Аммиак. Соли аммония - Особенности свойств водорода, хлора, брома, йода, кислорода, серы, азота, фосфора, углерода, кремния и их соединений - НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Строение молекулы аммиака

Известно, что на внешнем энергетическом уровне атомы азота содержат пять электронов, из которых три электрона — неспаренные. Именно они и участвуют в формировании трех ковалентных связей с тремя атомами водорода при образовании молекулы аммиака NH₃:

Три общие электронные пары смещены в сторону более электроотрицательного атома азота, а поскольку молекула аммиака имеет форму треугольной пирамиды, то в результате смещения электронных пар возникает диполь, т. е. система с двумя полюсами.

Физические и химические свойства аммиака

Аммиак — бесцветный газ с резким запахом, почти в два раза легче воздуха. Этот газ легко сжижается при обычном давлении и температуре -33,4 °С, а при испарении жидкого аммиака из окружающей среды поглощается много тепла, поэтому аммиак применяется в холодильных установках.

Аммиак очень хорошо растворим в воде: при 20 °С в одном объеме ее растворяется 710 объемов аммиака. Концентрированный водный раствор аммиака (25 % -й по массе) называется водным аммиаком, или аммиачной водой, а используемый в медицине раствор аммиака известен под названием нашатырный спирт. Тот нашатырный спирт, который имеется в вашей домашней аптечке, содержит 10 % аммиака.

Если в раствор аммиака добавить несколько капель фенолфталеина, то он окрасится в малиновый цвет, т. е. покажет щелочную среду:

Наличием гидроксид-ионов ОН^- и объясняется щелочная реакция водных растворов аммиака. Если окрашенный фенолфталеином раствор аммиака подогреть, то окраска исчезнет.

Аммиак взаимодействует с кислотами, образуя соли аммония. Еще одно химическое свойство аммиака можно прогнозировать, если обратить внимание на степень окисления в нем атомов азота, а именно -3. Конечно же, аммиак — сильнейший восстановитель, т. е. атомы азота могут только отдавать электроны, но не принимать их. Так, аммиак способен окислятся или до свободного азота (без участия катализатора):

или до оксида азота (II) (в присутствии катализатора):

Донорно-акцепторный механизм образования иона аммония

Водный раствор аммиака и соли аммония содержат особый ион — катион аммония NH₄⁺, играющий роль катиона металла. Он получается в результате того, что атом азота имеет свободную (неподеленную) электронную пару, за счет которой формируется еще одна ковалентная связь с катионом водорода, переходящего к аммиаку от молекул кислот или воды:

Такой механизм образования ковалентной связи, которая возникает не в результате обобществления непарных электронов, а благодаря свободной электронной паре, имеющейся у одного из атомов, называется донорно-акцепторным.

В данном случае донором этой свободной электронной пары служит атом азота в аммиаке, а акцептором — катион водорода или воды.

Получение аммиака

В промышленности аммиак производят при высоких температурах и давлении синтезом в присутствии катализатора из азота и водорода:

В лаборатории аммиак получают действием гашеной извести Ca(OH)₂ на соли аммония, чаще всего на хлорид аммония:

Газ собирают в перевернутый кверху дном сосуд, а распознают или по запаху, или по посинению влажной красной лакмусовой бумажки, или по появлению белого дыма при внесенной палочке, смоченной соляной кислотой. Аммиак и его соли широко используются в промышленности и технике, в сельском хозяйстве, быту для производства минеральных удобрений, производства азотной кислоты, получения взрывчатых веществ, для паяния, в холодильных установках, в медицине.

Соли аммония

Соли аммония образуются катионом аммония NH₄⁺, который играет роль катиона металла, и кислотными остатками: NH₄NO₃ — нитрат аммония, или аммиачная селитра; (NH₄)₂SO₄ — сульфат аммония и т. д.

Все соли аммония — твердые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. По ряду свойств они похожи на соли щелочных металлов, и в первую очередь на соли калия, т. к. радиусы ионов K⁺ и NH₄⁺ приблизительно равны.

Соли аммония получают взаимодействием аммиака или его водного раствора с кислотами. Они обладают всеми свойствами солей, обусловленными наличием кислотных остатков.

Кроме того, ион аммония обусловливает другое, общее для всех солей аммония, свойство: его соли реагируют со щелочами при нагревании с выделением аммиака:

или в сокращенном виде:

NH₄⁺ + OH^- = NH₃ + H₂O

Эта реакция является качественной реакцией на соли аммония, т. к. образующийся аммиак легко обнаруживается по запаху или по образованию белого дыма при реакции его с соляной кислотой.

Третья группа свойств солей аммония — это их способность разлагаться при нагревании с выделением газообразного аммиака:

В этой реакции образуется газообразный хлороводород, который улетучивается вместе с аммиаком, а при охлаждении вновь соединяется с ним, образуя соль, т. е. при нагревании в пробирке сухой хлорид аммония как бы возгоняется, но на верхних холодных стенках пробирки снова появляются белые кристаллики NH₄Cl.

Хлорид аммония NH₄Cl используют при паянии, т. к. он очищает поверхность металла от оксидной пленки и к ней хорошо пристает припой.

Гидрокарбонат аммония NH₄HCO₃ и карбонат аммония (NH₄)₂CO₃ применяют в кондитерском деле, т. к. они легко разлагаются при нагревании и образуют газы, разрыхляющие тесто и делающие его пышным, например:

Нитрат аммония NH₄NO₃ в смеси с порошками алюминия и угля используют в качестве взрывчатого вещества — аммонала, который применяется при разработке горных пород.