Jednou z nejdůležitějších sloučenin dusíku je amoniak. Podle fyzikálních vlastností je to bezbarvý plyn s ostrým, dusivým zápachem (jedná se o zápach vodného roztoku hydroxidu amonného NH3·H2O). Plyn je vysoce rozpustný ve vodě. Ve vodném roztoku je amonium slabou zásadou. Je to jeden z nejdůležitějších produktů chemického průmyslu.
NH₃ je dobrý reduktor, protože v molekule amonia má dusík nejnižší oxidační stav -3. Mnoho charakteristik amoniaku je určeno párem jednotlivých elektronů v atomu dusíku - díky jeho přítomnosti dochází k adičním reakcím s amoniakem (tato dvojice singlů se nachází na volné dráze protonu H⁺).
Jak získat čpavek
Existují dvě hlavní praktické metody získávání amoniaku: jedna v laboratoři, druhá v průmyslu.
Zvažte výrobu čpavku v průmyslu. Interakce molekulárního dusíku a vodíku: N2 + 2H2=2NH3(vratná reakce). Tento způsob získávání amoniaku se nazývá Haberova reakce. Aby molekulární dusík a vodík reagovaly, musí se zahřát na 500 ᵒC nebo 932 ᵒF, musí se vytvořit tlak MPA 25-30. Jako katalyzátor musí být přítomno porézní železo.
Příjem v laboratoři je reakce mezi chloridem amonným a hydroxidem vápenatým: CA(OH)₂ + 2NH₄Cl=CaCl₂ + 2NH₄OH (protože NH₄OH je velmi slabá sloučenina, okamžitě se rozkládá na plynný amoniak a vodu=NH₄OH NH₃ + H₂O).
Reakce oxidace amoniaku
Probíhají změnou oxidačního stavu dusíku. Protože je čpavek dobrým redukčním činidlem, lze jej použít k redukci těžkých kovů z jejich oxidů.
Redukce kovů: 2NH₃ + 3CuO=3Cu + N₂ + 3H₂O (Při zahřívání oxidu měďnatého v přítomnosti amoniaku klesá červená měď).
Oxidace amoniaku v přítomnosti silných oxidačních činidel (například halogenů) probíhá podle rovnice: 2NH3 + 3Cl2=N2 + 6HCl (tato redoxní reakce vyžaduje zahřívání). Při vystavení manganistanu draselnému na čpavku v alkalickém prostředí je pozorována tvorba molekulárního dusíku, manganistanu draselného a vody: 2NH3 + 6KMnO4+ 6KOH=6K2MnO4+ N2 + 6H2O.
Při intenzivním zahřívání (až na 1200 °C nebo 2192 ᵒF) se amoniak může rozkládat na jednoduché látky: 2NH3=N₂ + 3H₂. Při 1000 oC nebo 1832 reaguje amoniak s metanem CH4: 2CH4 + 2NH3 + 3O2=2HCN + 6H2O (kyselina kyanovodíková a voda). Oxidací amoniaku chlornanem sodným může hydrazin H2X4získat: 2NH3 + NaOCl=N2H4 + NaCl + H 2O
Spalování amoniaku a jeho katalytická oxidace kyslíkem
Oxidace amoniaku kyslíkem má určité vlastnosti. Existují dva různé typy oxidace: katalytická (s katalyzátorem), rychlá (spalování).
Při hoření dochází k redoxní reakci, jejímž produkty jsou molekulární dusík a voda: 4NH3 + 2O2=2N2 + 6H2O samovznícení čpavku). Katalytická oxidace kyslíkem nastává také při zahřátí (asi 800 ᵒC nebo 1472 ᵒF), ale jeden z reakčních produktů je odlišný: 4NH3 + 5O₂=4NO + 6H2O (v přítomnosti platiny nebo oxidů železa, manganu, chrómu nebo kob altu např. katalyzátor, oxidační produkty jsou oxid dusíku (II) a voda).
Zvažte homogenní oxidaci amoniaku kyslíkem. Nekontrolovaná monotónní oxidace sekce plynného amoniaku je relativně pomalá reakce. Není to podrobně uvedeno, ale spodní mez hořlavosti směsí čpavek-vzduch při 25 °C je asi 15 % v tlakovém rozmezí 1-10 bar a klesá s rostoucí počáteční teplotou plynné směsi.
Pokud CNH~ je molární zlomek NH3 ve směsi vzduch-amoniak se smíšenou teplotou (OC), pak z dat CNH=0,15-0 vyplývá že mez hořlavosti je nízká. Proto je rozumné pracovat s dostatečnou rezervou bezpečnosti pod spodní hranicíhořlavost, údaje o mísení čpavku se vzduchem mají zpravidla k dokonalosti často daleko.
Chemické vlastnosti
Zvažte kontaktní oxidaci čpavku na oxid dusnatý. Typické chemické reakce s amoniakem bez změny oxidačního stavu dusíku:
- Reakce s vodou: NH3 + H2O=NH4OH=NH4⁺ + he⁻ (reakce je vratná, protože hydroxid amonný NH₄OH je nestabilní sloučenina).
- Reakce s kyselinami za vzniku normálních a kyselých solí: NH₃ + HCl=NH₄Cl (vzniká normální chlorid amonný); 2NH3 + H2SO4=(NH4)₂SO4.
- Reakce se solemi těžkých kovů za vzniku komplexů: 2NH₃ + AgCl=[Ag(NH₃)₂]Cl (komplexní sloučeniny stříbra (I) tvoří diaminchlorid).
- Reakce s halogenalkany: NH3 + CH3Cl=[CH3NH3]Cl (formy methylamonium hydrochloridu jsou substituované amoniové ionty NH4=).
- Reakce s alkalickými kovy: 2NH3 + 2K=2KNH2 + H2 (vytváří amid draselný KNH2; dusík nemění oxidační stav, ačkoli je reakce redoxní). Adiční reakce probíhají ve většině případů beze změny oxidačního stavu (všechny výše uvedené, kromě posledního, jsou klasifikovány tímto typem).
Závěr
Amoniak je oblíbená látka, která se aktivně používá v průmyslu. Dnes zaujímá zvláštní místo v našem životě,protože většinu jejích produktů používáme každý den. Tento článek bude užitečným čtením pro mnoho lidí, kteří chtějí vědět o tom, co nás obklopuje.
