Jednou z najdôležitejších zlúčenín dusíka je amoniak. Podľa fyzikálnych vlastností je to bezfarebný plyn s ostrým dusivým zápachom (ide o zápach vodného roztoku hydroxidu amónneho NH₃·H₂O). Plyn je vysoko rozpustný vo vode. Vo vodnom roztoku je amónium slabou zásadou. Je to jeden z najdôležitejších produktov chemického priemyslu.
NH₃ je dobrý reduktor, keďže v molekule amónia má dusík najnižší oxidačný stav -3. Mnohé charakteristiky amoniaku sú určené párom jednotlivých elektrónov v atóme dusíka - v dôsledku jeho prítomnosti dochádza k adičným reakciám s amoniakom (táto dvojica singlov sa nachádza na voľnej dráhe protónu H⁺).
Ako získať amoniak
Existujú dve hlavné praktické metódy získavania amoniaku: jedna v laboratóriu, druhá v priemysle.
Zvážte výrobu amoniaku v priemysle. Interakcia molekulárneho dusíka a vodíka: N2 + 2H2=2NH3(reverzibilná reakcia). Tento spôsob získavania amoniaku sa nazýva Haberova reakcia. Aby molekulárny dusík a vodík reagovali, musia sa zahriať na 500 ᵒC alebo 932 ᵒF, pričom sa musí vytvoriť tlak MPA 25-30. Ako katalyzátor musí byť prítomné porézne železo.
Príjem v laboratóriu je reakcia medzi chloridom amónnym a hydroxidom vápenatým: CA(OH)₂ + 2NH₄Cl=CaCl₂ + 2NH₄OH (keďže NH₄OH je veľmi slabá zlúčenina, okamžite sa rozkladá na plynný amoniak a vodu=NH₄OH NH₃ + H₂O).
Reakcia oxidácie amoniaku
Pokračujú zmenou oxidačného stavu dusíka. Keďže je amoniak dobrým redukčným činidlom, možno ho použiť na redukciu ťažkých kovov z ich oxidov.
Redukcia kovov: 2NH₃ + 3CuO=3Cu + N2 + 3H₂O (Keď sa oxid meďnatý zahrieva v prítomnosti amoniaku, červená meď klesá).
Oxidácia amoniaku v prítomnosti silných oxidačných činidiel (napríklad halogénov) prebieha podľa rovnice: 2NH3 + 3Cl2=N2 + 6HCl (táto redoxná reakcia vyžaduje zahrievanie). Pri vystavení manganistanu draselnému na amoniaku v alkalickom prostredí sa pozoruje tvorba molekulárneho dusíka, manganistanu draselného a vody: 2NH3 + 6KMnO4+ 6KOH=6K2MnO4+ N2 + 6H2O.
Pri intenzívnom zahrievaní (až do 1200 °C alebo 2192 ᵒF) sa amoniak môže rozložiť na jednoduché látky: 2NH3=N₂ + 3H₂. Pri 1000 oC alebo 1832 reaguje amoniak s metánom CH4: 2CH4 + 2NH3 + 3O2=2HCN + 6H2O (kyselina kyanovodíková a voda). Oxidáciou amoniaku chlórnanom sodným môže hydrazín H2X4získať: 2NH3 + NaOCl=N2H4 + NaCl + H 2O
Spaľovanie amoniaku a jeho katalytická oxidácia kyslíkom
Oxidácia amoniaku kyslíkom má určité vlastnosti. Existujú dva rôzne typy oxidácie: katalytická (s katalyzátorom), rýchla (horiaca).
Pri horení dochádza k redoxnej reakcii, ktorej produktmi sú molekulárny dusík a voda: 4NH3 + 2O2=2N2 + 6H2O samovznietenie amoniaku). Katalytická oxidácia kyslíkom nastáva aj pri zahrievaní (asi 800 ᵒC alebo 1472 ᵒF), ale jeden z reakčných produktov je odlišný: 4NH3 + 5O₂=4NO + 6H2O (v prítomnosti platiny alebo oxidov železa, mangánu, chrómu alebo kob altu napr. katalyzátor, oxidačné produkty sú oxid dusík (II) a voda).
Uvažujme o homogénnej oxidácii amoniaku kyslíkom. Nekontrolovaná monotónna oxidácia sekcie plynného amoniaku je relatívne pomalá reakcia. Nie je to podrobne uvedené, ale dolná hranica horľavosti zmesí amoniak-vzduch pri 25 °C je asi 15 % v rozsahu tlaku 1-10 bar a klesá so zvyšujúcou sa počiatočnou teplotou plynnej zmesi.
Ak CNH~ je molárny zlomok NH3 v zmesi vzduch-amoniak s teplotou tmiešania (OC), potom z údajov CNH=0,15-0 vyplýva že hranica horľavosti je nízka. Preto je rozumné pracovať s dostatočnou rezervou bezpečnosti pod spodnou hranicouhorľavosť, údaje o zmiešavaní amoniaku so vzduchom sú spravidla ďaleko od dokonalosti.
Chemické vlastnosti
Zvážte kontaktnú oxidáciu amoniaku na oxid dusnatý. Typické chemické reakcie s amoniakom bez zmeny oxidačného stavu dusíka:
- Reakcia s vodou: NH3 + H2O=NH4OH=NH₄⁺ + he⁻ (reakcia je reverzibilná, pretože hydroxid amónny NH₄OH je nestabilná zlúčenina).
- Reakcia s kyselinami za vzniku normálnych a kyslých solí: NH₃ + HCl=NH₄Cl (vzniká normálna soľ chloridu amónneho); 2NH3 + H2SO4=(NH4)₂SO4.
- Reakcie so soľami ťažkých kovov za vzniku komplexov: 2NH₃ + AgCl=[Ag(NH₃)₂]Cl (komplexné zlúčeniny striebra (I) tvoria diamínchlorid).
- Reakcia s halogénalkánmi: NH3 + CH3Cl=[CH3NH3]Cl (formy metylamóniumhydrochloridu sú substituovaný amóniový ión NH4=).
- Reakcia s alkalickými kovmi: 2NH3 + 2K=2KNH2 + H2 (tvorí amid draselný KNH2; dusík nemení oxidačný stav, hoci reakcia je redoxná). Adičné reakcie prebiehajú vo väčšine prípadov bez zmeny oxidačného stavu (všetky vyššie uvedené okrem posledného sú klasifikované týmto typom).
Záver
Amoniak je populárna látka, ktorá sa aktívne používa v priemysle. Dnes má v našom živote zvláštne miesto,keďže väčšinu jej produktov používame každý deň. Tento článok bude užitočným čítaním pre mnohých, ktorí chcú vedieť o tom, čo nás obklopuje.
