ЕXAMCHEMISTRY

Готовимся к сдаче ЕГЭ по химии

Строение молекулы NH₃

Атом азота образует с атомами водорода 3 полярные ковалентные сигма-связи за счет своих трех неспаренных электронов (B(N) = III, С. О. (N) = -3). Остающаяся неподеленная пара 2s-электронов способна участвовать в образовании 4-й ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму с атомами, имеющими вакантную орбиталь

Физические свойства

При обычной температуре NH₃ - бесцветный газ с резким запахом, легче воздуха в 1,7 раза. Аммиак очень легко сжижается (т. кип. -ЗЗ'С); жидкий NH₃ в некоторых отношениях подобен воде - хороший полярный растворитель, вызывает ионизацию растворенных в нем веществ.

Аммиак очень хорошо растворяется в воде (при 20'С в 1 л Н₂О растворяется ~ 700 л NH₃). 25%-ный водный раствор называют «нашатырным спиртом».

Между молекулами NH₃ и Н₂О возникают водородные связи. Поэтому аммиак существует в водном растворе в виде гидрата NH₃ • Н₂О.

Способы получения

I. Промышленный синтез:

ЗН₂ + N₂ = 2NH₃ + Q

Это один из важнейших процессов в химическом производстве. Реакция очень обратима; для смещения равновесия вправо необходимо очень высокое давление (до 1000 атм).

II. В лабораторных условиях аммиак получают действием щелочей на твердые соли аммония:

2NH₄Cl + Са(ОН)₂ = 2NH₃↑ + CaCl₂ + 2Н₂О

Химические свойства

NH₃ очень реакционноспособное вещество. Реакции с его участием многочисленны и разнообразны по механизмам протекания.

NH₃ - сильный восстановитель.

I. Газообразный аммиак взаимодействует:

с кислородом (без катализатора) 4NH₃ + 3О₂ = 2N₂ + 6Н₂О

с кислородом (в присутствии катализаторов Pt) 4NH₃ + 5О₂ = 4NO + 6Н₂О

с галогенами 8NH₃ + 3Cl₂ =N₂ + 6NH₄Cl

с оксидами малоактивных металлов 2NH₃ + ЗСuО = N₂ + ЗСu + ЗН₂О

II. Растворенный в воде аммиак реагирует с различными окислителями, например:

10NH₃ + 6KMnO₄ + 9H₂SO₄ = 5N₂↑ + 6MnSO₄ + 3K2SO₄ + 24Н₂О

При окислении аммиака гипохлоритом натрия получают другое водородное соединение азота - гидразин N₂H₄.

2NH₃ + NaOCl = N₂H₄ + NaCl + Н₂О

Водный раствор NH₃ - слабое основание.

Образующийся при взаимодействии с водой гидрат аммиака частично диссоциирует:

NH₃ + Н₂О → NH₃ • НОН → NH₄⁺ + ОН^-

Комплексный катион NH₄⁺ - продукт присоединения ионов Н⁺ к молекуле NH₃ по донорно-ак-цепторному механизму. За счет освобождающихся из молекул Н₂О ионов ОН^- раствор аммиака приобретает слабощелочную реакцию и проявляет свойства оснований.

Реакции с кислотами.

Взаимодействует со всеми кислотами, например: NH₃ + HNO₃ = NH₄NO₃ нитрат аммония

2NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄ сульфат аммония

NH₃ + H₂SO₄ = NH₄HSO₄ гидросульфат аммония

Реакции с солями металлов.

При пропускании аммиака в водные растворы солей металлов, гидроксиды которых очень плохо растворяются в воде, происходит осаждение Ме(ОН)_x:

3NH₃ + ЗН₂О + АlСl₃ = Al(OH)₃↓ +3NH₄Cl

NH₃ - лиганд в комплексных соединениях (образование аммиакатов).

Молекулы NH₃ способны образовывать донорно - акцепторные связи не только с ионами Н⁺, но и с катионами целого ряда переходных металлов (Аg⁺, Сu²⁺, Сr³⁺, Со²⁺ и др.).

Это приводит к возникновению комплексных ионов - [Аg(NH₃)₂] , [Cu(NH₃)₄], [Cr(NH₃)₆] и др., которые входят в состав комплексных соединений - аммиакатов.

Благодаря образованию растворимых аммиакатов в водном растворе аммиака растворяются нерастворимые в Н₂О оксиды, гидроксиды и соли металлов-комплексообразователей.

В частности, в аммиаке легко растворяются Аg₂О, Cu₂O, Cu(OH)₂, AgCl;

Аg₂О + 4NH₃ + Н₂О = 2 [Аg(NH₃)₂]OH гидроксид диамминсеребра (I)

Cu(OH)₂ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄](OH)₂ гидроксид тетраамминмеди (II)

AgCl + 2NH₃ = [Ag(NH₃)₂]Cl хлорид диамминсеребра (I)

Аммиачные растворы Ag₂O, Cu₂O, Си(ОН)₂ используются как реактивы в качественном анализе (обнаружение альдегидов, многоатомных спиртов).

NH₃ - аминирующий агент в органическом синтезе.

Аммиак используют для синтеза алкиламинов, аминокислот и амидов, например:

2NH₃ + С₂Н₅Вr → С₂Н₅NH₂ + NH₄Br этиламин

2NH₃ + CH₂ClCOOH → H₂N-CH₂-COOH + NH₄Cl глицин

Соли аммония

В солях аммония катион NH₄⁺ играет роль катиона щелочного металла (например, К⁺). Все соли аммония - кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. Некоторые из них окрашены за счет анионов. В водных растворах полностью диссоциируют:

NH₄NO₃ → NH₄⁺ + NO₃^-

(NH₄)₂Cr₂O₇ → 2NH₄⁺ + Сr₂O₇^2-

Способы получения

1. Пропускание аммиака через растворы кислот (см. хим. св-ва NH₃).

2. Взаимодействие аммиака с газообразными галогеноводородами: NH₃(г.) + НВr (г.) = NH₄Br (тв.)

Химические свойства

(специфические для солей аммония)

1.Сильные основания вытесняют NH₃ из солей аммония:

NH₄Cl + NaOH = NaCl + NH₃↑ + Н₂О

(NH₄)₂SO₄ + Ba(OH)₂ = BaSO₄ + 2NH₃↑ + 2Н₂О

Это качественная реакция на ион NH₄⁺ (выделяющийся NH₃ определяют по запаху или по посинению влажной красной лакмусовой бумажки).

2. При нагревании соли аммония разлагаются:

a) при разложении солей аммония, содержащих неокисляющий анион, выделяется NH₃:

NH₄Cl → NH₃↑ + HCl↑

(NH₄)₂SO₄ → NH₃↑ + NH₄HSO₄

(NH₄)₃PO₄ → 3NH₃↑ + H₃PO₄

(NH₄)₂CO₃ → 2NH₃↑ + CO₂ + Н₂О

NH₄HCO₃ → NH₃↑ + CO₂ + Н₂О;

б) если соль содержит анион-окислитель, то происходит внутримолекулярное окислительно-восстановительное разложение:

NH₄NO₃ = N₂O↑ + 2Н₂О

NH₄NO₂ = N₂↑ + 2Н₂О

(NH₄)2Cr₂O₇ = N₂↑ + Cr₂O₃ + 4Н₂О

3. В водных растворах соли аммония гидролизуются по катиону:

NH₄⁺ + Н₂О → NH₃ • Н₂О +H⁺