Аммиак. Соли аммония. Амиды металлов

Азот образует с водородом несколько соединений, из которых важнейшим является аммиак. Аммиак — одно из соединений, важность которого для неорганической и органической химии чрезвычайно велика. Подавляющая часть азотсодержащих соединений получается при участии аммиака. Благодаря способности отдельных видов бактерий и, вероятно, растений превращать азот воздуха в аммиак, на Земле появилась существующая форма жизни.

Электронная формула молекулы аммиака такова:

Из четырех электронных пар при азоте три общие (связывающие) и одна неподеленная (несвязывающая).

В образовании молекулы NH₃ участвуют три неспаренных р-электрона атома азота, электронные орбитали которых вза-

имно перпендикулярны, и 1s-электроны трех атомов водорода. Связи располагаются вдоль трех осей р-орбиталей (см. рис. 20).

Молекула имеет форму правильной пирамиды: в углах треугольника находятся атомы водорода, в вершине пирамиды — атом азота. Угол между связями ÐH—N—H=107,3°.

Химическая связь N—Н полярная: положительный заряд сосредоточен на атоме азота. Вследствие этого между молекулами аммиака образуется водородная связь, что можно изобразить так:

Благодаря водородным связям аммиак имеет сравнительно высокие температуры плавления и кипения, а также высокую теплоту испарения, он легко сжижается.

Получение

1. В промышленности аммиак получают прямым синтезом из азота и водорода:

Для протекания реакции наиболее оптимальными условиями являются наличие катализатора, температуры 500°С и давления 2,9•10⁴ кПа.

Реакция экзотермична, поэтому согласно принципу Ле Шателье равновесие будет смещено вправо тем больше, чем ниже температура. Однако при низких температурах теряет активность катализатор и скорость реакции очень мала. В качестве катализатора используется пористое железо, содержащее в виде добавок оксиды алюминия, калия, кальция, кремния. Реакцию ведут при температуре около 500°С, компенсируя вызываемый сдвиг равновесия влево повышением давления.

Промышленные установки синтеза аммиака работают с использованием принципа циркуляции: после реакции смесь газов охлаждается, содержащийся в ней аммиак конденсируется и отделяется, а непрореагировавшие азот и водород смешиваются со свежей порцией газов, снова подаются в колонну синтеза и т.д.

Удаление аммиака из равновесной смеси сдвигает равновесие реакции вправо.

2. В лабораторных условиях аммиак получают нагреванием солей аммония с щелочами:

2NH₄Cl+Са(ОН)₂=СаСl₂+2NH₃+2Н₂O

Эта реакция основана на смещении равновесия взаимодействия аммиака с водой при добавлении гидроксид-ионов:

NH⁺₄+ОН^-=NH₃+Н₂О

Дата добавления: 2016-01-03; просмотров: 2293;