Az egyik legfontosabb nitrogénvegyület az ammónia. Fizikai tulajdonságai szerint színtelen, éles, fullasztó szagú gáz (ez ammónium-hidroxid NH₃·H2O vizes oldatának szaga). A gáz vízben jól oldódik. Vizes oldatban az ammónium gyenge bázis. A vegyipar egyik legfontosabb terméke.
A NH₃ jó reduktor, mivel az ammóniummolekulában a nitrogénnek van a legalacsonyabb oxidációs foka -3. Az ammónia sok jellemzőjét egy elektronpár határozza meg a nitrogénatomban – jelenléte miatt addíciós reakciók lépnek fel ammóniával (ez a pár a proton H⁺ szabad pályáján található).
Hogyan szerezzünk ammóniát
Két fő gyakorlati módszer létezik az ammónia előállítására: az egyik a laboratóriumban, a másik az iparban.
Fontolja meg az ammónia ipari termelését. A molekuláris nitrogén és a hidrogén kölcsönhatása: N₂ + 2H₂=2NH3(reverzibilis reakció). Az ammónia előállításának ezt a módszerét Haber-reakciónak nevezik. Ahhoz, hogy a molekuláris nitrogén és a hidrogén reagálhasson, 500 ᵒC-ra vagy 932 ᵒF-ra kell melegíteni, 25-30 MPA nyomást kell kialakítani. Katalizátorként porózus vasnak kell jelen lennie.
A laboratóriumban az ammónium-klorid és a kalcium-hidroxid reakciója: CA(OH)₂ + 2NH4Cl=CaCl2 + 2NH₄OH (mivel az NH4OH nagyon gyenge vegyület, azonnal gáz halmazállapotú ammóniára és vízre bomlik:=NH4 NH3 + H2O).
Ammónia oxidációs reakciója
Ezek a nitrogén oxidációs állapotának megváltozásával járnak. Mivel az ammónia jó redukálószer, felhasználható a nehézfémek oxidjaiból való redukálására.
Fémredukció: 2NH3 + 3CuO=3Cu + N2 + 3H2O (Amikor a réz(II)-oxidot ammónia jelenlétében hevítjük, a vörösréz fém csökken.
Az ammónia oxidációja erős oxidálószerek (például halogének) jelenlétében a következő egyenlet szerint megy végbe: 2NH3 + 3Cl2=N2 + 6HCl (ez a redox reakció melegítést igényel). Lúgos közegben ammónián kálium-permanganát hatására molekuláris nitrogén, kálium-permanganát és víz képződése figyelhető meg: 2NH₃ + 6KMnO4+ 6KOH=6K2MnO4+ N₂ + 6H₂O.
Intenzív hevítéskor (1200 °C-ig vagy 2192 ᵒF-ig) az ammónia egyszerű anyagokra bomlik: 2NH₃=N₂ + 3H₂. 1000 oC-on vagy 1832 hőmérsékleten az ammónia reagál metánnal CH4: 2CH₄ + 2NH₃ + 3O2=2HCN + 6H2O (hidrogén-cianid és víz). Az ammóniát nátrium-hipoklorittal oxidálva a hidrazin H2X4 képeskap: 2NH3 + NaOCl=N2H4 + NaCl + H 2O
Ammónia égetése és katalitikus oxidációja oxigénnel
Az ammónia oxigénnel történő oxidációja bizonyos jellemzőkkel rendelkezik. Az oxidációnak két típusa van: katalitikus (katalizátorral), gyors (égő).
Égéskor redox reakció megy végbe, melynek termékei a molekuláris nitrogén és a víz: 4NH3 + 2O2=2N2 + 6H2O az ammónia öngyulladása). Az oxigénnel történő katalitikus oxidáció hevítéskor is megtörténik (körülbelül 800 °C vagy 1472 °F), de az egyik reakciótermék más: 4NH₃ + 5O₂=4NO + 6H2O (platina vagy vas-, mangán- vagy kobal-, króm-oxidok jelenlétében) egy katalizátor, az oxidációs termékek nitrogén-oxid (II) és víz).
Tekintsük az ammónia oxigénnel történő homogén oxidációját. Az ammóniagáz szakasz ellenőrizetlen monoton oxidációja viszonylag lassú reakció. Részletesen nem közölték, de az ammónia-levegő keverékek alsó gyúlékonysági határa 25 °C-on körülbelül 15% az 1-10 bar nyomástartományban, és a gázkeverék kezdeti hőmérsékletének növekedésével csökken.
Ha a CNH~ az NH3 mólaránya levegő-ammónia keverékben, hőmérsékleten tkevert (OC), akkor a CNH=0,15-0 adatból az következik, hogy hogy a gyúlékonysági határ alacsony. Ezért ésszerű az alsó határ alatti megfelelő biztonsági ráhagyással dolgoznigyúlékonyság, általában az ammónia levegővel való keverésére vonatkozó adatok gyakran távolról sem tökéletesek.
Kémiai tulajdonságok
Tekintsük az ammónia kontaktoxidációját nitrogén-monoxiddá. Tipikus kémiai reakciók ammóniával a nitrogén oxidációs állapotának megváltoztatása nélkül:
- Reakció vízzel: NH3 + H2O=NH4OH=NH4⁺ + he⁻ (a reakció reverzibilis, mivel az NH4OH ammónium-hidroxid instabil vegyület).
- Reakció savakkal normál és savas sók képzésére: NH₃ + HCl=NH₄Cl (normál ammónium-klorid só képződik); 2NH3 + H2SO4=(NH4)2SO4.
- Reakciók nehézfémek sóival komplexek kialakítása céljából: 2NH3 + AgCl=[Ag(NH3)₂]Cl (komplex ezüstvegyületek (I) diamin-klorid képződnek).
- Reakció halogénalkánokkal: NH3 + CH3Cl=[CH3NH3]Cl (a metil-ammónium-hidroklorid formák a szubsztituált ammóniumion NH4=).
- Reakció alkálifémekkel: 2NH3 + 2K=2KNH2 + H2 (kálium-amid KNH2 képződik; a nitrogén nem változtatja meg az oxidációs állapotot, bár a reakció redox). Az addíciós reakciók a legtöbb esetben az oxidációs állapot megváltoztatása nélkül mennek végbe (az utolsó kivételével a fentiek mindegyike ebbe a típusba van besorolva).
Következtetés
Az ammónia népszerű anyag, amelyet aktívan használnak az iparban. Ma különleges helyet foglal el életünkben,hiszen a legtöbb termékét mindennap használjuk. Ez a cikk sokak számára hasznos olvasmány lesz, aki tudni szeretné, mi vesz körül minket.
