Окислення аміаку і його властивості

Одним з найважливіших сполук азоту є аміак. За фізичними властивостями це-безбарвний газ з різким, задушливим запахом (це запах водного розчину гідроксиду амонію NH₃ * H₂O). Газ добре розчиняється у воді. У водному розчині амоній є слабкою основою. Є одним з найважливіших продуктів хімічної промисловості.

NH₃-хороший редуктор, як у молекулі амонію, азот має найнижчий ступінь окислення -3. Багато характеристик аміаку визначаються парою одиночних електронів в атомі азоту - реакції приєднання з аміаком відбуваються через його присутність (ця пара одинаків розташована на вільній орбіті Протона H⁺).

Як отримати аміак

Існують два основних практичних методу отримання аміаку: один в лабораторії, інший - в промисловості.

Розглянемо отримання аміаку в промисловості. Взаємодія молекулярного азоту та водню: N₂ + 2H₂ = 2NH₃ (оборотна реакція). Цей метод отримання аміаку називається реакцією Хабера. Для молекулярного азоту і водню, які повинні прореагувати, їх необхідно нагріти до 500 ᵒC або 932 ᵒF, тиску MPA 25-30 необхідно створитися. Пористий праска повинен бути присутнім як каталізатор.

Отримання в лабораторії – це реакція між хлоридом амонію і гідроксидом кальцію: СА(OH)₂ + 2NH₄Cl = CaCl₂ + 2NH₄OH (як NH₄OH - дуже слабке з`єднання, воно відразу ж розпадається на газоподібний аміак і воду: NH₄OH = NH₃ + H₂O).

Реакція окислення аміаку

Вони протікають зі зміною стану окислення азоту. Так як аміак-хороший редуктор, його можна використовувати для зменшення важких металів від їх окисів.

Зменшення металів: 2NH₃ + 3cuo = 3cu + N₂ + 3H₂O (коли міді (II) оксид нагрівають в присутності аміаку, металева мідь червоного кольору зменшується).

Окислення аміаку в присутності сильних окислювачів (наприклад, галогенів) відбувається за рівнянням: 2NH₃ + 3cl₂ = N₂ + 6hcl (для проведення цієї окислювально-відновної реакції потрібне нагрівання). При впливі перманганату калію на аміак в лужне середовище спостерігається утворення молекулярного азоту, марганцевокислого калію і води: 2NH₃ + 6KMnO₄+ 6KOH = 6K₂MnO₄+ N₂ + 6H₂O.

При інтенсивному нагріванні (до 1200 °C або 2192 ᵒF) аміак може розпадатися на прості речовини: 2NH₃ = N₂ + 3H₂. На 1000 oC або 1832 аміак реагує з метаном CH₄: 2CH₄ + 2NH₃ + 3O₂ = 2HCN + 6H₂O (синильної кислоти і води). Шляхом оксидації аміаку з гіпохлоритом натрію гідразин Н₂Х можно можна отримати: 2NH₃ + NaOCl = N₂H₄ + NaCl + H₂O

Спалювання аміаку і його каталітичне окислення киснем

Окислення аміаку киснем має певні особливості. Існує два різних типи окислення: Каталітичний (з каталізатором), швидкий (Gorenje).

При Gorenje відбувається окислювально-відновна реакція, продуктами якої є молекулярний азот і вода: 4NH3 + 2O2 = 2N2 + 6H2O (полум`я жовто-зелене, Gorenje починається при 651 або 103,8 градусів за Фаренгейтом, оскільки це температура самозаймання аміаку). Каталітичне окислення киснем також відбувається при нагріванні (близько 800 ᵒC або 1472 ᵒF), але один з продуктів реакції відрізняється: 4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O (в присутності платини або оксидів заліза, марганцю, хрому або кобальту в якості каталізатора продуктами окислення є оксид азоту (II) і вода).

Розглянемо однорідне окислення аміаку киснем. Безконтрольна однотипна оксидація ділянки газу аміаку-відносно повільна реакція. Про неї не повідомляється докладно, але нижня межа займистості аміачно-повітряних сумішей при 25 оС становить близько 15% в інтервалі тисків 1-10 бар і зменшується в міру підвищення початкової температури газової суміші.

Якщо CNH~ - це молева частка NH₃ у суміші повітря-аміак з температурою tmixed (OC), то з даних CNH = 0.15-0 випливає, що межа займистості низький. Тому розумно працювати з достатнім запасом міцності нижче нижньої межі займистості, як правило, дані про змішування аміаку з повітрям часто далекі від досконалості.

Хімічна властивість

Розглянемо контактне окислення аміаку до оксиду азоту. Типові хімічні реакції з аміаком без зміни ступеня окислення азоту:

• Реакція з водою: NH₃ + H₂O = NH₄OH = NH₄ ⁺ + oh⁻ (реакція оборотна, оскільки гідроксид амонію NH₄OH є нестійкою сполукою).
• Реакція з кислотами з утворенням нормальних і кислих солей: NH₃ + HCl = NH₄Cl (нормальний хлорид амонію солі сформований);NH₃ + H₂SO₄ = NH₄HSO₄ (в реакції аміаку з холодною концентрованої сірчаної кислотою утворюється кислотна сіль гідросульфат амонію); 2NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄.
• Реакції з солями важких металів з утворенням комплексів: 2NH₃ + AgCl = [Ag(NH₃)₂]Cl (складні сполуки срібла (I) хлоридні форми діаміну).
• Реакція з галогеналканами: NH3 + CH3Cl = [CH3NH3]Cl (форми метиламонію гідрохлориду-це заміщений іон амонію NH4=).
• Реакція з лужними металами: 2NH₃ + 2K = 2KNH₂ + H₂ (утворюється амід калію KNH₂; азот не змінює стан окислення, хоча реакція окисно-відновна). Реакції приєднання відбуваються в більшості випадків без зміни стану окислення (всі перераховані вище, крім останньої, класифікуються даним типом).

Укладення

Аміак-популярна речовина, яка активно використовується в промисловості. На сьогоднішній день вона займає особливе місце в нашому житті, так як більшість продуктів її діяльності ми використовуємо щодня. Ця стаття буде корисна для прочитання багатьом, хто захоче дізнатися про те, що нас оточує.