Аміак

хімічна сполука


Аміа́к, амоніа́к, NH3 — неорганічна сполука, безбарвний газ із різким задушливим запахом, легший за повітря, добре розчинний у воді. Одержують каталітичним синтезом з азоту і водню під тиском. Використовують переважно для виробництва азотних добрив, вибухових речовин і азотної кислоти. Рідкий аміак використовується в холодильних установках. Водний розчин аміаку (нашатирний спирт) застосовується в медицині.

Структурна формула
Ammonia-2D-dimensions.png
Загальна інформація
Преференційна назва ІЮПАК Аміак, амоніак
Систематична назва ІЮПАК Азан
Хімічна формула NH3
3D Структура (JSmol) Інтерактивне зображення


Зовнішні ідентифікатори / Бази даних
CAS 7664-41-7
ECHA-ID 100.028.760
PubChem 222
ChemSpider 217
ChEBI CHEBI:16134
EINECS 231-635-3
Номер Гмеліна 79
InChI InChI=1S/H3N/h1H3
SMILES N


Властивості
Молярна маса 17.0306 г·моль−1
Агрегатний стан

Газ

Зовнішній вигляд

Безбарвний газ із різким запахом

Густина

0,7714 г·см-3 (0 °C, 1013 mbar)[1]

Температура плавлення

−77,7 °C[1]

Температура кипіння

-33 °C[1]

Температура самозаймання

630 °C[1]

Тиск насиченої пари

8573 гПа (20 °C)[1]

pKa
  • 9.24 (NH4+/NH3, H2O)[2]
  • 10.5 (NH4+/NH3, DMSO)[3]
  • 38 (NH3/NH2-, H2O)[4]
  • 41 (NH3/NH2-, DMSO)[5]
Розчинність

531 г·дм-3 (H2O, 20 °C), розчинний в етанолі, ацетоні, хлороформі.

Дипольний момент

1,4718(2) D (4,91·10-30 C·м)[6]

Коефіцієнт заломлення

1,325 (16,85 °C)[7]

Безпека
Маркування згідно системі УГС

Небезпека

H-фрази H: H221, H280, H331, H314, H410
P-фрази P: P210, P260, P273, P280, P303+P361+P353+P315, P304+P340+P315, P305+P351+P338+P315, P377
EUH-фрази EUH: EUH071
LC50
  • 27,1 мг/дм3/96 год (риба, середнє значення (29 досліджень))
  • 22,8 mg/l мг/дм3/48 год (ракоподібні, середнє значення (25 досліджень))
Наскільки це можливо, використані величини указані згідно системі CI. Якщо не вказано іншого, усі дані відносяться до стандартного стану.

Фізичні властивостіРедагувати

Аміак — безбарвний газ з характерним різким запахом і їдким смаком. Він майже вдвічі легший від повітря. При −33,35°С і звичайному тиску аміак скраплюється в безбарвну рідину, а при −77,75 °C замерзає, перетворюючись у безбарвну кристалічну масу. Його зберігають і транспортують у рідкому стані в сталевих балонах під тиском 6—7 атм.

У воді аміак розчиняється дуже добре: при 0°С і звичайному тиску в 1 об'ємі води розчиняється близько 1200 об'ємів NH3, а при 20°С — 700 об'ємів. Концентрований розчин містить 25% NH3 і має густину 0,91 г/см3. Розчин аміаку у воді називають аміачною водою або нашатирним спиртом. Звичайний медичний нашатирний спирт містить до 10%: NH3, амічна вода від 10% і більше. При нагріванні розчину аміак легко випаровується.

ОтриманняРедагувати

В лабораторних умовах аміак зазвичай добувають нагріванням суміші хлориду амонію NH4Cl з гідроксидом кальцію Ca(OH)2. Процес утворення аміаку при цьому відбувається в дві стадії: спочатку виникає гідроксид амонію, а потім він розкладається з виділенням аміаку:

 
 

Інколи аміак добувають нагріванням до кипіння концентрованого розчину аміаку (гідроксиду амонію).

У техніці головним способом добування аміаку є прямий синтез його з азоту і водню за реакцією:

 

Ця реакція відбувається лише при дуже високих тисках (кілька сот атмосфер), високій температурі і наявності каталізатора.

На сучасних заводах синтез проводять у більшості випадків при тисках 250–350 атм, а інколи навіть при 700–1000 атм. Чим більший тиск, тим більше рівновага реакції зміщується в бік утворення NH3, тобто в бік збільшення виходу аміаку. Але процес при дуже високих тисках дуже дорогий і економічно невигідний. Температуру підтримують близько 400–450°С. Нижче 400°С реакція відбувається дуже повільно, а вище 450–500°С аміак помітно розкладається на азот і водень. Каталізатором служить губчасте залізо з домішками оксидів калію, алюмінію й інших речовин.

При цьому слід ще раз відмітити, що не вся азотоводнева суміш перетворюється в аміак навіть при найвищих тисках. Частина її залишається непрореагованою. Тому одержуваний аміак відділяють від непрореагованої суміші скрапленням його під тиском, а до решти суміші додають нові порції азото-водневої суміші і знову направляють на синтез.

Значні кількості аміаку одержують як побічний продукт при коксуванні кам'яного вугілля, в якому міститься від 1 до 2,5% азоту. При коксуванні вугілля більша частина цього азоту виділяється у вигляді аміаку. Його видаляють, з коксового газу пропусканням газу через воду. Аміачну воду нейтралізують сульфатною кислотою і одержують сульфат амонію.

До кінця XIX століття цей спосіб був єдиним промисловим способом добування аміаку. Лише в 20-х роках, XX століття, коли поширився синтетичний спосіб, він втратив своє значення.

Виробництво в УкраїніРедагувати

Основними виробниками аміаку в Україні є підприємства хімічного холдингу OSTCHEM, зокрема, «Рівнеазот», Сєвєродонецьке об'єднання «Азот», Черкаський «Азот» та Концерн «Стирол», а також Одеський припортовий завод та «ДніпроАзот». В останні період виробництво аміаку в Україні почало скорочуватись. За даними Державної служби статистики України, за березень 2014 року виробництво знизилось на 25.9% у порівнянні з 2013 роком та склало 279 тис. тон. В загальному, за три місяці 2014 року Україна знизила виробництво аміаку на 33.3% - до  1 млн. тон.[8]

Дмитро Фірташ та пов'язані з ним структури зосередили у своїх руках виробництво 100% селітри в Україні, 80% карбаміду та 75% аміаку.[9].

В 2017 році Україна імпортувала аміаку на 123 млн$[10]

Хімічні властивостіРедагувати

Молекули аміаку утворюються за допомогою ковалентних зв'язків. Електронна і структурна формули молекули аміаку такі:

 

Однак зв'язки N — Н в молекулі аміаку полярні, оскільки електронна пара зміщена до атома азоту. Тому атом азоту має негативний заряд, а атом водню — позитивний. Аміак є відновником, а сам зазвичай окиснюється до вільного азоту. Так, в атмосфері кисню аміак горить за реакцією:

 

Амоніак також легко відновлює монооксид міді до металічної міді при високій температурі за реакцією:

 

Гідроксид амоніюРедагувати

При розчиненні аміаку в воді частина його молекул взаємодіє з водневими іонами води з утворенням складного катіона амонію NH+4. Разом з тим відповідна кількість гідроксильних груп OH води звільняється. Цей процес рівноважний. Його можна зобразити таким рівнянням:

 

Звідси виходить, що в розчині аміаку в рівновазі одночасно існують молекули аміаку, води та гідроксиду амонію та іони амонію і гідроксиду.

Гідроксид амонію є дуже нестійкою речовиною і може існувати лише в розчині. При нагріванні розчину рівновага зміщується вліво, і розчин розкладається на вихідні речовини. Цей розклад частково відбувається і при звичайній температурі, тому розчини аміаку завжди мають специфічний запах. При тривалому кип'ятінні розчину можна повністю видалити аміак. Цим інколи користуються в лабораторіях для одержання невеликих кількостей аміаку.

Розчин гідроксиду амонію забарвлює лакмус у синій колір. З кислотами розчин гідроксиду амонію утворює солі, наприклад:

 
 
 

ЗастосуванняРедагувати

Аміак — один з найважливіших продуктів сучасної хімічної промисловості. Головною галуззю його застосування є виробництво нітратної кислоти і азотних добрив. Крім того, аміак використовують для виробництва багатьох інших хімічних продуктів. Зріджений аміак і водний розчин аміаку застосовують безпосередньо як азотне добриво.

ПриміткиРедагувати

  1. а б в г д Внесок про аміак в базі даних GESTIS.
  2. pKa table, complied by Williams
  3. Bordwell, Frederick G. (1988). Accounts of Chemical Research 21 (12): 456–463. doi:10.1021/ar00156a004. 
  4. Evans pKa table
  5. Bordwell, Frederick G.; Drucker, George E.; Fried, Herbert E. (1981). The Journal of Organic Chemistry 46 (3): 632–635. doi:10.1021/jo00316a032. 
  6. Haynes, W. M., ред. (2016-2017). CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC Press. с. 6-221. ISBN 978-1-4987-5429-3. 
  7. P. G. Sennikov, V. E. Shkrunin, D. A. Raldugin, K. G. Tokhadze: Weak Hydrogen Bonding in Ethanol and Water Solutions of Liquid Volatile Inorganic Hydrides of Group IV-VI Elements (SiH4, GeH4, PH3, AsH3, H2S, and H2Se). 1. IR Spectroscopy of H Bonding in Ethanol Solutions in Hydrides. In: The Journal of Physical Chemistry. 100, Nr. 16, S. 6415–6420 (DOI:10.1021/jp953245k).
  8. http://himprom.rbc.ua/rus/proizvodstvo-ammiaka-v-ukraine-v-marte-snizilos-na-25-9--17042014132200
  9. «Олігарх всея селітри». «Український тиждень», № 9 (174) 4-10 березня 2011, стор. 7(укр.)
  10. Сумарний обсяг імпорту та експорту у розрізі товарних позицій за кодами УКТЗЕД. sfs.gov.ua (ru-RU). Процитовано 2018-02-02. 

ДжерелаРедагувати

ПосиланняРедагувати