Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 31
АММИАК (от греч. hals ammoniakos, букв. - амонова соль; так назывался нашатырь, к-рый получали близ храма бога Амона в Египте) NH3
, бесцв. газ с резким запахом. Молекула имеет форму правильной пирамиды (см. рис. 1). Связи N— Н полярны; Рис. 1. Структура молекулы NH3
(длина связи - в нм). Твердый аммиак - бесцв. кристаллы с кубич. решеткой (а = = 0,515 нм, 2 = 4, пространств, группа Р21
3). В жидком аммиаке молекулы ассоциированы вплоть до критич. т-ры, электролитич. диссоциация совершенно ничтожна, произведение концентраций [NH;][NH2
] составляет 10-22
(-33,4°С); Р-римость аммиака в воде (% по массе): 42,8 (0°С, 33,1 (20°С), 23,4 (40°С), 14,1 (60°С). Плотность водных р-ров (г/см3
): 0,970 (8% по массе NH3
), 0,947 (16%), 0,889 (32%), 0,832 (50%), 0,733 (75%). Для бесконечно разб. водного р-ра В системе NH3
—Н2
О установлено существование эвтек-тик: лед + NН3
*Н2
О (33,23% по массе NH3
, т. пл. -100,3о
С), NH3
*H2
O + NH3
*0,5H2
O (55,11%, -83,3°С), NH3
*H2
O + NH3
(80,05%, - 92,5°С). В водном р-ре аммиак частично ионизирован на NH4
+
и ОН , что обусловливает щелочную р-цию р-ра (рКа
9,247). Разложение аммиака на водород и азот становится заметным выше 1200-1300 °С, в присут. катализаторов - выше 400°С. Аммиак весьма реакционноспособен. Для него типичны р-ции присоединения, в частности протона при взаимод. с к-тами. В результате образуются солиаммония, к-рые по многим св-вам подобны солямщелочных металлов. Аммиак - основание Льюиса, присоединяет не только Н+
, но и др. акцепторы электронов, напр. BF3
с образованием BF3
*NH3
. Дает аммины при взаимод. с солями. Щелочные и щел.-зем. металлы реагируют с жидким и газообразным аммиаком, давая амиды. При нагр. в атмосфере аммиака многие металлы и неметаллы (Zn, Cd, Fe, Cr, B, Si и др.) образуют нитриды. Жидкий аммиак взаимод. с серой по р-ции: 10S + 4NH3
-> 6H2
S + N4
S4
. Ок. 1000°С аммиак реагирует с углем, образуя HCN и частично разлагаясь на N2
и Н2
. Большое практич. значение имеет р-ция аммиака с СО2
, ведущая к образованию карбаматааммония NH2
COONH4
, к-рый при 160-200 °С и давл. до 40 МПа распадается на воду и мочевину. Водород в аммиаке может быть замещен галогенами. Аммиак горит в атмосфере О2
, образуя воду и N2
. Каталитич. окислением аммиака получают NO промежут. продукт в произ-ве HNO3
. Каталитич. окисление аммиака в смеси с СН4
дает HCN. Такие сильные окислители, как Н2
О2
, К2
Сr2
О7
и КМnО4
, окисляют аммиак в водных р-рах. Газообразный аммиак окисляется Вr2
и С12
до N2
. Рис. 2. Зависимость равновесного содержания NH3
в газовой смеси (Н2
: N2
= 3) от давления при разных т-рах. Рис. 3. Агрегат синтеза аммиака мощностью 1360 т/сут: 1-компрессоры; 2-подогреватели; 3-аппарат для тарирования сераорг. соед.; 4-адсорбер H2
S; 5-трубчатая печь (первичный риформинг); 6-шахтный конвертор (вторичный риформинг); 7-паровые котлы; 8-конверторы СО; 9-абсорбер СО2
; 10-кипятильник; 11 -регенератор р-ра моноэтаноламина; 12-насос; 13-аппарат для гидрирования остаточных СО и СО2
; 14-воздушные холодильники; 15-конденсац. колонна; 16-испаритель жидкого NH3
(для охлаждения газа и выделения NH3
); 17-колонна синтеза NН3
; 18-водоподогреватель; 19-теплообменник; 20-сепаратор. Осн. пром. способ получения аммиака - по р-ции 1
/2
N2
+ 3
/2
H2 где w-наблюдаемая скорость процесса, равная разности скоростей образования и разложения A., kl
и k2
-константы скорости образования и разложения аммиака, рH2
, pN2
и pNH3
-парциальное давление соответствующего газа, Рис. 4. Колонна синтеза аммиака: 1-люк для выгрузки катализатора; 2-центр, труба; 3-корпус; 4-люк для загрузки катализатора; 5 -теплообменник; 6-трубы для ввода холодного газа; 7 - катализатор. Аммиак выпускается в жидком виде либо в виде водного р-ра-аммиачной воды, чаще всего с содержанием 25% NH3
. Аммиак, поставляемый на нужды пром-сти, содержит не менее 99,96% по массе NH3
, до 0,04% Н2
О, до 2 мг/л машинного масла, до 1,0 мг/л Fe. В техн. аммиак, транспортируемый по трубопроводу, добавляется до 0,2-0,4% Н2
О для ингибирования коррозии стали. Аммиак обнаруживается по характерному запаху. Бумажка, смоченная р-ром Hg2
(NO3
)2
, при действии аммиака чернеет. Малые кол-ва аммиака в водных р-рах открывают с помощью реактива Несслера. Количественно аммиак определяют титриметрически. Применяют аммиак в произ-ве HNO3
, мочевины, NH4
NO3
, (NH4
)2
CO3
, (NH4
)2
SO4
и др., аммофоса, уротропина, как жидкое удобрение, в кач-ве хладагента. Мировое произ-во аммиака составило в 1982 ок. 89 млн. т, в т.ч. в СССР 17,76, США 14.06, СРР 3,14, Франции 1,9, Японии 2,01, ФРГ 1,92 млн. т. Жидкий аммиак хранят при 2,0 МПа или при атм. давлении и — 33°С. Перевозят в стальных баллонах (окрашены в желтый цвет, имеют надпись "Аммиак" черного цвета), железнодорожных и автомобильных цистернах, по воде - в спец. танкерах, транспортируют также по трубопроводам. При содержании в воздухе 0,5% по объему аммиак сильно раздражает слизистые оболочки. При остром отравлении поражаются глаза и дыхат. пути, при хронич. отравлениях наблюдаются расстройство пищеварения, катар верх. дыхат. путей, ослабление слуха. Жидкий аммиак вызывает сильные ожоги кожи. ПДК 20 мг/м3
. Смесь аммиака с воздухом взрывоопасна, КПВ 15-28%; для воздушно-аммиачных смесей, содержащих 9-57% по объему аммиака, т. всп. ок. 1000°С. Чистый аммиак был получен Дж. Пристли в 1774.
|