Uno dei composti azotati più importanti è l'ammoniaca. Per le sue proprietà fisiche è un gas incolore dall'odore pungente e soffocante (questo è l'odore di una soluzione acquosa di idrossido di ammonio NH₃·H₂O). Il gas è altamente solubile in acqua. In soluzione acquosa, l'ammonio è una base debole. È uno dei prodotti più importanti dell'industria chimica.
NH₃ è un buon riduttore, poiché nella molecola di ammonio l'azoto ha lo stato di ossidazione più basso -3. Molte caratteristiche dell'ammoniaca sono determinate da una coppia di singoli elettroni nell'atomo di azoto - reazioni di addizione con l'ammoniaca si verificano a causa della sua presenza (questa coppia di singoli si trova sull'orbita libera del protone H⁺).
Come ottenere l'ammoniaca
Ci sono due metodi pratici principali per ottenere l'ammoniaca: uno in laboratorio, l' altro nell'industria.
Considera la produzione di ammoniaca nell'industria. Interazione di azoto molecolare e idrogeno: N₂ + 2H₂=2NH₃(reazione reversibile). Questo metodo per ottenere l'ammoniaca è chiamato reazione di Haber. Affinché l'azoto molecolare e l'idrogeno reagiscano, devono essere riscaldati a 500 ᵒC o 932 ᵒF, è necessario creare una pressione MPA di 25-30. Il ferro poroso deve essere presente come catalizzatore.
Ricevere in laboratorio una reazione tra cloruro di ammonio e idrossido di calcio: CA(OH)₂ + 2NH₄Cl=CaCl₂ + 2NH₄OH (poiché NH₄OH è un composto molto debole, si decompone immediatamente in ammoniaca gassosa e acqua: NH₄OH=NH₃ + H₂O).
Reazione di ossidazione dell'ammoniaca
Procedono con un cambiamento dello stato di ossidazione dell'azoto. Poiché l'ammoniaca è un buon riduttore, può essere utilizzata per ridurre i metalli pesanti dai loro ossidi.
Riduzione del metallo: 2NH₃ + 3CuO=3Cu + N₂ + 3H₂O (Quando l'ossido di rame(II) viene riscaldato in presenza di ammoniaca, il metallo di rame rosso diminuisce).
L'ossidazione dell'ammoniaca in presenza di agenti ossidanti forti (ad esempio alogeni) avviene secondo l'equazione: 2NH₃ + 3Cl₂=N₂ + 6HCl (questa reazione redox richiede riscaldamento). Quando esposto a permanganato di potassio su ammoniaca in un mezzo alcalino, si osserva la formazione di azoto molecolare, permanganato di potassio e acqua: 2NH₃ + 6KMnO₄+ 6KOH=6K₂MnO₄+ N₂ + 6H₂O.
Se riscaldata intensamente (fino a 1200 °C o 2192 ᵒF), l'ammoniaca può decomporsi in sostanze semplici: 2NH₃=N₂ + 3H₂. A 1000 oC o 1832 l'ammoniaca reagisce con il metano CH4: 2CH₄ + 2NH₃ + 3O₂=2HCN + 6H₂O (acido cianidrico e acqua). Ossidando l'ammoniaca con ipoclorito di sodio, l'idrazina H₂X₄ puòottieni: 2NH3 + NaOCl=N2H4 + NaCl + H 2O
Combustione dell'ammoniaca e sua ossidazione catalitica con ossigeno
L'ossidazione dell'ammoniaca con l'ossigeno ha determinate caratteristiche. Esistono due diversi tipi di ossidazione: catalitica (con catalizzatore), rapida (che brucia).
Durante la combustione, si verifica una reazione redox, i cui prodotti sono azoto molecolare e acqua: 4NH3 + 2O2=2N2 + 6H2O autoaccensione dell'ammoniaca). L'ossidazione catalitica con ossigeno avviene anche per riscaldamento (circa 800 ᵒC o 1472 ᵒF), ma uno dei prodotti di reazione è diverso: 4NH₃ + 5O₂=4NO + 6H₂O (in presenza di platino o ossidi di ferro, manganese, cromo o cob alto come un catalizzatore, i prodotti di ossidazione sono ossido di azoto (II) e acqua).
Considera l'ossidazione omogenea dell'ammoniaca con l'ossigeno. L'ossidazione monotona incontrollata della sezione del gas di ammoniaca è una reazione relativamente lenta. Non è riportato in dettaglio, ma il limite inferiore di infiammabilità delle miscele ammoniaca-aria a 25°C è di circa il 15% nell'intervallo di pressione 1-10 bar e diminuisce all'aumentare della temperatura iniziale della miscela gassosa.
Se CNH~ è la frazione molare di NH3 in una miscela aria-ammoniaca a temperatura tmiscelata (OC), allora dal dato CNH=0,15-0 segue che il limite di infiammabilità è basso. Pertanto, è ragionevole lavorare con un margine di sicurezza sufficiente al di sotto del limite inferioreinfiammabilità, di norma, i dati sulla miscelazione dell'ammoniaca con l'aria sono spesso tutt' altro che perfetti.
Proprietà chimiche
Considera l'ossidazione per contatto dell'ammoniaca in ossido nitrico. Tipiche reazioni chimiche con l'ammoniaca senza modificare lo stato di ossidazione dell'azoto:
- Reazione con acqua: NH₃ + H₂O=NH₄OH=NH₄⁺ + he⁻ (la reazione è reversibile perché l'idrossido di ammonio NH₄OH è un composto instabile).
- Reazione con acidi per formare sali normali e acidi: NH₃ + HCl=NH₄Cl (si forma il normale sale di cloruro di ammonio); 2NH₃ + H₂SO₄=(NH₄)₂SO₄.
- Reazioni con sali di metalli pesanti per formare complessi: 2NH₃ + AgCl=[Ag(NH₃)₂]Cl (composti complessi d'argento (I) forme di diammina cloruro).
- Reazione con aloalcani: NH3 + CH3Cl=[CH3NH3]Cl (le forme cloridrato di metilammonio sono lo ione ammonio sostituito NH4=).
- Reazione con metalli alcalini: 2NH₃ + 2K=2KNH₂ + H₂ (forma potassio ammide KNH₂; l'azoto non cambia lo stato di ossidazione, sebbene la reazione sia redox). Le reazioni di addizione si verificano nella maggior parte dei casi senza modificare lo stato di ossidazione (tutte le precedenti, tranne l'ultima, sono classificate in base a questo tipo).
Conclusione
L'ammoniaca è una sostanza popolare che viene utilizzata attivamente nell'industria. Oggi occupa un posto speciale nella nostra vita,poiché utilizziamo la maggior parte dei suoi prodotti ogni giorno. Questo articolo sarà una lettura utile per molti che vogliono sapere cosa ci circonda.
