Jedan od najvažnijih spojeva dušika je amonijak. Prema svojim fizikalnim svojstvima, to je bezbojni plin oštrog, zagušljivog mirisa (ovo je miris vodene otopine amonijeva hidroksida NH3·H2O). Plin je vrlo topiv u vodi. U vodenoj otopini amonij je slaba baza. To je jedan od najvažnijih proizvoda kemijske industrije.
NH₃ je dobar reduktor, jer u molekuli amonija dušik ima najniže oksidacijsko stanje -3. Mnoge karakteristike amonijaka određene su parom pojedinačnih elektrona u atomu dušika - reakcije amonijaka se događaju zbog njegove prisutnosti (ovaj par pojedinačnih se nalazi na slobodnoj orbiti protona H⁺).
Kako do amonijaka
Postoje dvije glavne praktične metode za dobivanje amonijaka: jedna u laboratoriju, druga u industriji.
Razmotrimo proizvodnju amonijaka u industriji. Interakcija molekularnog dušika i vodika: N₂ + 2H₂=2NH3(reverzibilna reakcija). Ova metoda dobivanja amonijaka naziva se Haberova reakcija. Da bi molekularni dušik i vodik reagirali, moraju se zagrijati na 500 ᵒC ili 932 ᵒF, mora se izgraditi tlak MPA od 25-30. Porozno željezo mora biti prisutno kao katalizator.
Primanje u laboratoriju je reakcija između amonijevog klorida i kalcijevog hidroksida: CA(OH)₂ + 2NH₄Cl=CaCl₂ + 2NH₄OH (kako je NH₄OH vrlo slab spoj, odmah se razgrađuje na plinoviti amonijak: OH=NH₂ NH3 + H₂O).
Reakcija oksidacije amonijaka
Nastavljaju s promjenom oksidacijskog stanja dušika. Budući da je amonijak dobar reduktor, može se koristiti za smanjenje teških metala iz njihovih oksida.
Redukcija metala: 2NH₃ + 3CuO=3Cu + N₂ + 3H₂O (Kada se bakrov(II) oksid zagrijava u prisutnosti amonijaka, crveni bakar metal se smanjuje).
Oksidacija amonijaka u prisutnosti jakih oksidacijskih sredstava (na primjer, halogena) odvija se prema jednadžbi: 2NH3 + 3Cl₂=N₂ + 6HCl (ova redoks reakcija zahtijeva zagrijavanje). Kada je izložen kalijevom permanganatu na amonijaku u alkalnom mediju, uočava se stvaranje molekularnog dušika, kalijevog permanganata i vode: 2NH3 + 6KMnO₄+ 6KOH=6K₂MnO₄+ N₂ + 6H₂O.
Kada se intenzivno zagrijava (do 1200 °C ili 2192 ᵒF), amonijak se može razgraditi u jednostavne tvari: 2NH₃=N₂ + 3H₂. Na 1000 oC ili 1832 amonijak reagira s metanom CH4: 2CH₄ + 2NH3 + 3O₂=2HCN + 6H₂O (cijanovodična kiselina i voda). Oksidiranjem amonijaka s natrijevim hipokloritom, hidrazin H₂X₄ možedobiti: 2NH3 + NaOCl=N2H4 + NaCl + H 2O
Izgaranje amonijaka i njegova katalitička oksidacija kisikom
Oksidacija amonijaka kisikom ima određene značajke. Postoje dvije različite vrste oksidacije: katalitička (s katalizatorom), brza (goruća).
Prilikom gorenja dolazi do redoks reakcije čiji su produkti molekularni dušik i voda: 4NH3 + 2O2=2N2 + 6H2O samozapaljenje amonijaka). Katalitička oksidacija kisikom također se događa kada se zagrijava (oko 800 ᵒC ili 1472 ᵒF), ali jedan od produkta reakcije je drugačiji: 4NH₃ + 5O₂=4NO + 6H₂O (u prisutnosti platine ili oksida željeza, mangana, kroma, katalizator, produkti oksidacije su dušikov oksid (II) i voda).
Razmotrimo homogenu oksidaciju amonijaka kisikom. Nekontrolirana monotona oksidacija plinovitog dijela amonijaka relativno je spora reakcija. Nije detaljno navedeno, ali donja granica zapaljivosti mješavine amonijaka i zraka na 25 °C iznosi oko 15% u području tlaka od 1-10 bara i opada kako se početna temperatura plinske mješavine povećava.
Ako je CNH~ molski udio NH3 u mješavini zraka i amonijaka s temperaturom tmješane (OC), tada iz podataka CNH=0,15-0 slijedi da je granica zapaljivosti niska. Stoga je razumno raditi s dovoljnom sigurnošću ispod donje granicezapaljivost, u pravilu, podaci o miješanju amonijaka sa zrakom često su daleko od savršenih.
Kemijska svojstva
Razmotrimo kontaktnu oksidaciju amonijaka u dušikov oksid. Tipične kemijske reakcije s amonijakom bez promjene stanja oksidacije dušika:
- Reakcija s vodom: NH₃ + H₂O=NH₄OH=NH₄⁺ + he⁻ (reakcija je reverzibilna jer je amonijev hidroksid NH₄OH nestabilan spoj).
- Reakcija s kiselinama za stvaranje normalnih i kiselih soli: NH₃ + HCl=NH₄Cl (nastaje normalna sol amonijevog klorida); 2NH₃ + H₂SO₄=(NH₄)₂SO₄.
- Reakcije sa solima teških metala za stvaranje kompleksa: 2NH₃ + AgCl=[Ag(NH3)₂]Cl (složeni spojevi srebra (I) oblici diamin klorida).
- Reakcija s haloalkanima: NH3 + CH3Cl=[CH3NH3]Cl (oblici metilamonijevog hidroklorida su supstituirani amonijev ion NH4=).
- Reakcija s alkalnim metalima: 2NH₃ + 2K=2KNH₂ + H₂ (tvori kalijev amid KNH₂; dušik ne mijenja oksidacijsko stanje, iako je reakcija redoks). Reakcije adicije odvijaju se u većini slučajeva bez promjene oksidacijskog stanja (sve gore navedeno, osim posljednje, klasificiraju se prema ovoj vrsti).
Zaključak
Amonijak je popularna tvar koja se aktivno koristi u industriji. Danas zauzima posebno mjesto u našem životu,budući da većinu njegovih proizvoda koristimo svaki dan. Ovaj će članak biti korisno štivo za mnoge koji žele znati što nas okružuje.
