Ena najpomembnejših dušikovih spojin je amoniak. Po svojih fizikalnih lastnostih je brezbarven plin z ostrim, zadušljivim vonjem (to je vonj vodne raztopine amonijevega hidroksida NH3·H2O). Plin je zelo topen v vodi. V vodni raztopini je amonij šibka baza. Je eden najpomembnejših izdelkov kemične industrije.
NH₃ je dober reduktor, saj ima dušik v molekuli amonija najnižje oksidacijsko stanje -3. Številne značilnosti amoniaka so določene s parom posameznih elektronov v atomu dušika – reakcije amonijaka se pojavijo zaradi njegove prisotnosti (ta par enojnih se nahaja na prosti orbiti protona H⁺).
Kako do amoniaka
Obstajata dve glavni praktični metodi za pridobivanje amoniaka: ena v laboratoriju, druga v industriji.
Razmislite o proizvodnji amoniaka v industriji. Interakcija molekularnega dušika in vodika: N₂ + 2H₂=2NH₃(reverzibilna reakcija). Ta metoda pridobivanja amoniaka se imenuje Haberjeva reakcija. Da molekularni dušik in vodik reagirata, ju je treba segreti na 500 ᵒC ali 932 ᵒF, zgraditi je treba tlak MPA 25-30. Porozno železo mora biti prisotno kot katalizator.
Prejemanje v laboratorij je reakcija med amonijevim kloridom in kalcijevim hidroksidom: CA(OH)₂ + 2NH₄Cl=CaCl₂ + 2NH₄OH (ker je NH₄OH zelo šibka spojina, se takoj razgradi v plinast amoniak in OH=NH₄ NH₃ + H₂O).
reakcija oksidacije amoniaka
Nadaljujejo s spremembo oksidacijskega stanja dušika. Ker je amoniak dober reduktor, se lahko uporablja za zmanjšanje težkih kovin iz njihovih oksidov.
redukcija kovin: 2NH₃ + 3CuO=3Cu + N₂ + 3H₂O (Ko se bakrov(II) oksid segreva v prisotnosti amoniaka, se kovina rdečega bakra zmanjša).
Oksidacija amoniaka v prisotnosti močnih oksidantov (na primer halogenov) poteka po enačbi: 2NH₃ + 3Cl₂=N₂ + 6HCl (ta redoks reakcija zahteva segrevanje). Pri izpostavitvi kalijevemu permanganatu na amoniaku v alkalnem mediju opazimo tvorbo molekularnega dušika, kalijevega permanganata in vode: 2NH3 + 6KMnO₄+ 6KOH=6K₂MnO₄+ N₂ + 6H₂O.
Pri intenzivnem segrevanju (do 1200 °C ali 2192 ᵒF) se amoniak lahko razgradi v preproste snovi: 2NH₃=N₂ + 3H₂. Pri 1000 oC ali 1832 amoniak reagira z metanom CH4: 2CH₄ + 2NH₃ + 3O₂=2HCN + 6H₂O (cianovodikova kislina in voda). Z oksidacijo amoniaka z natrijevim hipokloritom lahko hidrazin H₂X₄dobite: 2NH3 + NaOCl=N2H4 + NaCl + H 2O
Izgorevanje amoniaka in njegova katalitična oksidacija s kisikom
Oksidacija amoniaka s kisikom ima določene značilnosti. Obstajata dve različni vrsti oksidacije: katalitična (s katalizatorjem), hitra (gorenje).
Pri gorenju pride do redoks reakcije, katere produkta sta molekularni dušik in voda: 4NH3 + 2O2=2N2 + 6H2O samovžig amoniaka). Katalitična oksidacija s kisikom se pojavi tudi pri segrevanju (približno 800 ᵒC ali 1472 ᵒF), vendar je eden od reakcijskih produktov drugačen: 4NH₃ + 5O₂=4NO + 6H₂O (v prisotnosti platine ali oksidov železa, mangana, kroma, mangana, katalizator, produkta oksidacije sta dušikov oksid (II) in voda).
Razmislite o homogeni oksidaciji amoniaka s kisikom. Nenadzorovana monotona oksidacija odseka plinastega amoniaka je razmeroma počasna reakcija. Ni podrobno opisano, vendar je spodnja meja vnetljivosti zmesi amoniak-zrak pri 25 °C približno 15 % v območju tlaka 1-10 barov in se zmanjšuje z naraščanjem začetne temperature plinske mešanice.
Če je CNH~ molski delež NH3 v mešanici zraka in amoniaka z mešano temperaturo (OC), potem iz podatkov CNH=0,15-0 sledi da je meja vnetljivosti nizka. Zato je smiselno delati z zadostno mejo varnosti pod spodnjo mejovnetljivost so praviloma podatki o mešanju amoniaka z zrakom pogosto daleč od popolnega.
Kemijske lastnosti
Razmislite o kontaktni oksidaciji amoniaka v dušikov oksid. Tipične kemične reakcije z amoniakom brez spreminjanja oksidacijskega stanja dušika:
- Reakcija z vodo: NH₃ + H₂O=NH₄OH=NH₄⁺ + he⁻ (reakcija je reverzibilna, ker je amonijev hidroksid NH₄OH nestabilna spojina).
- Reakcija s kislinami za tvorbo normalnih in kislih soli: NH₃ + HCl=NH₄Cl (nastane normalna sol amonijevega klorida); 2NH₃ + H₂SO₄=(NH₄)₂SO₄.
- Reakcije s solmi težkih kovin za tvorbo kompleksov: 2NH₃ + AgCl=[Ag(NH3)₂]Cl (kompleksne srebrove spojine (I) diamin kloridne oblike).
- Reakcija s haloalkani: NH3 + CH3Cl=[CH3NH3]Cl (oblike metilamonijevega hidroklorida so substituirani amonijev ion NH4=).
- Reakcija z alkalijskimi kovinami: 2NH₃ + 2K=2KNH₂ + H₂ (tvori kalijev amid KNH₂; dušik ne spremeni oksidacijskega stanja, čeprav je reakcija redoks). Reakcije adicije se v večini primerov pojavijo brez spreminjanja oksidacijskega stanja (vse našteto, razen zadnjega, so razvrščene po tej vrsti).
Sklep
Amoniak je priljubljena snov, ki se aktivno uporablja v industriji. Danes zavzema posebno mesto v našem življenju,saj večino izdelkov uporabljamo vsak dan. Ta članek bo koristno branje za mnoge, ki želijo vedeti o tem, kaj nas obdaja.
