Yksi tärkeimmistä typpiyhdisteistä on ammoniakki. Fysikaalisten ominaisuuksiensa mukaan se on väritön kaasu, jolla on terävä, tukahduttava haju (tämä on ammoniumhydroksidin NH3·H2O vesiliuoksen haju). Kaasu liukenee hyvin veteen. Vesiliuoksessa ammonium on heikko emäs. Se on yksi kemianteollisuuden tärkeimmistä tuotteista.
NH₃ on hyvä pelkistin, koska ammoniummolekyylissä typellä on alhaisin hapetusaste -3. Monet ammoniakin ominaisuudet määräytyvät typpiatomissa olevista yksittäisistä elektroneista - additioreaktioita ammoniakin kanssa tapahtuu sen läsnäolon vuoksi (tämä yksittäispari sijaitsee protonin H⁺ vapaalla kiertoradalla).
Kuinka saada ammoniakkia
Ammoniakin saamiseksi on kaksi pääasiallista käytännön menetelmää: toinen laboratoriossa ja toinen teollisuudessa.
Harkitse ammoniakin tuotantoa teollisuudessa. Molekyylitypen ja vedyn vuorovaikutus: N₂ + 2H₂=2NH3(palautuva reaktio). Tätä menetelmää ammoniakin saamiseksi kutsutaan Haber-reaktioksi. Jotta molekyylityppi ja vety voivat reagoida, ne on lämmitettävä 500 ᵒC:seen tai 932 ᵒF:een, ja MPA:n paine on muodostettava 25-30. Huokoisen raudan on oltava läsnä katalyyttinä.
Laboratoriossa vastaanotto on ammoniumkloridin ja kalsiumhydroksidin välinen reaktio: CA(OH)₂ + 2NH4Cl=CaCl2 + 2NH4OH (koska NH4OH on erittäin heikko yhdiste, se hajoaa välittömästi kaasumaiseksi ammoniakiksi ja vedeksi: NH4. NH3 + H2O).
Ammoniakin hapetusreaktio
Ne etenevät muuttaen typen hapetusastetta. Koska ammoniakki on hyvä pelkistäjä, sitä voidaan käyttää raskasmetallien pelkistämiseen oksideistaan.
Metallin pelkistys: 2NH3 + 3CuO=3Cu + N2 + 3H2O (Kun kupari(II)oksidia kuumennetaan ammoniakin läsnä ollessa, punainen kuparimetalli vähenee).
Ammoniakin hapettuminen voimakkaiden hapettimien (esimerkiksi halogeenien) läsnä ollessa tapahtuu yhtälön mukaisesti: 2NH3 + 3Cl2=N2 + 6HCl (tämä redox-reaktio vaatii lämmityksen). Altistettuna kaliumpermanganaatille ammoniakin päällä emäksisessä väliaineessa havaitaan molekyylitypen, kaliumpermanganaatin ja veden muodostumista: 2NH3 + 6KMnO4+ 6KOH=6K2MnO4+ N2 + 6H2O.
Intensiivisesti kuumennettaessa (jopa 1200 °C tai 2192 ᵒF) ammoniakki voi hajota yksinkertaisiksi aineiksi: 2NH₃=N₂ + 3H₂. 1000 oC:ssa tai 1832 ammoniakki reagoi metaanin kanssa CH4: 2CH₂ + 2NH₃ + 3O2=2HCN + 6H2O (syaanihappo ja vesi). Hapettamalla ammoniakkia natriumhypokloriitilla, hydratsiini H₂X4 voisaa: 2NH3 + NaOCl=N2H4 + NaCl + H 2O
Ammoniakin poltto ja sen katalyyttinen hapetus hapella
Ammoniakin hapetuksessa hapella on tiettyjä ominaisuuksia. Hapettumista on kahta eri tyyppiä: katalyyttinen (katalyytillä), nopea (palava).
Palottaessa tapahtuu redox-reaktio, jonka tuotteet ovat molekyylityppi ja vesi: 4NH3 + 2O2=2N2 + 6H2O Ammoniakin itsesyttyminen). Katalyyttistä hapetusta hapen kanssa tapahtuu myös kuumennettaessa (noin 800 ᵒC tai 1472 ᵒF), mutta yksi reaktiotuotteista on erilainen: 4NH₃ + 5O₂=4NO + 6H2O (platinan tai raudan, mangaanin tai kobalin, asiumin oksidien läsnä ollessa katalyytti, hapetustuotteet ovat typen oksidi (II) ja vesi).
Tarkastellaan ammoniakin homogeenista hapettumista hapen kanssa. Ammoniakkikaasuosan hallitsematon monotoninen hapettuminen on suhteellisen hidas reaktio. Sitä ei raportoida yksityiskohtaisesti, mutta ammoniakki-ilmaseosten syttymisraja 25 °C:ssa on noin 15 % painealueella 1-10 bar ja se laskee kaasuseoksen alkulämpötilan noustessa.
Jos CNH~ on NH3:n mooliosuus ilma-ammoniakkiseoksessa, jonka lämpötila on sekoitettu (OC), niin tuloksesta CNH=0,15-0 seuraa se. että syttymisraja on alhainen. Siksi on järkevää työskennellä riittävällä turvamarginaalilla alarajan alapuolellasyttyvyys, pääsääntöisesti tiedot ammoniakin sekoittamisesta ilman kanssa ovat usein kaukana täydellisistä.
Kemialliset ominaisuudet
Harkitse ammoniakin kontaktihapetusta typpioksidiksi. Tyypilliset kemialliset reaktiot ammoniakin kanssa muuttamatta typen hapetusastetta:
- Reaktio veden kanssa: NH3 + H2O=NH4OH=NH4⁺ + he⁻ (reaktio on palautuva, koska ammoniumhydroksidi NH4OH on epästabiili yhdiste).
- Reaktio happojen kanssa normaalien ja happamien suolojen muodostamiseksi: NH3 + HCl=NH4Cl (muodostuu normaali ammoniumkloridisuola); 2NH3 + H2SO4=(NH4)2SO4.
- Reaktiot raskasmetallien suolojen kanssa muodostaen komplekseja: 2NH3 + AgCl=[Ag(NH3)2]Cl (muodostuu kompleksisia hopeayhdisteitä (I) diamiinikloridia).
- Reaktio halogeenialkaanien kanssa: NH3 + CH3Cl=[CH3NH3]Cl (metyyliammoniumhydrokloridimuodot ovat substituoituja ammoniumioneja NH4=).
- Reaktio alkalimetallien kanssa: 2NH3 + 2K=2KNH2 + H2 (muodostaa kaliumamidia KNH2; typpi ei muuta hapetusastetta, vaikka reaktio on redox). Lisäysreaktiot tapahtuvat useimmissa tapauksissa muuttamatta hapetusastetta (kaikki edellä mainitut paitsi viimeinen luokitellaan tämän tyypin mukaan).
Johtopäätös
Ammoniakki on suosittu aine, jota käytetään aktiivisesti teollisuudessa. Nykyään sillä on erityinen paikka elämässämme,koska käytämme suurinta osaa sen tuotteista päivittäin. Tämä artikkeli on hyödyllistä luettavaa monille, jotka haluavat tietää, mikä meitä ympäröi.
