АММИА́К
-
Рубрика: Химия
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
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; tпл –77,7 °C; tкип –33,35 °C; плотность газообразного NН3 (при 0 °C, 0,1 МПа) 0,7714 кг/м3; теплота образования А. из элементов ΔНобр –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.