Jedan od najvažnijih azotnih spojeva je amonijak. Prema svojim fizičkim svojstvima, to je bezbojni plin oštrog, zagušljivog mirisa (ovo je miris vodenog rastvora amonijum hidroksida NH3·H2O). Gas je visoko rastvorljiv u vodi. U vodenom rastvoru amonijum je slaba baza. To je jedan od najvažnijih proizvoda hemijske industrije.
NH₃ je dobar reduktor, jer u molekulu amonija dušik ima najniže oksidacijsko stanje -3. Mnoge karakteristike amonijaka su određene parom pojedinačnih elektrona u atomu dušika - reakcije amonijaka se dešavaju zbog njegovog prisustva (ovaj par pojedinačnih se nalazi na slobodnoj orbiti protona H⁺).
Kako do amonijaka
Postoje dvije glavne praktične metode za dobijanje amonijaka: jedna u laboratoriji, druga u industriji.
Razmotrite proizvodnju amonijaka u industriji. Interakcija molekularnog dušika i vodonika: N₂ + 2H₂=2NH₃(reverzibilna reakcija). Ova metoda dobivanja amonijaka naziva se Haberova reakcija. Da bi molekularni dušik i vodonik reagirali, moraju se zagrijati na 500 ᵒC ili 932 ᵒF, mora se izgraditi MPA pritisak od 25-30. Porozno željezo mora biti prisutno kao katalizator.
Primanje u laboratoriju je reakcija između amonijum hlorida i kalcijum hidroksida: CA(OH)₂ + 2NH₄Cl=CaCl₂ + 2NH₄OH (pošto je NH₄OH veoma slabo jedinjenje, odmah se razlaže na gasoviti amonijak: OH=NH₄ NH₃ + H₂O).
Reakcija oksidacije amonijaka
Nastavljaju sa promjenom oksidacijskog stanja dušika. Pošto je amonijak dobar reduktor, može se koristiti za smanjenje teških metala iz njihovih oksida.
Redukcija metala: 2NH₃ + 3CuO=3Cu + N₂ + 3H₂O (Kada se oksid bakra(II) zagreva u prisustvu amonijaka, metal crvenog bakra se smanjuje).
Oksidacija amonijaka u prisustvu jakih oksidacionih sredstava (na primjer, halogena) odvija se prema jednadžbi: 2NH₃ + 3Cl₂=N₂ + 6HCl (ova redoks reakcija zahtijeva zagrijavanje). Kada se izloži kalijum permanganatu na amonijaku u alkalnom mediju, uočava se stvaranje molekularnog dušika, kalijum permanganata i vode: 2NH₃ + 6KMnO₄+ 6KOH=6K₂MnO₄+ N₂ + 6H₂O.
Kada se intenzivno zagreva (do 1200 °C ili 2192 ᵒF), amonijak se može raspasti u jednostavne supstance: 2NH₃=N₂ + 3H₂. Na 1000 oC ili 1832 amonijak reaguje sa metanom CH4: 2CH₄ + 2NH₃ + 3O₂=2HCN + 6H₂O (cijanovodonična kiselina i voda). Oksidacijom amonijaka natrijum hipohloritom, hidrazin H₂X₄ možedobiti: 2NH3 + NaOCl=N2H4 + NaCl + H 2O
Sagorevanje amonijaka i njegova katalitička oksidacija kiseonikom
Oksidacija amonijaka kiseonikom ima određene karakteristike. Postoje dvije različite vrste oksidacije: katalitička (sa katalizatorom), brza (sagorevanje).
Prilikom sagorevanja dolazi do redoks reakcije čiji su produkti molekularni azot i voda: 4NH3 + 2O2=2N2 + 6H2O samozapaljenje amonijaka). Katalitička oksidacija kisikom također se događa kada se zagrije (oko 800 ᵒC ili 1472 ᵒF), ali je jedan od produkta reakcije drugačiji: 4NH₃ + 5O₂=4NO + 6H₂O (u prisustvu platine ili oksida željeza, mangana, hroma katalizator, proizvodi oksidacije su dušikov oksid (II) i voda).
Razmotrimo homogenu oksidaciju amonijaka kiseonikom. Nekontrolirana monotona oksidacija plinovitog dijela amonijaka je relativno spora reakcija. Nije detaljno objavljeno, ali donja granica zapaljivosti mješavine amonijaka i zraka na 25 °C iznosi oko 15% u opsegu tlaka od 1-10 bara i opada kako se početna temperatura plinske mješavine povećava.
Ako je CNH~ molski udio NH3 u mješavini zraka i amonijaka sa temperaturom t miješane (OC), onda iz podataka CNH=0,15-0 slijedi da je granica zapaljivosti niska. Stoga je razumno raditi sa dovoljnom marginom sigurnosti ispod donje granicezapaljivost, po pravilu, podaci o miješanju amonijaka sa zrakom često su daleko od savršenih.
Hemijska svojstva
Razmotrite kontaktnu oksidaciju amonijaka u dušikov oksid. Tipične hemijske reakcije sa amonijakom bez promene oksidacionog stanja azota:
- Reakcija sa vodom: NH₃ + H₂O=NH₄OH=NH₄⁺ + he⁻ (reakcija je reverzibilna jer je amonijum hidroksid NH₄OH nestabilno jedinjenje).
- Reakcija sa kiselinama za stvaranje normalnih i kiselih soli: NH₃ + HCl=NH₄Cl (nastaje normalna so amonijum hlorida); 2NH₃ + H₂SO₄=(NH₄)₂SO₄.
- Reakcije sa solima teških metala za formiranje kompleksa: 2NH₃ + AgCl=[Ag(NH₃)₂]Cl (kompleksna jedinjenja srebra (I) dijamin hlorid oblici).
- Reakcija sa haloalkanima: NH3 + CH3Cl=[CH3NH3]Cl (oblici metilamonijum hidrohlorida su supstituisani amonijum jon NH4=).
- Reakcija sa alkalnim metalima: 2NH₃ + 2K=2KNH₂ + H₂ (formira kalijum amid KNH₂; azot ne menja oksidaciono stanje, iako je reakcija redoks). Reakcije adicije nastaju u većini slučajeva bez promjene oksidacijskog stanja (sve gore navedeno, osim posljednje, klasificiraju se prema ovom tipu).
Zaključak
Amonijak je popularna supstanca koja se aktivno koristi u industriji. Danas zauzima posebno mesto u našem životu,budući da većinu njegovih proizvoda koristimo svaki dan. Ovaj članak će biti korisno za čitanje za mnoge koji žele znati šta nas okružuje.
