сім'ї нітрогену є дивна сполука - NH4 . У вільному вигляді воно ніде не зустрічається, а в солях грає роль лужного металу. Назву "амоній" запропонував в 1808 році знаменитий англійський хімік Хемфрі Деві. Латинське слово ammonium колись означало: сіль з Амонії. Амонія - область в Лівії. Там знаходиться храм єгипетського бога Амона, на ім’я якого і назвали всю область. У Амонії здавна отримували амонійні солі ( насамперед нашатир), спалюючи верблюжий гній. При розпаді солей виходив газ, який зараз називають аміаком.
З 1787 року (в тому самому році, коли був прийнятий термін "нітроген" комісія з хімічної номенклатури дала цьому газу ім'я ammoniaque (амоніак). Російському хіміку Я.Д. Захарову ця назва показалася дуже довгим, і в 1801 році він виключив з нього дві букви. Так вийшов аміак...
Азот утворює декілька сполук з гідрогеном; з них найбільше значення має аміак. Аміак - був відомий задовго до отримання нітрогену у вільному стані. Аміак є середньою ланкою в кругообігу нітрогену в природі
Молекула NH3 , та, що утворюється при взаємодії трьох р-електронів атома нітрогену з s-електронами трьох атомів гідрогену має структуру піраміди, у вершині якій знаходиться атом азоту, а у вершинах основи атоми гідрогену. І в цьому випадку можна чекати, що кути між N-H будуть рівні 90o градусів. Ці висновки про взаємне розташування атомів в молекулі NH3 відповідає дійсності. Значна полярність аміаку ( µ=1,48 D ), а також дані структурних досліджень свідчать про те, що молекула NH3 побудована в формі піраміди. Проте кути між зв'язками (валентні кути) відрізняються від 90o, в молекулі NH3 рівний 107,3o .
Для пояснення відмінності валентних кутів в молекулі NH3 від 90o потрібно брати до уваги, що стійкому стану молекули відповідає така її геометрична структура і таке просторове розташування електронних хмар зовнішніх оболонок атомів, яким відповідає найменша потенційна енергія молекули. Це приводить до того, що при утворенні молекули форми і взаємне розташування атомних електронних хмар змінюється в порівнянні з їх формами і взаємним розташуванням у вільних атомах. У результаті досягається більш повне перекриття валентних електронних хмар, отже, утворення більш міцних ковалентних зв'язків. У рамках методу валентних зв'язків така перебудова електронної структури атома розглядається на основі уявлення про гібридизацію атомних орбіталей.
При утворенні молекули аміаку відбувається sp3 - гібридизація атомних орбіталей центрального атома (нітрогену). Саме тому валентний кут HNH (107,3o) близький до тетраедричного. Невелика відмінність цього кута від 109,5o пояснюється, асиметрією в розподілі електронних хмар навколо ядра атома нітрогену: з чотирьох електронних пар три беруть участь в утворенні зв'язків N-H, а одна залишається неподіленою.
Аміак - безбарвний газ з характерним різким запахом ( запах " нашатирного спирту).Це отруйний газ. Спричиняє ураження верхніх дихальних шляхів, може призвести до набряку легких і смерті. Ознаки - нежить, кашель, утруднене дихання, задушення. Пари аміаку сильно роздратовують слизисті оболонки, викликаючи, зуд, почервоніння шкіри, біль в очах, сльози.
При охолоджуванні до -33,4oC аміак під звичайним тиском перетворюється в прозору рідину, а при -78 oC аміак замерзає.
Аміак дуже добре розчиняється у воді (краще за інші гази): 1 об'єм води розчиняє при кімнатній температурі біля 700 об'ємів аміаку. Концентрований розчин містить 25 % (маси) NH3 і має густину 0,91 г/ см3. Розчин аміаку у воді іноді називають нашатирним спиртом. З підвищенням температури розчинність аміаку зменшується. Тому він виділяється при нагріванні з концентрованого розчину, чому іноді користуються в лабораторіях для отримання невеликих кількостей газоподібного аміаку
Хімічні властивості
У хімічному відношенні аміак досить активний він вступає у взаємодію з багатьма речовинами. У аміаку нітроген має саму низьку ступінь окислення (-3). Тому аміак володіє тільки відновними властивостями.
Атом нітрогенуу в молекулі аміаку пов'язаний трьома ковалентними зв’язками з атомами гідрогену і зберігає при цьому одну неподілену електронну пару:
Виступаючи як донор електронної пари, атом нітрогену може брати участь в утворенні за донорно-акцепторному способом четвертого ковалентного зв'язку з іншими атомами або іонами, що володіють електронноакцепторними властивостями. Цим пояснюється надзвичайно характерна для аміаку здатність вступати в реакції приєднання.
Американський популяризатор науки Е. Слоссон вельми дотепно помітив: "Завжди говорилося, що англійці панують на морі, а французи - на суші, німцям же залишається тільки повітря. До цього жарту німці віднеслися неначе б то серйозно і прийнялися використати повітряне царство для нападу на англійців і французів (перша світова війна ). .. Кайзер... володів цілим флотом цепелінів і таким способом фіксації нітрогену, який не був відомий ніякій іншій нації. Цепеліни розривалися, як мішки з повітрям, але заводи, фіксуючі нітроген, продовжували працювати і зробили Німеччину незалежною від Чілі не тільки в роки війни, але і в мирний час "... Мова йде про синтез аміаку - основному процесі сучасної індустрії пов'язаного азоту.
Слоссон був не зовсім правий, кажучи про те, що спосіб фіксації нітрогену в аміак не був відомий ніде, крім Німеччини. Теоритичні основи цього процесу були закладені французькими і англійськими вченими.
Аміак отримують в процесі взаємодії газоподібного азоту повітря і водня (звичайно з природного газу) при температурі 400 500°С і тиску в декілька стільників атмосфер в присутності каталізаторів:
N2 + 3H2 2NH3
Крім прямого синтезу аміаку з елементів, промислове значення для скріплення азоту повітря має розроблений в 1905 цианамідний метод, заснований на тому, що при 1000oС карбід кальцію (що отримується розжарюванням суміші звістці вугілля в електричній печі) реагує з вільним азотом:
CaC2 + N2 CaCN2 + C.
Цианамід кальцію, що утворюється при дії перегрітої водяної пари розкладається з виділенням аміаку:
CaCN2 + 3H2O CaCO3 + 2NH3.
У лабораторії аміак звичайно отримують, нагріваючи хлорид амоній NH4Cl з
вапном Ca(OH)2. Реакція виражається рівнянням:
2NH4Cl + Ca(OH)2 CaCl2 +2H2O + 2NH3
Аміак, що виділяється містить пари води. Для осушення його пропускають через натронне вапно (суміш вапна з їдким натром).
Аміак навіть при невисокому тиску (0,7-0,8 МПа) легко перетворюється в рідину, оскільки при випаровуванні рідкого аміаку поглинається велика кількість теплоты (1,37кДж на один грам) те рідкий аміак використовується в різних холодильних установках.
Сучасні промислові способи отримання нітратної кислоти
засновані на каталітичному окисленні аміаку киснем повітря. При описі властивостей аміаку було указано, що він горить в кисні, причому продуктами реакції є вода і вільний азот. Але в присутності каталізаторів - окислення аміаку киснем може протікати інакше. Якщо пропускати суміш аміаку з повітрям над каталізатором, то при 750°С і певному складі суміші відбувається майже повне перетворення.
Як каталізатори при окисленні аміаку використовують сплави на основі платини.
Нітратна кислота, що отримується окисленням аміаку має концентрацію, що не перевищує 60%. При необхідності її концентрують,
Промисловістю випускається розбавлена нітратна кислота концентрацією 55, 47 і 45%, а концентрована 98 і 97%, Концентровану кислоту перевозять в алюмінієвих цистернах, розбавлену в цистернах з кислототривкої сталі.
Основними початковими продуктами при виробництві добрив є аміак NH3 і нітратна кислота HNO3. Біля 70% всіх нітрогенних добрив в нашій країні випускається у вигляді аміачної селітри сечоевини, або карбаміду- CO(NH2)2 (46% N). Це гранульовані або дрібнокристалічні солі білого кольору, легко розчинні у воді. Завдяки порівняно високому змісту азоту, непоганим при правильному зберіганні властивостям і високій ефективності практично у всіх ґрунтових зонах і на всіх культурах аміачна селітра і сечовина є універсальними азотними добривами. Слідує, однак, враховувати ряд їх специфічних особливостей.
Біля 10% випуску азотних добрив складають аміачна вода NH4OH (20,5 і 16% N) і безводний аміак NH3 (83% N). При транспортуванні, зберіганні і внесенні цих добрив потрібно вживати заходів до усунення втрат аміаку. Ємкості для безводного аміаку повинні бути розраховані на тиск не менше за 20 атм. Втрат нітрогену під час внесення рідких аміачних добрив можна уникнути шляхом закладення на глибину 10 18 см водного і 16 20 см безводного аміаку. На легких піщаних ґрунтах глибина розміщення добрив повинна бути більшою, ніж на глинистих.
Аміачний азот фіксується ґрунтом, і тому рідкі азотні добрива вносять не тільки весною під посів ярових культур і під просапні культури в підгодівлю, але і восени під озимі і при оранці.
Досить широко застосовується в сільському господарстві сульфат амоній (NH4)2SО4 (20% N), побічний продукт промисловості. Це ефективне добриво з хорошими фізичними властивостями, одна з кращих форм азотних добрив в умовах зрошування. При систематичному застосуванні сульфату амонію на дереново-підзольних ґрунтах можливо підкислення їх.
Практичне значення з азотних добрив мають також аміакати - розчини солей, які містять нітроген (аміачної селітри, сечовини, карбонату амонію) в концентрованому водному аміаку. Звичайне це полупродукти хімічного виробництва, що мають високу концентрацію азоту (35 50%). Ці добрива по ефективності не поступаються твердим добривам, але вимагають для перевезення ємностей з антикорозійним покриттям. При внесенні аміакатів у ґрунт необхідно вживати заходів, що виключають втрати аміаку.