§ 37. Аміяк

Вадароднае злучэнне азоту аміяк — рэчыва малекулярнай будовы. Яго структурная формула . У малекуле аміяку, як паказана ў § 13, тры адзінарныя кавалентныя палярныя сувязі, утвораныя па абменным механізме. Электронная шчыльнасць зрушана да атама азоту, у якога ёсць непадзеленая пара s-электронаў. Таму малекула аміяку палярная і мае канфігурацыю трыганальнай піраміды (мал. 89).

Узаемнае адштурхоўванне атамаў вадароду прыводзіць да павелічэння валентнасці вугла паміж напрамкамі кавалентных сувязей N—H ад 90° да 107°.

Будова малекулы аміяку. Форма піраміды ў малекуле аміяку і валентны вугал 107° пры яе вяршыні тлумачацца ўтварэннем сувязей паміж гібрыднымі арбіталямі атама азоту і s-арбіталямі атама вадароду.

Згодна з канцэпцыяй гібрыдызацыі, ва ўтварэнні кавалентных сувязей удзельнічаюць не зыходныя валентныя тры 2p-арбіталі знешняга электроннага ўзроўню атама азоту, а тры з чатырох sp³-гібрыдных арбіталей, схема ўтварэння якіх паказана на малюнку 89.1 (а–г).

Непадзеленая электронная пара чацвёртай гібрыднай арбіталі валодае нязначнай адштурхоўвальнай сілай, што тлумачыць памяншэнне валентнасці вугла H—N—H з 109,5° да 107. Размяшчэнне трох кавалентных палярных сувязей пад вуглом прыводзіць да асіметрычнага размеркавання электроннай шчыльнасці, гэта значыць да палярнасці малекулы:

Фізічныя ўласцівасці. Аміяк — бясколерны газ (н. у.) з характэрным рэзкім пахам (пах нашатырнага спірту). Ён добра раствараецца ў вадзе: пры 20 °С у адным аб’ёме вады раствараецца каля 700 аб’ёмаў аміяку (параўнаем: О₂ — 0,03, SO₂ — 40, НСl — 400 аб’ёмаў). Тэмпература кіпення аміяку даволі высокая і складае –33 °С. Пры невялікім ціску гэты газ лёгка звадкоўваецца. Тэмпература плаўлення — –78 °С, ніжэй за яе аміяк існуе ў выглядзе бясколерных крышталёў. Высокая тэмпература кіпення і растваральнасць у вадзе абумоўлены наяўнасцю значнага міжмалекулярнага ўзаемадзеяння, гэта значыць утварэннем вадародных сувязей як паміж самімі малекуламі аміяку (у цвёрдым і вадкім станах), так і паміж малекуламі вады і аміяку (у водным растворы) (мал. 90).

Атрыманне аміяку. Аміяк з’яўляецца адным з ключавых прадуктаў хімічнай прамысловасці. Яго сусветная вытворчасць расце разам з глабальным попытам на ўгнаенні і ў цяперашні час перавышае 220 млн тон за год. У Рэспубліцы Беларусь яго вырабляе ААТ «Гродна Азот» — больш за 1 млн тон за год.

У прамысловасці аміяк сінтэзуюць з азоту і вадароду. Рэакцыя экзатэрмічная і абарачальная, каталізатарам служыць жалеза, аптымальная тэмпература сінтэзу — 420–450 °С, ціск — 30–100 МПа:

Для атрымання аміяку ў лабараторыі награваюць сумесь двух цвёрдых рэчываў — хларыду амонію NH₄Cl і гідраксіду кальцыю Са(ОН)₂ (мал. 91):

Хімічныя ўласцівасці. Для аміяку характэрны рэакцыі, якія праходзяць як без змены ступені акіслення азоту, так і акісляльна-аднаўленчыя.

У першым выпадку асноўную ролю адыгрывае непадзеленая электронная пара атама азоту. За кошт яе ўтвараюцца новыя кавалентныя сувязі па донарна-акцэптарным механізме. З іншага боку, наяўнасць атама азоту ў найніжэйшай ступені акіслення –3 абумоўлівае рэакцыі толькі з павышэннем ступені акіслення. Гэта азначае, што аміяк праяўляе ўласцівасці адноўніку.

I. Рэакцыі без змянення ступені акіслення працякаюць, калі аміяк узаемадзейнічае з вадой і кіслотамі. Пры гэтым аміяк праяўляе асноўныя ўласцівасці.

Растварэнне аміяку ў вадзе прыводзіць да ўтварэння гідрату аміяку NH₃ ∙ H₂O — слабой асновы (мал. 92).

Водныя растворы аміяку маюць шчолачнае асяроддзе (рН > 7) і афарбоўваюцца фенолфталеінам у малінавы колер.

Узаемадзеянне аміяку з кіслотамі:

II. Рэакцыі са змяненнем ступені акіслення атама азоту. Гэта рэакцыі аміяку як адноўніку. Аднаўленчыя ўласцівасці аміяк праяўляе ў рэакцыях з кіслародам. Састаў прадуктаў залежыць ад умоў правядзення рэакцыі. У чыстым кіслародзе і на паветры ён згарае пры награванні (у сумесях — выбухае) з утварэннем азоту і вады, а ў прысутнасці каталізатараў плаціны, аксідаў жалеза(III) і хрому(III) утвараюцца аксід азоту(II) і вада:

Рэакцыя каталітычнага акіслення аміяку важная як этап яго перапрацоўкі ў азотную кіслату.

Солі амонію

Рэакцыі аміяку з кіслотамі дазваляюць атрымаць разнастайныя солі амонію.

Солі амонію ўяўляюць сабой цвёрдыя крышталічныя рэчывы, добра растваральныя ў вадзе. Іх растворы з’яўляюцца моцнымі электралітамі, што дысацыіруюць з утварэннем катыёна амонію і аніёна кіслотнага астатку:

Найважнейшая асаблівасць солей амонію — узаемадзеянне са шчолачамі з вылучэннем аміяку:

Узаемадзеянне солей амонію са шчолачамі пры награванні выкарыстоўваюць для выяўлення іонаў амонію (якасная рэакцыя на іон ). Для гэтага да награванай сумесі падносяць вільготную індыкатарную паперку. У прысутнасці аміяку фенолфталеінавая папера становіцца малінавай, лакмусавая — сіняй (мал. 93, рис. 93, Дадатак 3).

Прымяненне аміяку і солей амонію. Асноўная частка вырабленага аміяку ідзе на вытворчасць угнаенняў (аміячная салетра NH₄NO₃, сульфат амонію (NH₄)₂SO₄, мачавіна (NH₂)₂СO і інш.) і азотнай кіслаты. Аміяк запатрабаваны ў вытворчасці соды, фарбавальнікаў, палімераў. Яго выкарыстоўваюць у жывёлагадоўлі для павышэння ўтрымання азоту ў кармах. Аміячную ваду (18–25%-ны водны раствор) ужываюць як вадкае ўгнаенне. Нашатырны спірт (водны раствор аміяку з масавай доляй 3–10 %) выкарыстоўваюць у медыцыне. У побыце нашатырны спірт ужываюць для вывядзення плям з адзежы, пры чыстцы посуду, сантэхнікі, ювелірных упрыгажэнняў, для мыцця шкла і крышталю.

Не варта блытаць нашатырны спірт (NH₃ ∙ H₂O) з нашатыром — соллю і мінералам складу NH₄Cl.

Нашатыр ужываюць у якасці ўгнаення на нейтральных і шчолачных глебах, выкарыстоўваюць як флюс для выдалення аксіднай плёнкі пры пайцы металаў, у гальванічных элементах як кампанент электраліту (мал. 94), карбанат і гідракарбанат амонію выкарыстоўваюць у якасці разрыхляльнікаў для цеста пры выпечцы.

Пытанні, заданні, задачы

1. З прыведзенага рада выпішыце формулы:

• а) вадародных злучэнняў элементаў VА-групы;
• б) нелятучых вадародных злучэнняў: NH₃, NаH, СН₄, LiH, РH₃, AsH₃, СаН₂.

2. Пакажыце агрэгатны стан аміяку пры ціску 101,325 кПа ў наступных тэмпературных інтэрвалах:

• а) ад –33 °С да –80 °С;
• б) ад –5 °С да +80 °С;
• в) ад –50 °С да –70 °С;
• г) ад –25 °С да +25 °С.

3. Вызначце адносную шчыльнасць аміяку па вадародзе і паветры. У адносінах да якога з названых газаў аміяк лягчэйшы?

4. Намалюйце схемы ўтварэння вадародных сувязей:

• а) у вадкім аміяку;
• б) паміж малекуламі вады;
• в) у растворы аміяку ў вадзе.

Чаму аміяк нельга збіраць метадам выцяснення вады?

5. Пералічыце ўмовы сінтэзу аміяку ў прамысловасці. Запішыце ўраўненне гэтай рэакцыі. Чаму сінтэз вядуць пры высокім ціску?

6. Разлічыце аб’ём (н. у.) аміяку, які вылучыўся ў рэакцыі хларыду амонію масай 5,35 г з дастатковай колькасцю гідраксіду кальцыю.

7. Вызначце хімічную формулу злучэння, у якім масавыя долі азоту, вадароду, серы і кіслароду адпаведна роўныя 12,17 %, 4,35 %, 27,83 %, 55,65 %.

8. Складзіце ўраўненні рэакцый паводле схемы:

• а) 
• б) .

9. У чатыры прабіркі з растворамі солей дадалі раствор гідраксіду натрыю. У першай прабірцы выпаў белы асадак, у трэцяй — блакітны. У другой і чацвёртай бачных змен не назіралі, таму іх падагрэлі і да адтулін паднеслі вільготную фенолфталеінавую паперу. Пры гэтым папера стала малінавай над чацвёртай прабіркай. Назавіце змесціва кожнай прабіркі, калі для вызначэння былі прапанаваны солі:

• а) нітрат натрыю, нітрат амонію, нітрат медзі(II), нітрат магнію;
• б) хларыд амонію, хларыд калію, сульфат медзі(II), хларыд кальцыю.

Напішыце ўраўненні адпаведных рэакцый.

10. Малярная маса газавай сумесі, якая складаецца з аміяку і вадароду, роўная 14 г/моль. Вызначце аб’ёмную долю аміяку ў сумесі.

*Самакантроль

1. Для аміяку справядлівыя сцвярджэнні:

• а) газ без паху;
• б) добра раствараецца ў вадзе;
• в) лягчэйшы за паветра;
• г) складаецца з палярных малекул.

2. Азот праяўляе ступень акіслення −3 у злучэннях:

• а) N₂O₃;
• б) NH₃;
• в) N₂;
• г) NH₄Cl.

3. Аміяк утвараецца ў рэакцыях, схемы якіх:

• а) NH₃ + O₂ →;
• б) N₂ + H₂ →;
• в) NH₄Cl + NaOH →;
• г) NH₄Cl + АgNO₃ →.

4. Ураўненне якаснай рэакцыі на іон амонію:

• а) Ag⁺ + Cl^– = AgCl↓;
• б) NH₃ + H⁺ = ;
• в) + OH^– NH₃↑ + H₂O;
• г) Ag⁺ + I^– = AgI↓.

5. Як аснова аміяк рэагуе з:

• а) O₂;
• б) HCl;
• в) H₃РO₄;
• г) Сl₂.