Сполуки неметалів з гідрогеном. Амоніак, його властивості і застосування

Будова молекули.

Молекула аміаку NH₃ являє собою диполь: спільні електронні пари дуже зміщені до атома Нітрогену (чому?):

_.. ..

NH₃, H:N: H N

^.. / ↑ \
N H H H

 

Фізичні властивості.

Аміак NH₃ — безбарвний газ, з різким запахом, набагато легший за повітря, дуже добре розчиняється у воді (при 20⁰С в 1 об'ємі води — 700 об'ємів NH₃), при температурі, нижчій за — 33,4 °С переходить у рідкий стан. Дуже уражує слизові оболонки очей і дихальних шляхів.

Хімічні властивості.

Для аміаку характерні реакції окиснення і приєднання.

1.Окиснення аміаку. Аміак, маючи низький ступінь окиснення Нітрогену -3, поводить себе як відновник. Відновні властивості аміаку виявляються під час горіння його в кисні (мал. 5).
4NH₃ + 30₂ ⇔ 2N₂ + 6H₂0

За наявності каталізатора (Pt) реакція окиснення аміаку змінюється: замість вільного азоту утворюється оксид нітрогену (ІІ) N0:

4NH₃ + 50₂ = 4N0↑ + 6Н₂0

2. Взаємодія з водою. Аміак добре розчиняється у воді утворюючи аміачну воду (за нормальних умов у 100 г води розчиняється 87,5 г, або 115л, NH₃). Висока розчинність аміаку пояснюється тим, що він реагує з водою. Якщо суху колбу, заповнену аміаком і закриту пробкою із вставленою трубкою з відтягнутим кінцем, занурити у воду, до якої додано кілька крапель розчину фенолфталеїну, то з безбарвної рідини починає бити малиновий «фонтан».

Забарвлення аміачної води свідчить про те, що водний розчин аміаку має лужну реакцію.

Як це можна пояснити? У воді концентрації йонів Гідрогену Н⁺ і гідроксид-іонів ОН^- — однакові:

H2O ⇔ H⁺ + OH^-,

тому середовище нейтральне, і фенолфталеїн безбарвний. З розчиненням аміаку NH₃ у воді концентрація гідроксид-іонів ОН^- збільшується, отже, утворюється лужне середовище, і фенолфталеїн стає малиновим.

Виникнення лужного середовища пояснюється тим, що в розчині молекули аміаку приєднують йони гідрогену, утворюючи йони амонію NH⁺₄.

NH₃ + H⁺ → NH₄

При цьому вивільнюються з води гідроксид-іони ОН^-, що й надає розчину лужної реакції.

Кожний йон амонію NH⁺₄ має чотири ковалентні зв'язки. Три з них юються за рахунок трьох неспарених електронів, які є на р -орбіталях зовнішнього електронного шару атома Нітрогену. Четвертий зв'язок утворюється за донорно-акцепторним механізмом між атомом Нітрогену аміаку (донор) та йоном гідрогену (акцептор):

Н Н +

l І

Н — N: + Н⁺ → Н — N — Н

І І
Н Н
Усі чотири зв'язки нітроген-гідроген N — Н в йоні амонію рівноцінні, незважаючи на різні механізми їхнього утворення.

Взаємодія аміаку з водою відбувається за рівнянням:

NH₃ + Н₂0 ⇔ NH₃ • Н₂0⇔ NH⁺₄ + ОН^-

Але в розчині лише невелика частина молекул NH₃ перетворюється на йони амонію NH⁺₄. Тому аміачна вода пахне аміаком.

Аміачну воду позначають формулою NH₃ • Н₂0 і називають гідроксидом амонію, або нашатирним спиртом. Він належить до слабких і нестійких основ:

NH₃ • Н₂0 ⇔ NH⁺₄ + ОН^-

NH₃ • Н₂0⇔ NH₃↑ + Н₂0

3. Взаємодія з кислотами. Якщо змочити одну скляну паличку концентрованим розчином аміаку, а іншу — концентрованою хлоридною кислотою і піднести їх одну до одної, то з'являється білий дим — дрібні кристалики хлориду амонію (нашатирю):

NH₃ + НСl = NH₄Cl

Отже, аміак, взаємодіючи з кислотами, утворює солі амонію:

Добування. У лабораторії аміак добувають із суміші твея дих речовин — нашатирю NH₄Cl і гашеного вапна Са(ОH)₂ за рівнянням:

2NH₄Cl + Са(ОН)₂ = CaCl₂+2NH₃↑ + 2Н₂0.

Застосування. Аміак — важливий продукт хімічної промисловості. Його використовують як добриво і для виробництва азотних добрив, а також нітратної кислоти, вибухових речовин, соди. Як холодоагент аміак застосовують у холодильниках.

У вигляді аміачної води він використовується у медицині під назвою «нашатирний спирт». Вдихання малих кількостей аміаку І стимулює роботу серця і нервової системи, тому нашатирний спирт дають нюхати при знепритомленні та отруєннях, наприклад чадним газом CO. Як слабкий луг аміачну воду широко застосовують у хімічних лабораторіях, а також у побуті: під час прання білизни, для виведення плям, чищення килимів і ювелірних виробів.