Аммиак, получение, свойства, химические реакции

Многие хозяйки хранят баночку нашатырного спирта, ведь с его помощью можно удалять пятна, возвращать одежде первозданную белизну, даже удобрять комнатные растения. Список можно продолжать, и становится ясно, что вещество действительно обладает полезными свойствами.

Однако многие называют нашатырный спирт аммиаком или просто нашатырем. На самом деле аммиак, нашатырный спирт и нашатырь – разные субстанции. Эти вещества – не одно и тоже, у них разная формула, происхождение, отличается агрегатное состояние. Но есть и общая черта – характерный, резкий запах аммиака.

Аммиак и его происхождение

Что такое аммиак? Правильно на этот вопрос ответят химики, но обычные люди часто вспоминают только едкий запах вещества. Прежде чем разбираться в формуле, узнаем историю происхождения газа.

Существует две легенды, которые объясняют, как открыли натуральный газ аммиак. Согласно с первой историей, служители египетского Амона восхваляли своего бога около храма. Согласно с традиционным обрядом служители нюхали пары, исходящие от верблюжьих экскрементов, и впадали в необходимый транс. Запах был очень резким и получил название “аммиак”.

Вторая легенда связана с караванным пересечением в северной части Африки. По путям ежедневно проходило огромное количество животных, которые на дорогах оставляли отходы жизнедеятельности. Моча испарялась на солнце, выделялся природный газ, которому дали название “аммиак”.

Науке этот газ открыл ученый из Франции Бертолле К. Л. в 18 веке, он написал формулу аммиака и дал веществу название. Существуют данные, что еще ранее ученый из Англии смог получить этот газ, но так и не вывел формулу аммиака. Он называл субстанцию “щелочным воздухом”.

Так что такое аммиак? Это газ, не имеющий цвета, обладающий едким запахом. Он легче, чем воздух, способен вступать в химическую реакцию, сжижается (переходит в жидкое состояние) при температуре -33 градуса по Цельсию. Отлично растворяется в воде, приводит к щелочной реакции. Формула – NH3.

В промышленном секторе аммиак сначала получают в газообразном состоянии. Далее с помощью сжижения субстанции газ переводят в двадцатипроцентный раствор с водой – аммиачная вода или водный раствор аммиака.

В области промышленности уделяют особое внимание синтезу аммиака, ведь он входит в состав некоторой продукции, а также применяется на производстве и в некоторых технологиях. Применение аммиака необходимо в таких сферах:

как хладагент для обеспечения заданной температуры внутри промышленных холодильных установок;
в текстильной промышленности для отбеливания тканей и дальнейшей их покраски;
используется во время синтеза азотной кислоты;
входит в состав азотных удобрений.
применяется во время синтеза солей аммония;
во время производства таких синтетических волокон, как нейлон и капрон.

Фабрики получили возможность производить аммиак в 1909 году, когда химик из Германии Ф. Габер нашел способ синтезировать газ в промышленных условиях. За это достижение он даже получил Нобелевскую премию.

Аммиак — это не нашатырный спирт, и не нашатырь. Встречается водный раствор аммиака, то есть, аммиачный газ в разбавленном виде. Три вещества отличаются химической формулой, происхождением и областью применения.

Происхождение нашатыря

Как уже было указано, формула аммиака – NH3, а химическая формула нашатыря – NH4Cl. Это первое отличие нашатыря (второе название – хлорид аммония) от аммиака, или даже нашатырного спирта. Второе заключается в форме хлорида аммония – в природе он встречается в виде скоплений кристаллов, землистых налетов, дендритов и массивных гроздей.

В чистом виде, без примесей солей или других веществ, хлорид аммония обладает белым цветом, также встречается прозрачный нашатырь. Обладает характерным стеклянным блеском. Если в состав хлорида вошли примеси, то цвет меняется. В природе встречается нашатырь желтого, бурого, коричневого, серого цвета, а также почти всех оттенков красного.

Обладает вулканическим происхождением, часто его можно найти возле горячих источников, в местах испарения грунтовых вод, в области скопления гуано, возле залежей самородной серы.

Обратите внимание! Если кристаллы нашатыря нагреть, то начнет выделятся аммиак. Он отлично растворяется в воде и из него образуют водный раствор аммиака. В газообразном виде обладает резким запахом, если растворить в воде, то на вкус водный раствор аммиака соленый, обладает жгучими свойствами.

Человечество давно начало пользоваться хлоридом аммония. В древние времена кристаллам приписывали магические свойства, поэтому использовали при проведении обрядов. Более практичное применение нашли позже – с помощью нашатыря красили ткань, а алхимики использовали для лучшей спайки разных металлов. Также кристаллы применяли для плавления золота.

В Средневековье люди научились выводить хлорид аммония искусственным путем. В процессе использовались копыта и рога крупного скота. Нашатырь получил в те времена весьма интересное название – “дух оленьего рога”.

Ba(NO3)2 + 2AgCl = BaCl2 + 2AgNO3.

Молекула NH3 — сильный акцептор протонов. Поэтому, если растворить в аммиаке уксусную кислоту, то эта обычно слабая кислота продиссоциирует нацело, проявив тем самым свойства кислоты сильной. В жидком аммиаке по сравнению с водными растворами значительно усиливаются и кислотные свойства солей аммония. Здесь легко идут такие, к примеру, реакции 2NH4NO3 + Mg = Mg(NO3)2 + 2NH3 + H2 или Na2O2 + 2NH4NO3 = 2NaNO3 + H2O2 + 2NH3.

Из растворов различных веществ в жидком аммиаке наиболее интересны, без сомнения растворы щелочных металлов. Впервые аммиачные растворы натрия и калия были приготовлены больше века назад (в 1864 г.) и сразу же обратили на себя внимание химиков. Они прежде всего установили, что если дать аммиаку спокойно испариться, в осадке останется чистый металл, как это бывает с растворами солей в воде. Однако эта аналогия не совсем точна: щелочные металлы, хотя и медленно, с аммиаком все же реагируют с выделением водорода и образованием солеобразных амидов: 2К + 2NH3 = 2KNH2 + H2. Амиды — вполне устойчивые соединения, но водой немедленно разлагаются: KNH2 + H2O= NH3 + KOH.

Тогда же выяснилось, что при растворении металла в жидком аммиаке объем раствора увеличивается. При этом с ростом концентрации металла непрерывно снижается плотность раствора, чего не бывает у водных растворов твердых веществ. Концентрированный раствор лития в жидком аммиаке — вообще самая легкая при обычных условиях жидкость: ее плотность при 20°С составляет всего 0,48 г/см3; она вдвое легче воды, легче спирта, бензина, эфира…

Вообще свойства растворов щелочных металлов в жидком аммиаке сильно зависят от концентрации. В разбавленных растворах находятся катионы металла и самые легкие анионы — электроны, которые, однако, не могут свободно передвигаться, так как они связаны с молекулами аммиака. Именно такие связанные (сольватированные) электроны придают растворам щелочных металлов в жидком аммиаке красивый синий цвет. Сольватированные электроны можно получить и в водном растворе, но при обычных условиях время их жизни в воде чрезвычайно мало. В аммиаке — куда больше.

Сильно разбавленные аммиачные растворы плохо проводят электрический ток. Но с ростом концентрации растворенного металла несвязанных электронов становится в растворе все больше — электропроводность очень сильно повышается, иногда в триллионы раз, от 10-8 (что типично для диэлектриков) до 104 Ом-1см-1 (что приближается уже к электропроводности металлов). Вообще разбавленные растворы щелочных металлов в жидком аммиаке настолько отличаются от концентрированных, что трудно поверить, что это раствор одного и того же вещества в одном и том же растворителе. Разбавленный и концентрированный растворы одного и того же щелочного металла в жидком аммиаке не смешиваются друг с другом! Для водных растворов это — редкое явление.

Растворы с концентрацией более 3 моль/л называют иногда жидкими металлами, поскольку им присущ отчетливый металлический блеск с золотисто-бронзовым отливом. Это свойство сохраняется и когда раствор замораживают. Кстати, и здесь литию принадлежит своеобразный рекорд: его концентрированный раствор в жидком аммиаке — самый легкоплавкий «жидкий металл», он замерзает лишь при температуре ожижения кислорода -183°С.

Много ли металла может растворить жидкий аммиак? Это зависит в основном от температуры. При температуре кипения моль аммиака способен растворить примерно 0,15 моль щелочного металла. С ростом температуры растворимость быстро увеличивается и становится бесконечно большой при температуре плавления металла (для цезия это происходит уже при 28°С). Аммиак из таких растворов испаряется слабо, так как давление его насыщенных паров над раствором при увеличении концентрации металла стремится к нулю. Общепринятой теории, которая объясняла бы все особенности поведения растворов металлов в жидком аммиаке, пока нет. Экспериментаторы же обнаруживают все новые факты. Оказалось, например, что сопротивление замороженного раствора натрия в жидком аммиаке крайне мало. Растворы металлов в аммиаке использовали для получения сверхпроводящих систем. Не удивительно поэтому, что и в наши дни растворами металлов в аммиаке с большим интересом занимаются как химики, так и физики. И те и другие находят в аммиаке и его растворах предмет для размышлений и приложения рук.

Что вы знаете и чего не знаете об аммиаке

АММИАК В АТМОСФЕРЕ

Как известно, в воздухе всегда есть водяные пары — благодаря интенсивному испарению с поверхности морей и океанов в атмосфере содержится до 4% воды. А как обстоит дело с аммиаком? Не исключено, что на ранних стадиях эволюции Земли в ее атмосфере было довольно много аммиака.

Однако и сейчас ничтожные количества этого газа всегда можно обнаружить в воздухе, поскольку аммиак непрерывно образуется при разложении белков. На некоторых планетах Солнечной системы ситуация иная: астрономы считают, что значительная часть масс Юпитера и Сатурна приходится на твердый аммиак.

Уголь состоит главным образом, конечно, из углерода, но и другие элементы, в том числе водород и азот, в нем тоже есть. Они взаимодействуют в процессах пиролиза. Поэтому и получали когда-то аммиак из угля. Не много по нынешним меркам. В прошлом веке на газовых заводах при нагревании без доступа воздуха тонны хорошего каменного угля получали до 700 кг кокса и около 200 кг (300 тысяч литров) газообразных продуктов пиролиза. Их охлаждали и пропускали через воду. При этом получали примерно 50 кг дегтя и 40 кг аммиачной воды. Оставшийся светильный газ состоял в основном из окиси углерода (8%), водорода (45%) и метана (35%) с небольшими примесями других углеводородов, азота и углекислого газа.

ОПАСЕН ЛИ АММИАК?

Медики используют аммиак в повседневной практике: вспомните ватку, смоченную в нашатырном спирте, к которой прибегают в различных сложных ситуациях. Для пациента это не опасно, хотя аммиак заслуженно считается токсичным газом. К счастью, человек способен почувствовать запах аммиака в воздухе уже в ничтожной концентрации — 0,0005 мг/л, когда еще нет большой опасности для здоровья. Если же его концентрация в 100 раз больше, проявляется раздражающее действие аммиака на слизистую оболочку глаз и верхних дыхательных путей. Возможна даже рефлекторная остановка дыхания. Концентрацию 0,25 мг/л с трудом выдерживает в течение часа даже очень здоровый человек. Еще более высокие концентрации вызывают химические ожоги глаз и дыхательных путей, становятся опасными для жизни. Признаки отравления аммиаком могут быть весьма необычными. У пострадавших, например, изменяется так называемый слуховой порог: даже не очень громкие звуки становятся невыносимыми, могут вызвать судороги. Отравление аммиаком может вызвать у человека сильное возбуждение, вплоть до буйного бреда. Очевидно, аммиак способен поражать жизненно важные центры, так что при работе с ним надо соблюдать те же меры предосторожности, что и при работе с другими ядовитыми газами.

Теплота испарения жидкого аммиака в 4 раза больше, чем у жидкого азота, и в 200 раз больше, чем у жидкого гелия. Поэтому жидкий гелий вообще невозможно налить в обычный стакан — при такой операции он непременно испарится. С жидким азотом такую операцию провести можно, но значительная его часть испарится, охлаждая сосуд, а оставшаяся жидкость выкипит довольно быстро. Поэтому обычно сжиженные газы в лабораториях хранят в специальных сосудах с двойными стенками, между которыми вакуум,- сосудах Дьюара. Жидкий аммиак, в отличие от других газов, можно держать в обычной химической посуде — стаканах, колбах, он и при этом испаряется не слишком быстро. Если же налить его в сосуд Дьюара, то там он может храниться очень долго. При комнатной температуре давление пара над жидким аммиаком составляет примерно 10 атм, поэтому при длительных экспериментах с ним можно работать в запаянных стеклянных ампулах, которые такое давление выдерживают. Большая теплота испарения жидкого аммиака не только облегчает работу с ним как с растворителем, но и позволяет использовать аммиак в качестве основного хладагента в разнообразных холодильных установках.

КАК СДЕЛАТЬ «РЕЗИНОВОЕ» ДЕРЕВО

Еще один эффектный опыт с аммиаком — «резиновое» дерево. Древесина, как известно, состоит в основном из целлюлозы, макромолекулы которой расположены параллельно и соединены между собой многочисленными водородными связями. Жидкий аммиак легко разрушает эти водородные мостики, в результате молекулы целлюлозы приобретают способность скользить относительно друг друга. Поэтому, если деревянную палочку опустить на некоторое время в жидкий аммиак, то после того как она им как следует пропитается, палочку можно гнуть как угодно и даже сворачивать в спираль. Но не надолго. Аммиак вскоре испарится, водородные связи восстановятся (хотя уже в других местах), и палочка вновь станет жесткой, сохранив при этом форму, которую ей придали в жидком аммиаке.

Похожие статьи:

1. Аммиак Химическая энциклопедия, Т. 1. стр. 149-151 НАЗАД

Нашатырный спирт – формула, происхождение

Аммиак и нашатырный спирт – разные вещества, хотя в состав последнего входит аммиак. Грубо говоря, нашатырный спирт — это водный раствор аммиака, чаще встречается название гидроксид аммония. В состав входит десять процентов аммиака, и девяносто процентов воды. Встречается использование других пропорций, с более высокой концентрацией аммиака.

Формула нашатырного спирта – NH4OH. Это бесцветная смесь, обладает прозрачным цветом, легко испаряется. В процессе испарения выделяет едкий, специфический запах. Что интересно, если водный раствор аммиака замерзнет, резкий запах останется.

Если кто-то говорит, аммиак — это нашатырный спирт, то он не прав. Первый компонент — это газообразное вещество, второй – водный раствор аммиака. А нашатырь обладает твердой формой.

Три компонента отличаются формулой – аммиак (NH3), нашатырь (NH4Cl), нашатырный спирт (NH4OH). Можно выделить две похожие черты – едкий запах и схожесть названий. Этим объясняется то, что люди путают эти вещества.

Всем известно о применении нашатырного спирта в медицине, но многие хозяйки также используют раствор в быту. Первое упоминание об использовании водного раствора аммиака датируется еще 13 веком.

Выделяют два способа производства нашатырного спирта:

Промышленный – сначала создается аммиачный газ, затем его растворяют в воде, получая водный раствор аммиака.
Бытовой – покупается двадцатипятипроцентная аммиачная вода. Далее ее разводят водой до получения более слабого, десятипроцентного раствора.

Плюсы вещества

Благодаря своим уникальным свойствам и достаточно простом способе изготовления, этот продукт используется со времен древнего Египта. Если раньше он находил применение исключительно в медицине и как чистящее средство, то с развитием науки и технологий его сфера потребления резко увеличилась.

Несложные процессы и относительная безопасность производства обеспечили задействованность препарата в сельском хозяйстве и химической индустрии.

Наиболее важным преимуществом является низкая себестоимость состава. Это позволяет применять его в самых разных сферах хозяйства. Простота и безопасность хранения существенно снижают расходы на эти процессы. При соблюдении технологии срок годности неограничен. Исключено слеживание — большая проблема для хозяйственников при использовании селитры.

Усвоение азота растениями проходит без дополнительной траты воды. Поэтому такая подкормка очень популярна в регионах, где имеется недостаток влаги.

Многие удобрения на основе N взрывоопасны. Раствор лишен такого качества и совершенно безвреден. Если при нештатной ситуации допустить аварийный разлив, то не произойдет катастрофического заражения площади. За счет испарения пространство очищается через короткий промежуток времени, что невозможно при попадании больших объемов гранулированных удобрений на почву. Например, при рассыпании селитры, грунт становится непригодным для выращивания растений на очень длительный срок. Благодаря нитрификации внесенный аммиак создает в земле устойчивые соединения, не подверженные разложению.

Где используется аммиак

Использование аммиака в быту практически не встречается. Применяется на фабриках для синтеза других компонентов, входит в состав некоторой продукции, а также используется в чистом виде для обеспечения холодной температуры.

Применяется в таких сферах:

для создания взрывчатых веществ;
с его помощью создается нашатырный спирт;
в холодильных установках промышленного назначения (как хладагент).
входит в состав некоторых строительных материалов, которые используются в условиях сурового холода.
применяется при синтезе азотной кислоты и соды.
входит в состав некоторых удобрений.

В быту и медицине аммиак никогда не используется в чистом виде, только в качестве раствора.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎