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 :
У атома азота в аммиаке на внешнем энергетическом уровне остается одна неподеленная электронная пара. Эта электронная пара оказывает значительное влиение на свойства аммиака, а также на его структуру. Электронная структура аммиака — тетраэдр , с атомом азота в центре:
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.
Например , аммиак можно получить нагреванием смеси хлорида аммония и гидроксида кальция. При нагревании смеси происходит образование соли, аммиака и воды:
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.
Например , гидролиз нитрида кальция:
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:
Таким образом, среда водного раствора аммиака – щелочная. Однако аммиак – слабое основание . При 20 градусах один объем воды поглощает до 700 объемов аммиака.
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.
Например , аммиак реагирует с серной кислотой с образованием либо кислой соли – гидросульфата аммония (при избытке кислоты), либо средней соли – сульфата аммония (при избытке аммиака):
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.
3. В качестве основания, водный раствор аммиака реагирует с растворами солей тяжелых металлов , образуя нерастворимые гидроксиды.
Например , водный раствор аммиака реагирует с сульфатом железа (II) с образованием сульфата аммония и гидроксида железа (II):
4. Соли и гидроксиды меди, никеля, серебра растворяются в избытке аммиака, образуя комплексные соединения – аминокомплексы.
Например , хлорид меди (II) реагирует с избытком аммиака с образованием хлорида тетрамминомеди (II):
Гидроксид меди (II) растворяется в избытке аммиака:
5. Аммиак горит на воздухе , образуя азот и воду:
Если реакцию проводить в присутствии катализатора (Pt), то азот окисляется до NO:
6. За счет атомов водорода в степени окисления +1 аммиак может выступать в роли окислителя , например в реакциях с щелочными, щелочноземельными металлами, магнием и алюминием . С металлами реагирует только жидкий аммиак.
Например , жидкий аммиак реагирует с натрием с образованием амида натрия:
Также возможно образование Na2NH, Na3N.
При взаимодействии аммиака с алюминием образуется нитрид алюминия:
2NH3 + 2Al → 2AlN + 3H2
7. За счет азота в степени окисления -3 аммиак проявляет восстановительные свойства. Может взаимодействовать с сильными окислителями — хлором, бромом, пероксидом водорода, пероксидами и оксидами некоторых металлов. При этом азот окисляется, как правило, до простого вещества.
Например , аммиак окисляется хлором до молекулярного азота:
Пероксид водорода также окисляет аммиак до азота:
Оксиды металлов , которые в электрохимическом ряду напряжений металлов расположены справа — сильные окислители. Поэтому они также окисляют аммиак до азота.
Например , оксид меди (II) окисляет аммиак:
2NH3 + 3CuO → 3Cu + N2 + 3H2O
Источник
Соединения с водородом вода аммиак метан
Автор текста – Анисимова Е.С.
См. сначала файл об атомах и элементах.
Соединения с водородом.
Содержание файла:
1. Атом, элемент
2. Водород.
3. Другие элементы
4. Н и О = Н2О
5. Н и С = СН4
6. Н и N = NH3
7. Н и S = Н2S
8. Хлороводород HCl
Атом
1. В природе есть атомы.
2. Из чего состоят атомы? –
3. Из протонов и такого же числа электронов состоит атом
(и приблизительно такого же количества нейтронов).
Водород: атом, тип (элемент), вещество
4. Как называется атом с одним протоном?
5. Атом с одним протоном назвали атомом водорода (обозначается буквой Н).
Это не молекула водорода Н2 и не вещество водород!
6. Как назван ТИП атомов с одним протоном?
7. Тип атомов с одним протоном назвали химическим элементом водород.
8. Чем отличается атом водорода от химического элемента водород?
Тем, что атом – это один конкретный атом. А химический элемент – это ТИП атомов.
9. Из чего состоит атом водорода? Что входит в его состав?
10. В состав атома водорода входит один протон и один электрон.
11. Есть ли в атомах водорода нейтроны?
12. Нейтронов в большинстве атомов водорода нет.
13. Разновидность (изотоп) атомов водорода без нейтрона называются протием.
14. Как называются разновидности атомов водорода с нейтронами?
15. Ответ в файле про водород.
16. Атом водорода может соединиться с другим атомов водорода.
17. Соединением двух атомов водорода называется молекулой водорода.
18. Состав молекулы водорода – два связанных атома водорода.
19. Два связанных в молекулу атома водорода записывают так: Н2.
20. Н2 – это формула молекулы водорода.
21. Вещество, молекулы которого имеют формулу Н2, называют молекулярным водородом. Или (чаще) просто водородом (но из-за этой простоты многие путают молекулы, вещество, атом и элемент водорода).
22. Н2 относится к простым веществам (состоит из атомов одного элемента).
23. Из молекул Н2 состоят газовые облака между звёзд.
24. Металлический водород есть внутри газовых гигантов Юпитера и Сатурна (предположительно).
25. Из атомов (ионизированных) водорода состоят звёзды типа Солнца.
26. Атомы водорода – самые распространённые во Вселенной.
27. Атомы водорода входят в состав воды, аммиака, метана – распространённых веществ в Солнечной системе.
Другие атомы
28. Атом с шестью протонами — это атом углерода (С).
29. Атом с семью протонами – это атом азота (N). Не N2.
30. Атом с восемью протонами – это атом кислорода (О); не молекула О2!
31. Атомы Н, О, С и N – основные в живых организмах.
Соединения атомов водорода с другими атомами.
32. Атомы водорода способны соединяться с атомами других элементов.
33. Соединение атома водорода с атомами металлов называются гидридами.
34. Кроме гидридов, есть соединения атомов водорода с атомами неметаллов.
35. Часто с атомами водорода соединяются кислород, азот, углерод.
36. Соединения водорода с неметаллами не называют гидридами.
37. Соединение из атомов водорода и кислорода – это вода = оксид водорода.
38. Соединение из атомов водорода и азота – это аммиак.
39. Соединение из атомов водорода и серы – это сероводород.
40. Соединение из атомов водорода и хлора – это хлоро-водород (хлорид водорода).
41. Пример соединения из атомов водорода и углерода – это метан.
42. Соединения из водорода и углерода называют угле-водородами или органическими соединениями.
43. К углеводородам относятся нефть, природный газ. Это основное топливо цивилизации.
Н и О = Н2О
44. Когда два атома водорода (Н) соединяются с одним атомом кислорода (О), то получается соединение из двух атомов водорода (Н) и одного атома кислорода (О).
45. Соединение из двух атомов водорода (Н) и одного атома кислорода (О) называется молекулой оксида водорода или молекулой ВОДЫ.
46. 2Н и 1О = вода, Н2О.
47. Н2О – это формула одной молекулы воды.
48. Вода – это вещество, молекулы которых имеют состав Н2О.
49. Подробнее о воде см в файле про воду.
4Н и С = СН4
50. Соединений атомов водорода и углерода (углеводородов) очень много, больше, чем неорганических соединений.
51. В самом простом соединении атомов водорода и углерода (С): четыре атома водорода на один атом углерода.
52. Соединение одного атома углерода и четырёх атомов водорода даёт молекулу состава СН4.
53. СН4 – это формула молекулы метана.
54. Метан – это вещество, молекулы которого имеют формулу СН4.
55. В обычных условиях метан – это газ.
Но при низких температурах метан бывает твёрдым – на далёких планетах.
56. Метан – это основное (но не единственное) вещество так называемого природного газа.
57. Природный газ – это то самое, что транспортируют по газопроводам и который «а у нас в квартире газ».
58. Природный газ и метан – это не синонимы.
59. Природный газ – это не одно вещество, а смесь веществ, в которой метан является основным.
60. Кроме метана, в природном газе есть другие газы (этан, пропан, бутан и другие).
61. Природный газ – это смесь газов.
62. Метан часто встречается в Солнечной системе – в атмосферах планет (гигантов) и их спутников.
63. Метан может быть топливом. Чище угля.
64. Метан – сырьё для производства множества пластмассовых изделий (посуда, упаковка, медицинские предметы) и прочих продуктов «органического синтеза».
65. Продажа (экспорт) метана (в виде природного газа) – важный источник дохода для бюджета России, Алжира, Венесуэлы, Индонезии и т.д.
66. Болотный газ – это тот же природный газ.
67. Газ, который иногда взрывается в шахтах – тоже метан.
68. В болотах Сибири, в вечной мерзлоте спрятано много метана. Но если он вылезет оттуда при таянии мерзлоты – будут проблемы.
3Н и N = NH3
69. Для соединения атомов водорода (Н) и азота (N) нужны один атом азота и три атома водорода. (Обычно, но бывают другие варианты).
70. Соединение из одного атома азота и трёх атомов записывается как NН3.
71. Соединение состава NН3 называется молекулой аммиака.
72. NН3 – это формула аммиака.
73. Аммиак – газ в обычных условиях.
74. Но при низких температурах далёких планет аммиак существует в виде аммиачного снега, там есть аммиачные облака.
75. Раствор аммиака в воде называется нашатырным спиртом – он продаётся в аптеке, нюхается при обмороках и покупается дачниками для огородов (средство от вредителей и азотное удобрение).
76. Аммиак – это ценное удобрение и сырьё для производства других азотных удобрений, а также оружие, лекарств и так далее.
77. Из чего производится аммиак в промышленности? – Из атмосферного азота N2 с затратой энергии.
78. Некоторые бактерии (азотфиксирующие) способны делать аммиак из атмосферного азота.
Далее из этого аммиака образуются все азотсодержащие вещества биосферы.
79. Аммиак есть в атмосфере многих планет и спутников. Это распространённое в Солнечной системе вещество. Много его было и на древней Земле, как и метана.
Два Н и S = Н2S
80. Два атома водорода (Н) могут соединиться с атомом серы (S).
81. Соединение из двух атомов водорода и атома серы называется серо-водородом.
82. Состав сероводорода записывается так: Н2S.
83. Н2S – это формула сероводорода.
84. Сероводород – это вещество, молекулы которого имеют состав (формулу) Н2S.
85. Сероводород – это газ с характерным (то есть с незабываемым и узнаваемым) запахом тухлых яиц.
86. Сероводород – ЯД.
87. Если появился запах тухлых яиц – нужно покинуть ЦЕХ,
. даже если запах «уже выветрился»:
скорее всего не газ выветрился, а нюх просто привык.
88. Если не покинуть цех после появления запаха тухлых яиц, то есть риск погибнуть.
89. Где бывает сероводород? Около вулканов, в цехах химических предприятий, в протухших яйцах, около туалетов, канализации.
90. Некоторые химические свойства ядовитого сероводорода похожи на свойства неядовитой воды: потому что сера и кислород в одной группе ТМ.
Н и Cl = HCl
91. Атом водорода (Н) может соединиться с атомом хлора (Cl). Образовав соединение-молекулу.
92. Соединение из атома водорода и атома хлора называется хлоро-водородом.
93. Состав хлороводорода – HCl.
94. HCl – это формула хлороводорода.
95. Хлороводоролд – это вещество, молекулы которого имеют состав HCl.
96. HCl – это газ. (При н.у.).
97. При растворении HCl в воде получается раствор.
98. Раствор хлороводорода в воде называют соляной кислотой.
99. Хлороводород и соляная кислота – не одно и то же.
100. Хлороводород – это газ, а соляная кислота – жидкость и раствор этого газа в воде.
101. Поищите в интернете картинки с ж/д цистернами с надписью HCl – теперь Вы знаете, что это надпись означает. Что цистерна предназначена для перевозки HCl.
Соляная кислота человека
102. Соляная кислота очень нужна организму человека.
103. Соляная кислота находится в желудке человека.
104. Благодаря соляной кислоте в желудке уничтожаются многие попавшие с пищей микробы и другие вредные организмы.
105. Соляная кислота имеет бактерицидное действие (см выше).
106. Без соляной кислоты человек чаще болел бы из-за кишечных инфекций.
107. При дефиците соляной кислоты повышается риск размножения в желудке вредных микробов и развития заболеваний желудка, в том числе язвенных болезней.
108. То есть: если есть кислота – меньше риск язвы (упрощённо) желудка.
109. Вывод: соляная кислота – щит от болезней.
110. А ещё соляная кислота помогает организму переваривать пищу
и получать от пищи энергию для жизни.
111. Вывод: соляная кислота – это хорошо. Пока в желудке.
112. Но. Соляная кислота должна быть в желудке, а не выше или ниже желудка.
Её не должно быть в пищеводе, так как она может повредить его.
Чтобы соляная кислота не поступала из желудка в пищевод –
нужно сидеть ровно, прямо и нельзя лежать после еды (сидеть в кресле полулёжа можно).
И детей после обеда нельзя укладывать на сончас!
113. Читайте про рефлюкс, изжогу, ожог горла после рвоты (боль в горле после рвоты) – это всё про соляную кислоту там, где она не нужна.
114. Откуда в желудке соляная кислота? – Она поступает в полость желудка благодаря работе специальных клеток стенки желудка (обкладочных).
115. Н+ и ион Cl выделяются разными белками клеток.
Подобия хлороводорода (галогено-водороды)
116. Если в HCl вместо атома хлора – атом фтора, то получится HF – фторо-водород или фторид водорода (плавиковая кислота, жидкость).
117. Плавиковая кислота растворяет обычную посуду, поэтому её хранят не в стеклянной посуде.
118. Если в HCl вместо атома хлора – атом брома, то получится HBr – бромо-водород или бромид водорода.
119. Если в HCl вместо атома хлора – атом йода, то получится HI – йодо-водород или йодид водорода.
120. Атомы фтора, брома и йода похожи на атом хлора. Их все называют галогенами. Все они находятся в 7А группе ТМ.
Источник
