Нитрит водорода что это
Аммиак: получение и свойства
Аммиак
Строение молекулы и физические свойства
В молекуле аммиака NH3 атом азота соединен тремя одинарными ковалентными полярными связями с атомами водорода:
Геометрическая форма молекулы аммиака — правильная треугольная пирамида. Валентный угол H-N-H составляет 107,3 о :
Аммиак – бесцветный газ с резким характерным запахом. Ядовит. Весит меньше воздуха. Связь N-H — сильно полярная, поэтому между молекулами аммиака в жидкой фазе возникают водородные связи. При этом аммиак очень хорошо растворим в воде, т.к. молекулы аммиака образуют водородные связи с молекулами воды.
Способы получения аммиака
В лаборатории аммиак получают при взаимодействии солей аммония с щелочами. Поск ольку аммиак очень хорошо растворим в воде, для получения чистого аммиака используют твердые вещества.
Тщательно растирают ступкой смесь соли и основания и нагревают смесь. Выделяющийся газ собирают в пробирку (аммиак — легкий газ и пробирку нужно перевернуть вверх дном). Влажная лакмусовая бумажка синеет в присутствии аммиака.
Видеоопыт получения аммиака из хлорида аммония и гидроксида кальция можно посмотреть здесь.
Еще один лабораторный способ получения аммиака – гидролиз нитридов.
В промышленности аммиак получают с помощью процесса Габера: прямым синтезом из водорода и азота.
Процесс проводят при температуре 500-550 о С и в присутствии катализатора. Для синтеза аммиака применяют давления 15-30 МПа. В качестве катализатора используют губчатое железо с добавками оксидов алюминия, калия, кальция, кремния. Для полного использования исходных веществ применяют метод циркуляции непровзаимодействовавших реагентов: не вступившие в реакцию азот и водород вновь возвращают в реактор.
Более подробно про технологию производства аммиака можно прочитать здесь.
Химические свойства аммиака
1. В водном растворе аммиак проявляет основные свойства (за счет неподеленной электронной пары). Принимая протон (ион H + ), он превращается в ион аммония. Реакция может протекать и в водном растворе, и в газовой фазе:
Видеоопыт растворения аммиака в воде можно посмотреть здесь.
2. Как основание, аммиак взаимодействует с кислотами в растворе и в газовой фазе с образованием солей аммония.
Еще один пример : аммиак взаимодействует с водным раствором углекислого газа с образованием карбонатов или гидрокарбонатов аммония:
Видеоопыт взаимодействия аммиака с концентрированными кислотами – азотной, серной и и соляной можно посмотреть здесь.
В газовой фазе аммиак реагирует с летучим хлороводородом. При этом образуется густой белый дым – это выделяется хлорид аммония.
NH3 + HCl → NH4Cl
Видеоопыт взаимодействия аммиака с хлороводородом в газовой фазе (дым без огня) можно посмотреть здесь.
4. Соли и гидроксиды меди, никеля, серебра растворяются в избытке аммиака, образуя комплексные соединения – аминокомплексы.
Гидроксид меди (II) растворяется в избытке аммиака:
Если реакцию проводить в присутствии катализатора (Pt), то азот окисляется до NO:
Также возможно образование Na2NH, Na3N.
При взаимодействии аммиака с алюминием образуется нитрид алюминия:
2NH3 + 2Al → 2AlN + 3H2
Пероксид водорода также окисляет аммиак до азота:
2NH3 + 3CuO → 3Cu + N2 + 3H2O
I. Газообразный аммиак взаимодействует:
с кислородом (без катализатора) 4NH3 + 3О2 = 2N2 + 6Н2О
с кислородом (в присутствии катализаторов Pt) 4NH3 + 5О2 = 4NO + 6Н2О
с оксидами малоактивных металлов 2NH3 + ЗСuО = N2 + ЗСu + ЗН2О
II. Растворенный в воде аммиак реагирует с различными окислителями, например:
Образующийся при взаимодействии с водой гидрат аммиака частично диссоциирует:
Реакции с кислотами.
Взаимодействует со всеми кислотами, например: NH3 + HNO3 = NH4NO3 нитрат аммония
Реакции с солями металлов.
При пропускании аммиака в водные растворы солей металлов, гидроксиды которых очень плохо растворяются в воде, происходит осаждение Ме(ОН)x:
Благодаря образованию растворимых аммиакатов в водном растворе аммиака растворяются нерастворимые в Н2О оксиды, гидроксиды и соли металлов-комплексообразователей.
В частности, в аммиаке легко растворяются Аg2О, Cu2O, Cu(OH)2, AgCl;
AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]Cl хлорид диамминсеребра (I)
Аммиачные растворы Ag2O, Cu2O, Си(ОН)2 используются как реактивы в качественном анализе (обнаружение альдегидов, многоатомных спиртов).
Аммиак используют для синтеза алкиламинов, аминокислот и амидов, например:
Соли аммония
Способы получения
1. Пропускание аммиака через растворы кислот (см. хим. св-ва NH3).
2. Взаимодействие аммиака с газообразными галогеноводородами: NH3(г.) + НВr (г.) = NH4Br (тв.)
Химические свойства
(специфические для солей аммония)
1.Сильные основания вытесняют NH3 из солей аммония:
Это качественная реакция на ион NH4 + (выделяющийся NH3 определяют по запаху или по посинению влажной красной лакмусовой бумажки).
2. При нагревании соли аммония разлагаются:
a) при разложении солей аммония, содержащих неокисляющий анион, выделяется NH3:
б) если соль содержит анион-окислитель, то происходит внутримолекулярное окислительно-восстановительное разложение:
3. В водных растворах соли аммония гидролизуются по катиону:
Аммиак: степень окисления, определение валентности элемента
К категории летучих водородных соединений относится аммиак, который в больших объёмах используется в современной промышленности. В чистом виде это химическое вещество впервые было получено в 1774 году благодаря многочисленным экспериментам Д. Пристли. Молекула этого элемента состоит из трёх ковалентных полярных связей. Физические свойства, общую формулу и степень окисления аммиака изучают на уроках химии в 9 классе.
Краткое описание
Нитрид водорода (аммиак) представляет собой активное соединение, которое вступает в реакции со сложными и простыми химическими веществами. Окисление этого элемента происходит в присутствии кислорода. Пребывая в жидкой форме, молекулы аммиака (общая формула — NH3) соединены между собой водородной связью. У этого химического элемента вязкость, температура и плотность существенно ниже, нежели у Н2О.
Молекула нитрид водорода под микроскопом выглядит как пирамида, на вершине которой расположен атом азота. Благодаря своей структуре и высоким показателям полярности NH3 быстро растворяется в водной среде. Плотность химического элемента находится в пределах 0.7723 г/см3. Аммиак является газом, который гораздо легче за воздух. NH3 может быстро трансформироваться в бесцветную жидкость, способную сильно преломлять прямые солнечные лучи. В большом количестве аммиак является опасным для живых организмов, так как он токсичен.
Химические свойства
По своим характеристикам аммиак является качественным растворителем для неорганических и органических составов. NH3 взаимодействует с хлоридом, кислородом, серной кислотой. Аммиак реагирует на соляные и водные растворы. Среди основных химических свойств нитрид водорода можно выделить:
В жидком состоянии аммиак может проявлять все ионизирующие функции растворителя, который наиболее эффективен в отношении щёлочноземельных и щелочных металлов. Концентрированный раствор имеет характерный блеск металла.
Физические характеристики
NH3 обладает следующими физическими характеристиками:
Гидрид азота легко растворяется в Н2О. Полученный раствор называют аммиачной водой, которую активно используют в различных отраслях. Запрещено собирать и хранить NH3 над Н2О, так как это газообразное химическое вещество обладает высокими показателями растворимости.
Окисление элемента
Благодаря способности атома азота отдавать оставшиеся электроны и легко отделять молекулы водорода аммиак занимает позицию хорошего восстановителя. В химическом отношении NH3 является весьма активным, так как может вступать в реакцию со многими элементами. Аммиак притягивает катион водорода из кислоты либо воды, образуя при этом аммоний (NH4). Этот химический элемент является производным аммиака, который входит в состав солей:
При условии взаимодействия с кислородом NH3 может образовывать свободный азот. Финальный продукт химической реакции зависит от первоначального количества элементов и созданных условий. На открытом воздухе NH3 не горит. Дополнительно в химических реакциях может использоваться производный элемент — гидроксиламин (NH2OH).
Если в присутствии катализатора попробовать нагреть концентрированный раствор аммиака, тогда можно будет получить азот. Первым делом жидкость доводят до определённой температуры, а только потом помещают в условия чистого кислорода. Во время химического эксперимента можно увидеть, что NH3 горит пламенем жёлто-зелёного цвета. Эту реакцию можно записать следующим образом: 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O.
Способы получения
Производство нитрид водорода по всему миру достигает отметки 180 млн тонн в год. Выпускается это химическое вещество исключительно в жидком виде. Концентрация раствора может варьироваться в зависимости от назначения. Для получения востребованного бинарного соединения могут быть использованы различные технологии:
Определить аммиак можно несколькими доступными способами: по резкому запаху, а также по белому дыму, который образуется после поднесения к огню смоченной в концентрированном растворе HCl стеклянной палочки. При использовании лакмусовой бумажки она должна окраситься в синий цвет.
Сферы применения
Нитрид водорода активно используется в промышленности для изготовления различных товаров. Области применения аммиака поражают своей масштабностью, так как NH3 пользуется спросом практически в каждом производственном процессе, начиная с фармацевтической отрасли и заканчивая заводами, лабораториями. Главным преимуществом аммиака является то, что это химическое вещество доступно и при осторожном использовании абсолютно безопасно для людей и окружающей среды.
В больших объёмах NH3 применяется в следующих отраслях:
Аммиак используют для серийного производства солей аммония, мочевины и уротропина. Только при осторожном применении NH3 можно снизить вероятность негативного воздействия компонентов химического вещества на организм человека и окружающую среду.
Аммиак — формула, строение, свойства, получение и применение
Аммиак — что это такое за соединение
Аммиак (нитрид водорода) — является бинарным неорганическим химическим соединением азота и водорода.
Формула аммиака в химии:
В молекуле аммиака NH3 атом азота образует три одинарных ковалентных полярных связи с атомами водорода.
Схема образования молекулы:
Молекула аммиака с точки зрения геометрической формы представляет собой правильную треугольную пирамиду. Валентный угол H-N-H составляет 107,30.
Атом азота в аммиаке на внешнем энергетическом уровне содержит одну неподеленную электронную пару. Данная электронная пара существенно влияет на свойства соединения и определяет его структуру. Электронная структурная схема аммиака представляет собой тетраэдр, содержащий атом азота в центре, а в одной из вершин располагается неподеленная электронная пара:
В обычном состоянии аммиак является газом без цвета и с резким специфическим запахом. Молярная масса вещества составляет 17,0306 г/моль. Аммиак меньше по весу, чем воздух. Связь N-H является сильно полярной, что объясняет возникновение водородных связей между молекулами аммиака в жидкой фазе. При этом вещество характеризуется высокой степенью растворимости в воде. Данный факт объясняется образованием водородных связей между молекулами аммиака и молекулами воды.
История получения
Аммиак известен с давних времен. По сведениям ученых, свое название он получил в честь бога Амона, которого почитали в Древнем Египте. Образовывался газ в результате разложения мочевины в жарком климате. Резкий запах соединения египтяне связывали с культом божества.
В чистой форме аммиак H2+N2=NH3+Q получил известный ученый Джозеф Луи Пристли. В своей лаборатории он нагревал хлорид аммония с гашеной известью. Такая схема до сих пор используется, если нужно получить на выходе небольшое количество газа. Полученный аммиак Пристли собирал надо ртутью. Раствор в водной основе имеет признаки щелочи.
В 1784 году французский химик Бертолле разложил аммиак на элементный состав. Спустя 3 года было утверждено официальное название «нашатырь». Оно сохраняется до сих пор в ряде западноевропейских языков.
Строение молекулы
Электронная формула аммиака выглядит следующим образом:
Рис. 1. Электронная формула аммиака.
Из четырех электронных пар при атоме азота – три общие и одна неподеленная. В образовании молекулы NH3 участвуют три неспаренных p-электрона атома азота, электронные орбитали которых взаимно перпендикулярны, и 1s-электроны трех атомов водорода. Молекула имеет форму правильной пирамиды: в углах треугольника находятся атомы водорода, а в вершине пирамиды – атом азота. Угол между связями H-N-H равен 107,78 градусов.
Об основных свойствах аммиака
Разнообразие сфер применения аммиака обусловлено его физическими и химическими свойствами. Аммиак (химическая формула NH3) —бесцветный газ с резким неприятным запахом. При длительном действии на организм человека аммиак вызывает поражение разных органов.
Аммиак вступает в химические реакции с другими элементами и соединениями с образованием новых веществ. Например, в результате реакции безводного аммиака с азотной кислотой получают аммиачную селитру, применяемую в производстве взрывчатых веществ и азотных удобрений.
Аммиак способен восстанавливать различные металлы из их оксидов.
Химические свойства
По свойствам аммиак замечательный растворитель для разнообразных органических и неорганических составов. В твёрдом состоянии представляет собой кристаллы, не имеющие цвета. Может взаимодействовать с кислородом, хлоридом, серной кислотой, а также реагировать на водные и соляные растворы.
Аммиак обладает следующими химическими свойствами:
Состав амида, имида и нитрида металла образуют за счет реакции с аммиаком в жидком состоянии. Нитрид получают посредством прогревания металла в азотной атмосфере.
Амиды имеют идентичные свойства гидроксидам (за счет неэлектронных ионов ОН, NH2 и молекулы воды). Основание амида сильнее гидроксида, поэтому он подвержен гидролизу, который необратим.
Растворы амидов на основе аммиака проводят ток и подвержены диссоциации: MNH2 → M+ + NH2.
Фенолфталеин в составе раствора приобретает красный оттенок, но после добавления кислот наступает процесс нейтрализации.
Аммиаку в жидком состоянии свойственны ионизирующие функции растворителя, который способен растворить щелочные металлы и щелочноземельные. При этом он приобретает синий цвет. Концентрированный раствор отличается блеском металла. Во время испарения металлы из щелочи получают в целом виде, а щёлочноземельные образуют с аммиаком комплексы со свойствами проводимости металлов.
В результате происходит распадение металлических атомов на ионы, которые положительно заряжены и электроны, сульфатированные в окружении молекул NH 3. Растворы с наличием свободных электронов имеют свойства сильнейших восстановителей.
За счет электронодонорного свойства частицы аммиака могут присутствовать в комплексных соединениях в виде лигандов. Для образования аминокомплексов вводят избыточное количество аммиака в солевой раствор металла.
Химическая реакция вызывает изменение цвета реагентов. Прочными связями комплекса обладают соединения с наличием хрома и кобальта, степень окисления которого +3.
Физическое воздействие
По физическим свойствам аммиак относится к веществам, обладающим удушающими характеристиками и действием на нервную систему. При попадании в область дыхательных путей способен токсинами поразить легкие и вызвать отек с поражением разных систем живого организма. По виду действия может быть местного применения и резорбтивного.
Аммиачные пары раздражает слизистую оболочку глаза и кожные покровы. Процесс протекает с сильным неприятным запахом. Вследствие воздействия пара происходит обильное выделение слез и боли в области лица. В результате появляется ожог роговицы глаза. Зрение человека ухудшается или происходит полная его потеря. Следом наступает приступ кашля, изменение цвета кожного покрова с сильным раздражением.
Во время попадания раствора на кожу происходит жжение пораженной поверхности и образование пузырей и изъязвлений. По своим свойствам в сжатом состояние во время процесса испарения поглощает тепло. Попадая на кожу, химический элемент способен вызвать отморожение разной степени. Наличие запаха ощущается при концентрации 37 миллиграмм на метр кубический.
Норма концентрации аммиака на рабочем месте не должна превышать 20 миллиграмм на метр кубический. Работать при более тяжелых условиях без средств индивидуальной защиты запрещено.
Раздражение глаз проявляется при 490 миллиграммах концентрации в воздухе, а зева — 280. Токсичное отравление и лёгочный отек происходит при концентрации состава в 1,5 грамма на метр кубический (если находиться в области облака испарений в течение двух часов).
Применение и использование
Аммиак входит в большое количество веществ в промышленности. Объемы изготовления этого химического элемента достигают 150 миллионов тонн. Чаще всего производят:
Возможно применение аммиака в роли растворителя. В холодильной промышленности встречается в виде холодильного агента (R 717).
В области медицины аммиак или нашатырный спирт (более привычное название — нашатырь) выводит человека из состояния обморока, стимулирует рвотный рефлекс. Для наружного применения используют в качестве обеззараживания укусов насекомых и при обрабатывании рук врачей. При неосторожном использовании возможно получить ожог органов пищеварения, остановку работы легких.
Применение при дерматите, кожных заболеваниях, а также повреждениях кожи в результате травмы категорически запрещено. Местное использование разрешено на здоровой области кожи. При неаккуратном применении и попадании раствора на слизистую часть глазного яблока следует обработать пострадавшую область водой или борной кислотой. Обработку необходимо повторять каждые 10 минут.
Применять вещества на масляной основе и различные мази нельзя. При попадании на область носа следует промыть ее лимонной кислотой или соком из натуральных фруктов. При попадании в область рта рекомендуется обильное употребление воды, фруктового сока.
Промышленное применение аммиака
Основная доля производимого технического аммиака используется в химической промышленности:
Применение аммиака в медицине
Важно помнить, что передозировка аммиаком очень опасна. Возможны болевые ощущения в различных органах, их отеки и даже летальный исход. Этого можно избежать, если использовать данное вещество по назначению и с осторожностью!
Способы получения аммиака
В лаборатории аммиак получают при взаимодействии солей аммония с щелочами. Поскольку аммиак очень хорошо растворим в воде, для получения чистого аммиака используют твердые вещества.
Например, аммиак можно получить нагреванием смеси хлорида аммония и гидроксида кальция. При нагревании смеси происходит образование соли, аммиака и воды:
2NH4Cl + Са(OH)2 → CaCl2 + 2NH3 + 2Н2O
Тщательно растирают ступкой смесь соли и основания и нагревают смесь. Выделяющийся газ собирают в пробирку (аммиак — легкий газ и пробирку нужно перевернуть вверх дном). Влажная лакмусовая бумажка синеет в присутствии аммиака.
Видеоопытполучения аммиака из хлорида аммония и гидроксида кальция можно посмотреть здесь.
Еще один лабораторныйспособ получения аммиака – гидролиз нитридов.
Например, гидролиз нитрида кальция:
Ca3N2 + 6H2O → ЗСа(OH)2 + 2NH3
В промышленности аммиак получают с помощью процесса Габера: прямым синтезом из водорода и азота.
Процесс проводят при температуре 500-550оС и в присутствии катализатора. Для синтеза аммиака применяют давления 15-30 МПа. В качестве катализатора используют губчатое железо с добавками оксидов алюминия, калия, кальция, кремния. Для полного использования исходных веществ применяют метод циркуляции непровзаимодействовавших реагентов: не вступившие в реакцию азот и водород вновь возвращают в реактор.
Влияние на человека
При использовании аммиака и нашатырного спирта надо помнить, что это сильно ядовитые вещества и при их использовании следует строго соблюдать дозировку и придерживаться правил пользования.
При намерении использовать аммиак приобретать его надо исключительно в аптеках и внимательно знакомиться с прилагаемыми правилами пользования «Раствор аммиака. Инструкция по применению».
Превышение дозировок может вызвать отравление и серьезные проблемы со здоровьем, а также химические ожоги. Помещения, где он применяется, должны хорошо проветриваться.
Кроме ядовитости, пары аммиака взрывоопасные. Это происходит при смешении их с воздухом в определенной пропорции, поэтому при работе необходимо соблюдать особые правила техники безопасности при работе со взрывчатыми веществами.
Первыми симптомами отравления могут быть:
Дальнейшими признаками развития отравления являются:
При приеме внутрь аммиачной воды в превышающих дозах может возникнуть:
Если у человека имеется индивидуальная непереносимость к запаху аммиака, то даже незначительное его попадание через дыхательные пути или вовнутрь может сразу привести к самым неблагоприятным последствиям.
Если у человека на теле имеется нарушение кожных покровов в виде мокнущих язв, экзем или дерматитов, то применение примочек может привести к еще более обширной аллергической реакции и ожогам кожных покровов.
Первая помощь при отравлении
В случаях возникновения первых признаков отравления этими веществами необходимо срочно начать оказывать пострадавшему первую помощь.
К первой помощи можно отнести следующие меры:
В случае более тяжелых форм отравления необходимо срочно вызывать скорую помощь.
Аммиачный спирт обязателен в наборах медикаментов для первой помощи в аптечках и в нужный момент должен быть под рукой.
Сколько может стоить в аптеках? Ответ — совсем недорого. Приобретайте, пользуйтесь, но будьте предельно осторожны.
Чем отличается аммиак от нашатырного спирта
Моногидрат аммиака имеет более узкое использование, преимущественно как медицинский антисептик. Кроме того, раствор часто применяют домохозяйки для выведения пятен с одежды, для очищения золота и серебра, как подкорму для садовых и комнатных растений. Основным сходством этих средств считается то, что они способны неприятно пахнуть из-за большого содержания аммиачных солей.