Аммиа́к (от греч. hals ammoniakos — амонова соль, нашатырь, который получали около храма бога Амона в Египте), NH3, бесцветный газ с резким запахом. Молекула имеет форму правильной пирамиды. Связи N—H полярны. Молярная масса 17 г/моль. Плотность 0, 639 г/дм3. Температура кипения –33, 35 °C, температура плавления –77, 7 °C. Критическая температура 113 °C, критическое давление 11, 425 кПа. Теплота испарения 23, 27 кДж/моль, теплота плавления 5, 86 кДж/моль.
Впервые чистый аммиак был получен в 1774 году британским естествоиспытателем и химиком Джозефом Пристли. Промышленную технологию получения аммиака разработали и осуществили в 1913 году немецкие ученые Ф. Габер и К. Бош, получившие за свои исследования Нобелевские премии.
В промышленности аммиак получают в стальных колоннах синтеза, наполненных катализатором — пористым железом. Через колонну под давлением 30 МПа и при температуре 420-500 °C пропускают смесь азота и водорода. Так как реакция
3Н2 + N2 = 2NH3 + 104 кДж
обратима, при однократном проходе газовой смеси через колонну в аммиак превращается не более 15-25% исходных веществ. Для полного превращения необходима многократная циркуляция, которую осуществляют с помощью компрессора. В цикл непрерывно вводят свежую газовую смесь взамен использованной на образование аммиака.
В лаборатории газообразный аммиак получают нагреванием аммиачной воды или твердой смеси NH4Сl и Сa(OH)2:
2NH4Сl + Сa(OH)2 = 2NH3 + CaCl2 + 2H2О
Для осушения аммиака его пропускают через смесь извести с едким натром.
Хорошо растворим в воде (700 объемов NH3 в 1 объеме воды при комнатной температуре). Максимальная массовая концентрация (%) аммиака в водном растворе 42, 8 (0 °C), 33, 1 (20 °C), 23, 4 (40 °C). Плотность водных растворов аммиака (кг/дм3): 0, 97 (8% по массе), 0, 947 (16%), 0, 889 (32 %). Раствор аммиака в воде называют аммиачной водой, ее концентрация 25%. В водном растворе аммиак частично ионизирован, что обусловливает щелочную реакцию раствора:
NH3 + Н2О = NH4+ + ОН–
На самом деле молекул NH4ОН в растворе не существует. Атом N в молекуле аммиака связан тремя ковалентными связями с атомами водорода и сохраняет при этом одну неподеленную пару. Он не может быть соединен с атомами кислорода и водорода пятью полярными ковалентными связями. Имеется в виду гидратированный аммиак, NН3·Н2О.
Аммиак проявляет свойства основания (основания Бренстедта). В кислой среде молекула NH3 присоединяет ион Н+, образуется ион аммония NH4+. Реагируя с кислотами, аммиак нейтрализует их, образуя соли аммония:
NH3 + HCl = NH4Cl
Большинство солей аммония бесцветны и хорошо растворимы в воде. Растворы солей, образованные аммиаком и сильными кислотами, имеют слабокислую реакцию.
Смесь аммиака и воздуха взрывоопасна. Но горит аммиак только в чистом кислороде бледным зеленым пламенем:
4NH3 + 3О2 = 2N2 + 6Н2О,
применение платинового катализатора, образуется оксид азота (II) NО:
4NH3 + 5О2 = 4NО + 6Н2О
Аммиак обладает восстановительными свойствами:
2NH3 + Fe2O3 = 2Fe + N2 + 3H2O
При определенных условиях аммиак реагирует с галогенами. Щелочные и щелочно-земельные металлы реагируют с жидким и газообразным аммиаком, давая амиды. При нагревании в Атмосфере аммиака многие металлы и неметаллы (Zn, Cd, Fe, Cr, B, Si и другие) образуют нитриды. Жидкий аммиак взаимодействует с серой:
10S + 4 NH3 = 6 Н2S + N4S4При 1000 °C аммиак реагирует с углем, образуя HCN и частично разлагаясь на азот и водород.
В промышленности аммиак используют при получении азотной кислоты HNO3, в производстве азотных минеральных удобрений, в качестве хладагента. Аммиачная вода является азотным удобрением. Нашатырный спирт используют в медицине.
Аммиак ядовит, ПДК 20 мг/м3. Жидкий аммиак вызывает сильные ожоги. При содержании в воздухе 0, 5% по объему аммиак сильно раздражает слизистые оболочки. При остром отравлении поражаются глаза и дыхательные пути. При хроническом отравлении — расстройство пищеварения, катар верхних дыхательных путей, ослабление слуха.
Авторы: С.С. Бердоносов, П.С. Бердоносов