АММИА́К

АММИА́К [сокр. от греч. ἅλς ἀμμωνιαϰός; лат. sal am­mo­niacus; так на­зы­вал­ся на­ша­тырь (хло­рид ам­мо­ния), ко­то­рый по­лу­ча­ли пу­тём сжи­га­ния верб­люжь­е­го на­во­за в оа­зи­се Ам­мо­ни­ум в Ли­вий­ской пус­ты­не], про­стей­шее хи­мич. со­еди­не­ние азо­та с во­до­ро­дом, NН₃; мно­го­тон­наж­ный про­дукт хи­мич. пром-сти.

Свойства

Мо­ле­ку­ла NН₃ име­ет фор­му пра­виль­ной пи­ра­ми­ды с ато­мом азо­та в вер­ши­не; свя­зи NН по­ляр­ны, энер­гия свя­зи NH 389,4 кДж/моль. У ато­ма N име­ет­ся не­по­де­лён­ная па­ра элек­тро­нов, ко­то­рая обу­слов­ли­ва­ет спо­соб­ность А. к об­ра­зо­ва­нию до­нор­но-акцеп­тор­ной и во­до­род­ной свя­зей. Мо­ле­ку­ла NН₃ спо­соб­на к ин­вер­сии – «вы­во­ра­чи­ва­нию на­из­нан­ку» пу­тём про­хож­де­ния ато­ма азо­та сквозь об­ра­зо­ван­ную ато­ма­ми во­до­ро­да плос­кость ос­но­ва­ния пи­ра­ми­ды.

А. – бес­цвет­ный газ с рез­ким за­па­хом; t_пл –77,7 °C; t_кип –33,35 °C; плот­ность га­зо­об­раз­но­го NН₃ (при 0 °C, 0,1 МПа) 0,7714 кг/м³; те­п­ло­та об­ра­зо­ва­ния А. из эле­мен­тов ΔН_обр –45,94 кДж/моль. Су­хая смесь А. с воз­ду­хом (15,5–28% по мас­се NН₃) спо­соб­на взры­вать­ся. Жид­кий NН₃ – бес­цвет­ная, силь­но пре­лом­ляю­щая свет жид­кость, хо­ро­ший рас­тво­ри­тель для мн. ор­га­нич. и не­ор­га­нич. со­еди­не­ний. А. лег­ко рас­тво­рим в во­де (33,1% по мас­се при 20 °C), не­сколь­ко ху­же в спир­те, аце­то­не, бен­золе, хло­ро­фор­ме. Рас­твор А. в во­де – ам­ми­ач­ная во­да – бес­цвет­ная жид­кость с за­па­хом А.; рас­твор, со­дер­жа­щий 10% по мас­се NН₃, име­ет тор­го­вое назв. на­ша­тыр­ный спирт. В вод­ном рас­тво­ре А. час­тич­но ио­ни­зи­ро­ван на N и ОН^–, что обу­слов­ли­ва­ет ще­лоч­ную ре­ак­цию рас­тво­ра (рK 9,247).

Раз­ло­же­ние А. на во­до­род и азот стано­вит­ся за­мет­ным при темп-ре вы­ше 1200 °C, в при­сут­ст­вии ка­та­ли­за­то­ров (Fe, Ni) – вы­ше 400 °C. А. весь­ма ре­ак­ци­он­но­спо­соб­ное со­еди­не­ние. Для не­го ти­пич­ны ре­ак­ции при­сое­ди­не­ния, в ча­ст­но­сти про­то­на при взаи­мо­дей­ст­вии с ки­сло­та­ми. В ре­зуль­та­те об­ра­зу­ют­ся со­ли ам­мо­ния, ко­то­рые по мн. свой­ст­вам по­доб­ны со­лям ще­лоч­ных ме­тал­лов. A. – ос­но­ва­ние Льюи­са, при­сое­ди­ня­ет не толь­ко Н⁺, но и др. ак­цеп­то­ры элек­тро­нов, напр. ВF₃ с об­ра­зо­ва­ни­ем ВF₃·NН₃. Дей­ст­ви­ем NН₃ на про­стые или ком­плекс­ные со­ли ме­тал­лов по­лу­ча­ют ам­миа­ка­ты, напр. цис-[PtCl₂(NH₃)₂] . Для А. ха­рак­тер­ны так­же ре­ак­ции за­ме­ще­ния. Ще­лоч­ные и щё­лоч­но­зе­мель­ные ме­тал­лы об­ра­зу­ют с NН₃ ами­ды (напр., NaNH₂). При на­гре­ва­нии в ат­мо­сфе­ре А. мн. ме­тал­лы и не­ме­тал­лы (Zn, Cd, Fe, Cr, B, Si и др.) об­ра­зу­ют нит­ри­ды (напр., BN). При темп-ре ок. 1000 °C NН₃ реа­ги­ру­ет с уг­ле­ро­дом, об­ра­зуя циа­но­во­до­род HCN и час­тич­но раз­ла­га­ясь на N₂ и Н₂. Об­ра­зу­ет с СО₂ кар­ба­мат ам­мо­ния NH₂COONH₄, ко­то­рый при темп-ре 160–200 °C и дав­ле­нии до 40 МПа рас­па­да­ет­ся на во­ду и мо­че­ви­ну. Во­до­род в А. мо­жет быть за­ме­щён га­ло­ге­на­ми. А. го­рит в ат­мо­сфе­ре О₂, об­ра­зуя во­ду и N₂. Ка­та­ли­тич. окис­ле­ни­ем А. (ка­та­ли­за­тор Рt) по­лу­ча­ют NO (ре­ак­цию ис­поль­зу­ют в про­из-ве азот­ной ки­сло­ты), окис­ле­ни­ем А. в сме­си с ме­та­ном – HCN.

Получение и применение

В при­ро­де А. об­ра­зу­ет­ся при раз­ло­же­нии азот­со­дер­жа­щих со­еди­не­ний. В 1774 Дж. При­стли впер­вые со­брал в ртут­ной ван­не А., об­ра­зую­щий­ся при дей­ст­вии из­вести на хло­рид ам­мо­ния. Ста­рей­ший пром. спо­соб по­лу­че­ния NН₃ – вы­де­ле­ние А. из от­хо­дя­щих га­зов при кок­со­ва­нии уг­ля.

Осн. совр. спо­соб по­лу­че­ния А. – син­тез его из азо­та и во­до­ро­да, пред­ло­жен­ный в 1908 Ф. Га­бе­ром. Син­тез А. в пром-сти осу­ще­ст­в­ля­ют по ре­ак­ции N₂+3Н₂⇄2NН₃. Сдви­гу рав­но­ве­сия впра­во спо­соб­ст­ву­ют по­вы­ше­ние дав­ле­ния и по­ни­же­ние темп-ры. Про­цесс про­во­дят при дав­ле­нии ок. 30 МПа и темп-ре 450–500 °C в при­сут­ст­вии ка­та­ли­за­то­ра – Fe, ак­ти­ви­ро­ван­но­го ок­си­да­ми K₂О, Аl₂О₃, СаО и др. При од­но­крат­ном про­хо­ж­де­нии че­рез мас­су ка­та­ли­за­то­ра воз­мож­но пре­вра­ще­ние в А. лишь 20–25% ис­ход­ной га­зо­вой сме­си; для пол­но­го пре­вра­ще­ния не­об­хо­ди­ма мно­го­крат­ная цир­ку­ля­ция. Осн. сы­рьё для по­лу­че­ния Н₂ в про­из-ве А. – при­род­ный го­рю­чий газ, пе­ре­ра­ба­ты­вае­мый ме­то­дом двух­сту­пен­ча­той па­ро­га­зо­вой кон­вер­сии ме­та­на.

Про­из-во А. вклю­ча­ет сле­дую­щие ста­дии: очи­ст­ку при­род­но­го га­за от сер­ни­стых со­еди­не­ний ка­та­ли­тич. гид­ри­рова­ни­ем их до Н₂S c по­сле­дую­щим по­гло­ще­ни­ем А. ZnO; па­ро­вую кон­вер­сию при­род­но­го га­за под дав­ле­ни­ем 3,8 МПа при темп-ре 860 °C на ка­та­ли­за­то­ре Ni – Al в труб­ча­той пе­чи (пер­вич­ный ри­фор­минг); па­ро­воз­душ­ную кон­вер­сию ос­та­точ­но­го ме­та­на в шахт­ном кон­вер­те­ре (вто­рич­ный ри­фор­минг) при 990–1000 °C и 3,3 МПа на ка­та­ли­за­то­ре Ni – Al; на этом эта­пе во­до­род обо­га­ща­ет­ся азо­том из ат­мо­сфер­но­го воз­ду­ха для по­лу­че­ния сме­си азо­та с во­до­ро­дом (со­от­но­ше­ние по объ­ё­му 1:3), по­сту­паю­щей на син­тез NН₃; кон­вер­сию СО до СО₂ и Н₂ сна­ча­ла при 450 °C и 3,1 МПа на ка­та­ли­за­то­ре Fe – Cr, за­тем при 200–260 °C и 3,0 МПа на ка­та­ли­за­то­ре Zn – Cr – Cu; очи­ст­ку Н₂ от СО₂ аб­сорб­ци­ей рас­тво­ром мо­но­эта­но­ла­ми­на или го­ря­чим рас­тво­ром K₂СО₃ при 2,8 МПа; очи­ст­ку сме­си Н₂ и N₂ пу­тём гид­ри­ро­ва­ния от ос­та­точ­ных СО и СО₂ в при­сут­ст­вии ка­та­ли­за­то­ра Ni – Al при 280 °C и 2,6 МПа; ком­при­ми­ро­ва­ние (сжа­тие) очи­щен­но­го га­за до 15–30 МПа и син­тез А. на же­лез­ном про­мо­ти­ро­ванном ка­та­ли­за­то­ре при 400–500 °C в ре­ак­то­ре син­те­за с на­сад­кой с ра­ди­аль­ным или ак­си­аль­ным хо­дом га­за. По­став­ляе­мый в пром-сть жид­кий А. со­дер­жит не ме­нее 99,96% по мас­се NH₃. В А., транс­пор­ти­руе­мый по тру­бо­про­во­ду, до­бав­ля­ет­ся до 0,2–0,4% Н₂О для ин­ги­би­ро­ва­ния кор­ро­зии ста­ли.

А. при­ме­ня­ют в про­из-ве азот­ной ки­сло­ты, мо­че­ви­ны, со­лей ам­мо­ния, ам­мо­фо­са, уро­тро­пи­на, со­ды (по ам­ми­ач­но­му ме­то­ду), как жид­кое удоб­ре­ние, в ка­че­ст­ве хла­да­ген­та и пр. Пу­чок мо­ле­кул NH₃ был ис­поль­зо­ван в ка­че­ст­ве ра­бо­че­го ве­ще­ст­ва в пер­вом кван­то­вом ге­не­ра­то­ре – ма­зе­ре (1954).

А. ток­си­чен. При со­дер­жа­нии в воз­ду­хе 0,02% А. по объ­ё­му раз­дра­жа­ет сли­зи­стые обо­лоч­ки. Жид­кий А. вы­зы­ва­ет силь­ные ожо­ги ко­жи.

Ми­ро­вое про­из-во А. (в пе­ре­счё­те на N) ок. 125,7 млн. т/год (2001), в т. ч. в РФ 11 млн. т/год.