Ammoniakki on kaasu, joka liukenee erinomaisesti veteen: litraan sitä voidaan liuottaa jopa 700 litraa kaasumaista yhdistettä. Tämän seurauksena ei muodostu vain ammoniakkihydraattia, vaan myös hydroksyyliryhmien hiukkasia sekä ammoniumia. Tämä on ioni, joka syntyy kaasumolekyylien ja vedestä irronneiden vetyprotonien vuorovaikutuksesta. Artikkelissamme tarkastelemme sen ominaisuuksia ja sovelluksia teollisuudessa, lääketieteessä ja jokapäiväisessä elämässä.
Kuinka ammoniumhiukkasia muodostuu
Yksi yleisimmistä kemiallisista sidostyypeistä, joka on ominaista sekä epäorgaanisille että orgaanisille yhdisteille, on kovalenttinen sidos. Se voidaan muodostaa sekä limittäin elektronipilviä, joilla on päinvastainen kierto - spin, että luovuttaja-akseptorimekanismin avulla. Tällä tavalla muodostuu ammoniumia, jonka kaava on NH4+. Tässä tapauksessa kemiallinen sidos muodostetaan käyttämällä yhden atomin vapaata orbitaaliaja elektronipilvi, joka sisältää kaksi elektronia. Typpi antaa ionille oman negatiivisen hiukkasparin, ja vetyprotonilla on vapaa 1s kiertorata. Kahden elektronin lähestyessä sille ja H-atomille tulee yhteinen typpipilvi, jota kutsutaan molekyylielektronipilveksi, jossa muodostuu neljäs kovalenttinen sidos.
Avunantaja-hyväksyntämekanismi
Hiukkasta, joka muodostaa elektroniparin, kutsutaan luovuttajaksi, ja neutraalia atomia, joka luovuttaa tyhjän elektronikennon, kutsutaan vastaanottajaksi. Muodostunutta sidosta kutsutaan luovuttaja-akseptoriksi tai koordinaatioksi, unohtamatta, että se on klassisen kovalenttisen sidoksen erikoistapaus. Ammoniumioni, jonka kaava on NH4+, sisältää neljä kovalenttista sidosta. Näistä kolme, jotka yhdistävät typpi- ja vetyatomit, ovat tavallisia kovalenttisia lajeja, ja viimeinen on koordinaatiosidos. Siitä huolimatta kaikki neljä lajia ovat täysin samanarvoisia toistensa kanssa. Vesimolekyylien ja Cu2+ ionien välinen vuorovaikutus etenee samalla tavalla. Tässä tapauksessa muodostuu kiteisen kuparisulfaatin makromolekyyli.
Ammoniumsuolat: ominaisuudet ja tuotanto
Additioreaktiossa vetyionin ja ammoniakin vuorovaikutus johtaa NH4+ ionin muodostumiseen. NH3-molekyyli käyttäytyy akseptorina, joten sillä on selvät emäsominaisuudet. Reaktio epäorgaanisten happojen kanssa johtaa suolamolekyylien ilmaantumiseen: kloridi, sulfaatti, ammoniumnitraatti.
NH3 + HCl=NH4Cl
Ammoniakin liukeneminen veteen johtaa myös ammoniumionien muodostumiseen, joka saadaan yhtälöllä:
NH3 + H2O=NH4+ + OH-
Tämän seurauksena hydroksyylihiukkasten pitoisuus kasvaa ammoniakin vesiliuoksessa, jota kutsutaan myös ammoniumhydroksidiksi. Tämä johtaa siihen, että väliaineen reaktio muuttuu emäksiseksi. Se voidaan määrittää indikaattorilla - fenolftaleiinilla, joka muuttaa värinsä värittömästä vadelmaan. Suurin osa yhdisteistä on värittömiä kiteisiä aineita, jotka liukenevat helposti veteen. Monissa ilmenemismuodoissaan ne muistuttavat aktiivisten metallien suoloja: litium, natrium, rubidium. Suurin yhtäläisyys löytyy kalium- ja ammoniumsuoloista. Tämä selittyy kalium-ionien ja NH4+ säteiden samanlaisilla kooilla. Kuumennettaessa ne hajoavat muodostaen ammoniakkikaasua.
NH4Cl=NH3 + HCl
Reaktio on palautuva, koska sen tuotteet voivat jälleen olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa muodostaen ammoniumsuolaa. Kun ammoniumkloridiliuosta kuumennetaan, NH3 molekyylit haihtuvat välittömästi, jolloin kuuluu ammoniakin haju. Siksi kvalitatiivinen reaktio ammoniumioniin on sen suolojen lämpöhajoaminen.
Hydrolyysi
Ammoniakkivedellä on heikon emäksen ominaisuuksia, joten suolat, jotka sisältävät NH4+ hiukkasia, käyvät läpi vaihtoprosessin veden kanssa - hydrolyysi. Ammoniumkloridin tai sulfaatin liuoksilla on lievästi hapan reaktio, koska niissä onvetykationeja kertyy liikaa. Jos lisäät niihin alkalia, esimerkiksi natriumhydroksidia, hydroksyylihiukkaset sitovat vetyprotoneja muodostaen vesimolekyylejä. Esimerkiksi ammoniumkloridin hydrolyysi on suolan ja veden välinen vaihtoreaktio, joka johtaa heikon elektrolyytin - NH4OH:n - muodostumiseen.
Ammoniumsuolojen lämpöhajoamisen ominaisuudet
Useimmat tämän ryhmän yhdisteistä muodostavat kuumennettaessa kaasumaista ammoniakkia, itse prosessi on palautuva. Jos suolalla on kuitenkin voimakkaita hapettavia ominaisuuksia, esimerkiksi ammoniumnitraatti on yksi näistä, niin se kuumennettaessa hajoaa palautumattomasti typpimonoksidiksi ja vedeksi. Tämä reaktio on redox-reaktio, jossa ammoniumioni on pelkistävä aine ja nitraattihapon happojäännöksen anioni on hapetin.
Ammoniakkiyhdisteiden arvo
Sekä itse ammoniakkikaasulla että suurimmalla osalla sen suoloista on laaja valikoima sovelluksia teollisuudessa, maataloudessa, lääketieteessä ja jokapäiväisessä elämässä. Matalapaineessa (noin 7–8 atm) kaasu nesteytyy nopeasti ja imee suuren määrän lämpöä. Siksi sitä käytetään jäähdytysyksiköissä. Kemiallisissa laboratorioissa ammoniumhydroksidia käytetään heikosti haihtuvana emäksenä, joka on kätevä kokeisiin. Suurin osa ammoniakista käytetään nitraattihapon ja sen suolojen - tärkeiden mineraalilannoitteiden - nitraatin saamiseksi. Ammoniumnitraatilla on erityisen korkea typpipitoisuus. Sitä käytetään myös pyrotekniikassa ja valmistuksen purkutöissäräjähteet - ammonaalit. Ammoniakkia, joka on ammoniumkloridia, on käytetty galvaanisissa kennoissa, puuvillakankaiden valmistuksessa ja metallin juotosprosesseissa.
Aine tässä tapauksessa nopeuttaa oksidikalvojen poistumista metallipinn alta, jotka muuttuvat klorideiksi tai pelkistyvät. Lääketieteessä ammoniakkia, jolla on pistävä haju, käytetään tietoisuuden palauttamiseen potilaan pyörtymisen jälkeen.
Artikkelissamme tutkimme ammoniumhydroksidin ja sen suolojen ominaisuuksia ja käyttöä eri teollisuudenaloilla ja lääketieteessä.
