Амиак как химическое соединение¶

Амиак (нитрид водорода, NH₃) — бинарное химическое соединение азота и водорода, при нормальных условиях представляющее собой бесцветный газ с резким удушливым запахом. Молекула амиака имеет форму тригональной пирамиды с атомом азота в вершине; валентный угол H—N—H составляет около 107°. Молярная масса — 17,03 г/моль, плотность по воздуху — 0,597, температура плавления — −77,7 °C, температура кипения — −33,4 °C. Соединение хорошо растворимо в воде: при 20 °C в одном объёме воды растворяется около 700 объёмов газа, что даёт концентрированный раствор с массовой долей около 25 %. Амиак относится к важнейшим продуктам химической промышленности; по объёму мирового производства он занимает одно из первых мест среди неорганических веществ.

¶Номенклатура и история

Название «амиак» традиционно связывают с латинским словом ammoniacum — так называли нашатырь (хлорид аммония), который получали вблизи храма Амона в Древнем Египте. В русскоязычной литературе наряду с формой «амиак» широко используется написание «аммиак»; обе формы обозначают одно и то же вещество.

В чистом виде соединение выделил в 1774 году английский химик Джозеф Пристли. Состав амиака установил в 1785 году Клод Луи Бертолле, а количественный анализ выполнил в 1808 году Хэмфри Дэви. Промышленное значение вещества резко возросло после разработки в 1908–1913 годах процесса Габера — Боша, позволившего синтезировать амиак из атмосферного азота и водорода в промышленных масштабах.

¶Физические свойства

Жидкий амиак — бесцветная жидкость, применяемая как растворитель и хладагент. Газ легко сжижается при повышении давления, что упрощает его хранение и транспортировку в баллонах.

¶Химические свойства

Амиак проявляет основные свойства. В водном растворе он частично взаимодействует с водой, образуя гидроксид аммония и ионы аммония NH₄⁺, что придаёт раствору слабощелочную реакцию:

NH₃ + H₂O ⇄ NH₄⁺ + OH⁻

С кислотами амиак образует соли аммония: с соляной кислотой — хлорид аммония, с азотной — нитрат аммония, с серной — сульфат аммония. Эти соли широко применяются как удобрения.

В окислительно-восстановительных реакциях амиак может выступать как восстановитель. При каталитическом окислении кислородом образуются оксид азота(II) и вода — ключевая стадия производства азотной кислоты. При горении в кислороде амиак даёт азот и воду. С активными металлами (например, натрием) он реагирует с образованием амидов.

¶Получение

Основной промышленный способ — каталитический синтез из азота и водорода (процесс Габера — Боша):

N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃ + Q

Реакция экзотермична и обратима, поэтому её проводят при повышенном давлении (200–350 атм) и температуре 400–500 °C в присутствии железного катализатора с добавками оксидов калия и алюминия. В лабораторных условиях амиак получают действием щелочей на соли аммония, например нагреванием хлорида аммония с гидроксидом кальция.

¶Применение

Основная часть производимого амиака (свыше 80 %) расходуется на производство азотных удобрений: карбамида, нитрата и сульфата аммония, аммиачной селитры. Значительные объёмы используются для синтеза азотной кислоты, которая затем идёт на изготовление удобрений, взрывчатых веществ и красителей.

Другие направления применения:

• Холодильная техника — жидкий амиак служит рабочим телом в промышленных холодильных установках.
• Химический синтез — сырьё для получения полимеров (капрон, нейлон), лекарственных препаратов, синильной кислоты.
• Металлургия — защитная атмосфера при отжиге металлов.
• Текстильная и кожевенная промышленность — очистка и окрашивание материалов.
• Медицина — водный раствор (нашатырный спирт) применяется как средство первой помощи при обмороках.
• Экология — реагент для очистки дымовых газов от оксидов азота и серы.

¶Физиологическое действие и техника безопасности

Амиак токсичен. Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны составляет 20 мг/м³. Пары вызывают раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, при высоких концентрациях возможны ожоги, отёк лёгких и рефлекторная остановка дыхания. Жидкий амиак при попадании на кожу вызывает обморожение.

Вещество горюче; смеси амиака с воздухом в определённых пропорциях взрывоопасны. При работе с ним применяют герметичное оборудование, средства индивидуальной защиты и вентиляцию. Для обнаружения утечек используют индикаторные бумажки и газоанализаторы. Первая помощь при отравлении — вынос пострадавшего на свежий воздух, промывание глаз и слизистых водой, при необходимости — искусственное дыхание и медицинская помощь.

¶Амиак в природе

Амиак присутствует в атмосфере в следовых количествах, образуется при гниении органических остатков, входит в состав вулканических газов. В промышленности его получают искусственно, однако круговорот азота в природе включает и биологическое образование амиака при разложении белков. Соединение играет заметную роль в атмосфере газовых гигантов — Юпитера и Сатурна, где образует облачные слои.