Аміак

Аміак
Назва за IUPAC	Ammonia, Azane
Ідентифікатори
Номер CAS	7664-41-7
PubChem	222
Номер EINECS	231-635-3
KEGG	D02916 і C00014
ChEBI	16134
RTECS	BO0875000
SMILES	N
InChI	1/H3N/h1H3
Номер Бельштейна	3587154
Номер Гмеліна	79
Властивості
Молекулярна формула	NH3
Молярна маса	17,0306 г/моль
Зовнішній вигляд	Безбарвний газ із різким та сильним запахом
Густина	0,6942
Тпл	−77,73 °C (195,42 K)
Ткип	−33,34 °C (239,81 K)
Розчинність (вода)	89,9 г/100 мл при 0 °C
Кислотність (pKa)	38
Основність (pKb)	4,75 (reaction with H2O)
Структура
Геометрія	Тригональна піраміда
Дипольний момент	1,42 Д
Небезпеки
Класифікація ЄС	T C N
Головні небезпеки	Небезпечні гази, кородуючий, їдкий
NFPA 704	1 3 0
Температура спалаху	172
Температура самозаймання	651 °C
Пов'язані речовини
Інші аніони	гідроксид (NH4OH)
Інші катіони	Амоній (NH+4)
Інші (солі)	Хлорид (NH4Cl)
Пов'язані речовини	Гідразин Гідразойна кислота гідроксиламін Хлорамін
Якщо не зазначено інше, дані приведені для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Аміа́к, амоніа́к, NH₃ — неорганічна сполука, безбарвний газ із різким задушливим запахом, легший за повітря, добре розчинний у воді. Одержують каталітичним синтезом з азоту і водню під тиском. Використовують переважно для виробництва азотних добрив, вибухових речовин і азотної кислоти. Рідкий аміак використовується в холодильних установках. Водний розчин аміаку (нашатирний спирт) застосовується в медицині.

Фізичні властивості

Амоніак — безбарвний газ з характерним різким запахом і їдким смаком. Він майже у два рази легший від повітря. При −33,35°С і звичайному тиску аміак скраплюється в безбарвну рідину, а при −77,75 °C замерзає, перетворюючись у безбарвну кристалічну масу. Його зберігають і транспортують у рідкому стані в сталевих балонах під тиском 6—7 атм.

У воді аміак розчиняється дуже добре: при 0°С і звичайному тиску в 1 об'ємі води розчиняється близько 1200 об'ємів NH₃, а при 20°С — 700 об'ємів. Концентрований розчин містить 25% NH₃ і має густину 0,91 г/см³. Розчин аміаку у воді називають аміачною водою або нашатирним спиртом. Звичайний медичний нашатирний спирт містить до 10%: NH₃, амічна вода від 10% і більше. При нагріванні розчину аміак легко випаровується.

Отримання

В лабораторних умовах аміак добувають звичайно нагріванням суміші хлориду амонію NH₄Cl з гідроксидом кальцію Ca(OH)₂. Процес утворення аміаку при цьому відбувається в дві стадії: спочатку виникає гідроксид амонію, а потім він розкладається з виділенням аміаку:

$\mathrm {2NH_{4}Cl+Ca(OH)_{2}{\xrightarrow {t}}\ 2NH_{4}OH+CaCl_{2}}$

$\mathrm {NH_{4}OH\longrightarrow NH_{3}+H_{2}O}$

Інколи аміак добувають нагріванням до кипіння концентрованого розчину аміаку (гідроксиду амонію).

У техніці головним способом добування аміаку є прямий синтез його з азоту і водню за реакцією:

$\mathrm {N_{2}+3H_{2}\leftrightarrows 2NH_{3}}$

Ця реакція відбувається лише при дуже високих тисках (кілька сот атмосфер), високій температурі і наявності каталізатора.

На сучасних заводах синтез проводять у більшості випадків при тисках 250–350 атм, а інколи навіть при 700–1000 атм. Чим більший тиск, тим більше рівновага реакції зміщується в бік утворення NH₃, тобто в бік збільшення виходу аміаку. Але процес при дуже високих тисках дуже дорогий і економічно невигідний. Температуру підтримують близько 400–450°С. Нижче 400°С реакція відбувається дуже повільно, а вище 450–500°С аміак помітно розкладається на азот і водень. Каталізатором служить губчасте залізо з домішками оксидів калію, алюмінію й інших речовин.

При цьому слід ще раз відмітити, що не вся азотоводнева суміш перетворюється в аміак навіть при найвищих тисках. Частина її залишається непрореагованою. Тому одержуваний аміак відділяють від непрореагованої суміші скрапленням його під тиском, а до решти суміші додають нові порції азото-водневої суміші і знову направляють на синтез.

Значні кількості аміаку одержують як побічний продукт при коксуванні кам'яного вугілля, в якому міститься від 1 до 2,5% азоту. При коксуванні вугілля більша частина цього азоту виділяється у вигляді аміаку. Його видаляють, з коксового газу пропусканням газу через воду. Аміачну воду нейтралізують сульфатною кислотою і одержують сульфат амонію.

До кінця XIX століття цей спосіб був єдиним промисловим способом добування аміаку. Лише в 20-х роках, XX століття, коли поширився синтетичний спосіб, він втратив своє значення.

Виробництво в Україні

Основними виробниками аміаку в Україні є підприємства хімічного холдингу OSTCHEM, зокрема, «Рівнеазот», Сєвєродонецьке об'єднання «Азот», Черкаський «Азот» та Концерн «Стирол», а також Одеський припортовий завод та «ДніпроАзот». В останні період виробництво аміаку в Україні почало скорочуватись. За даними Державної служби статистики України, за березень 2014 року виробництво знизилось на 25.9% у порівнянні з 2013 роком та склало 279 тис. тон. В загальному, за три місяці 2014 року Україна знизила виробництво аміаку на 33.3% - до  1 млн. тон.

Дмитро Фірташ та пов'язані з ним структури зосередили у своїх руках виробництво 100% селітри в Україні, 80% карбаміду та 75% аміаку..

В 2017 році Україна імпортувала аміаку на 123 млн$

Хімічні властивості

Молекули аміаку утворюються за допомогою ковалентних зв'язків. Електронна і структурна формули молекули аміаку такі:

Однак зв'язки N — Н в молекулі аміаку полярні, оскільки електронна пара зміщена до атома азоту. Тому атом азоту має негативний заряд, а атом водню — позитивний. Аміак є відновником, а сам звичайно окиснюється до вільного азоту. Так, в атмосфері кисню аміак горить за реакцією:

$\mathrm {4NH_{3}+3O_{2}\longrightarrow 2N_{2}+6H_{2}O}$

Амоніак також легко відновлює монооксид міді до металічної міді при високій температурі за реакцією:

$\mathrm {3CuO+2NH_{3}{\xrightarrow {t}}\ 3Cu+N_{2}+3H_{2}O}$

Гідроксид амонію

При розчиненні аміаку в воді частина його молекул взаємодіє з водневими іонами води з утворенням складного катіона амонію NH+4. Разом з тим відповідна кількість гідроксильних груп OH⁻ води звільняється. Цей процес рівноважний. Його можна зобразити таким рівнянням:

$\mathrm {NH_{3}+H_{2}O\leftrightarrows NH_{4}^{+}+OH^{-}\leftrightarrows NH_{4}OH}$

Звідси виходить, що в розчині аміаку в рівновазі одночасно існують молекули аміаку, води та гідроксиду амонію та іони амонію і гідроксиду.

Гідроксид амонію є дуже нестійкою речовиною і може існувати лише в розчині. При нагріванні розчину рівновага зміщується вліво, і розчин розкладається на вихідні речовини. Цей розклад частково відбувається і при звичайній температурі, тому розчини аміаку завжди мають специфічний запах. При тривалому кип'ятінні розчину можна повністю видалити аміак. Цим інколи користуються в лабораторіях для одержання невеликих кількостей аміаку.

Розчин гідроксиду амонію забарвлює лакмус у синій колір. З кислотами розчин гідроксиду амонію утворює солі, наприклад:

$\mathrm {NH_{4}OH+HCl\longrightarrow NH_{4}Cl+H_{2}O}$

$\mathrm {NH_{4}OH+HNO_{3}\longrightarrow NH_{4}NO_{3}+H_{2}O}$

$\mathrm {2NH_{4}OH+H_{2}SO_{4}\longrightarrow (NH_{4})_{2}SO_{4}+2H_{2}O}$

Застосування

Амоніак — один з найважливіших продуктів сучасної хімічної промисловості. Головною галуззю його застосування є виробництво нітратної кислоти і азотних добрив. Крім того, аміак використовують для виробництва багатьох інших хімічних продуктів. Зріджений аміак і водний розчин аміаку застосовують безпосередньо як азотне добриво.

Джерела

• Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.
• Деркач Ф. А. Хімія. — Львів : Львівський університет, 1968. — 312 с.

Посилання

• АМІАКУ РОЗЧИН КОНЦЕНТРОВАНИЙ // Фармацевтична енциклопедія