Дипломная работа: Аммиак
NH₃+H₂O↔NH₄+OHֿ
В результате концентрации ионов OHֿв растворе возрастает. Именно поэтому водные растворы аммиака обладает щелочной реакцией. Однако по установившейся традиции водный раствор аммиака обычно обозначают формулой NH₄OH и называют гидроокись аммония, а щелочную реакцию этого раствора рассматривают как результат диссоциации молекул NH₄OH.
При нагревании раствора аммиак улетучивается, в чем не трудно убедится по запаху. Таким образом, присутствие любой аммонийной соли в растворе можно обнаружить, нагревая раствор со щелочью.
Соли аммония термически неустойчивы. При нагревании они разлагаются. Это разложение может происходить обратимо или необратимо. Например, при нагревании хлорид аммония как бы возгоняется – разлагается на аммиак и хлорид водород, которые на холодных частях сосуда вновь соединяются в хлорид аммония: NH₄↔NH₃+HCI
При обратимом распаде солей аммония, образованных нелетучими кислотами, улетучивается только аммиак. Однако продукты разложения – аммиак и кислота, - будучи смешаны, вновь соединяются друг с другом. Примерами могут служить реакция распада сульфата аммония (NH₄)₂SO₄ или фосфата аммония (NH₄)₃PO₄.
Соли аммония, анион которых проявляет окислительно-восстановительная реакция, в ходе которой ион аммония окисляется, а анион восстанавливается. Примерами могут служить распад NH₄NO₂ или разложение нитрата аммония:
NH₄NO₃=NO₂↑+2H₂O
Аммиак и соли аммония находят широкое применение. Как уже говорила, аммиак даже при невысоком давлении (7-8атм) легко превращается в жидкость. Поскольку при испарения жидкого аммиака поглощается большое количество теплоты (327кал\г), то жидкий аммиак используются в различных холодных устройствах.
Водные растворы аммиака применяются в химических лабораториях и производствах как слабое основание; их используют так же в медицине и в быту. Но большая часть получаемого в промышленности аммиака идет на приготовление азотной кислоты, а также других азотсодержащих веществ. К важнейшим из них относятся азотные удобрения, прежде всего сульфат и нитрат аммония и карбамид.
Сульфат аммония (NH₄)₂SO₄ служит хорошим удобрением и производится в больших количествах.
Нитрат аммония NH₄NO₃ тоже применяется в качестве удобрения; процентное содержание усвояемого азота в этой соли выше, чем в других нитратах или солях аммония. Кроме того, нитрат аммония образует взрывчатые смеси с горючими веществами (аммоналы) и применяются для взрывных работ.
Хлорид аммония, или нашатырь, NH₄CI применяется в красильном деле, в ситцепечатанье, при паянии, а также в гальванических элементах. Применение хлорида аммония при паянии основано на том, что он способствует удалению с поверхностей оксидных пленок, благодаря чему припой хорошо пристает к металлу. При соприкосновении сильно нагретого металла, с хлоридом аммония оксиды, находящиеся на поверхности металла, либо восстанавливаются, либо переходят в хлориды. Последствие, будучи более летучи, чем оксиды, удаляются с поверхности металла. Для случая меди и железа основные происходящие при этом процессы можно выразить такими уравнениями:
4CuО+2NH₄CI=3Сu+CuCI₂+N₂+4H₂O
Fe₃О₄+8NH₄Cl=FeCI₂+ 2FCl₃+4H₂O
Первая из этих реакций является окислительно-восстановительной: медь, будучи менее активным металлом, чем железо, восстанавливается аммиаком, который образуется при нагревании NH₄CL. Жидкий аммиак и насыщенные им растворы аммонийных солей применяют в качестве удобрений. Одним из главных преимуществ таких удобрений является повышенное содержание в них азота.
Получение аммиака. Первым по времени открытия (1904г.) является цианамидный способ получения аммиака, основанный на способности азота при высокой температуре взаимодействовать с карбидом кальция CaC₂ , образуя цианамид кальция CaCN₂ :
CaC₂+ N₂ = CaCN₂+ C+72ккал
Цианамид кальция – порошок, окрашенный в темно-серый цвет примесью угля. При действии на него водяного пара под давлением около 6 атм он легко разлагается с образованием аммиака и карбоната кальция :
CaCN₂+3H₂O= CaCO₃+2NH₃ +18 ккал
Первый завод для получения цианамида кальция мощностью 4 тыс. т в год был построен в 1906 г. В Италии. В1921 г. Мировое производство цианамида кальция достигло 500 тыс. т в год. Но затем строительство новых заводов почти прекратились, так как преобладающее значение получил другой метод промышленного производства аммиака – синтез аммиака из водорода и азота.
При комнатной температуре азот не соединяется с водородом. Но уже давно было известно, что если пропускать смесь этих газов электрические искры, то образуется некоторое количество аммиака. Подобное изучение этой реакции показало, что реакция между азотом и водородом обратима:
N₂+3H₂ ↔2NH₃ +22 ккал
При высокой температуре, создаваемой электрическими разрядами, равновесие сильно сдвинуто влево - количество получающегося аммиака очень мало. Только в начале 20 века удалось, наконец, найти условия, при которых выход аммиака становится достаточным для проведения процесса в заводском масштабе. Оказалось, что этими условиями является высокое давление и низкая температура.
Но при низких температурах скорость реакции настолько мала, что потребовалось бы слишком много времени для получения значительных количеств аммиака. Ускорения процесса удалось добиться путем применения катализаторов. Из различных исследованных веществ наилучшим оказалось определенным образом приготовленное пористое железо, содержащее небольшие количества оксидов алюминия, калия, кальция и кремния.
Реакцию ведут при температуре около 500˚С, компенсируя вызываемый этим сдвиг равновесия вызываемый этим сдвиг равновесия влево повышенным давлением. Нетрудно убедиться, что один и тот же выход аммиака может быть получен как при сравнительно низкой, так и при более высокой температуре, если соответственно увеличить давление. Но пи повышении температуры возрастает скорость реакции и нужное количество аммиака получается за более короткое время.
Все промышленные установки синтеза аммиака работают с использованием принципа циркуляции: после реакции смесь газов охлаждается, содержащийся в ней аммиак конденсируется и отделяется, а не прореагировавшие азот и водород смешиваются со свежей порцией газов, снова подаются на катализатор и т.д. Применение циркуляции увеличивает производительность всей системы.
Синтез аммиака можно проводить при различных давлениях от 150 до 1000 атм. Наибольшее распространение получили системы, работающие при среднем давлении (300 атм); в экономическом отношении они наиболее целесообразны.
В настоящее время синтез аммиака является основным способом связывания атмосферного азота.
Метанол. CH₃OH – бесцветная жидкость (темп. кип. 64,7˚С). Весьма ядовит: прием небольших доз его внутрь вызывает слепоту, а больших – смерть. Метиловый спирт получают в больших количествах синтезом из окси водорода и углерода при высоком давлении (200-300 атм) и высокой температуре (400˚С) в присутствии катализатора (около 90% ΖnO и 10% Cr₂O₃): CO+2H₂↔CH₃OH