Аміак

Аміа́к, амоніа́к, NH₃ — неорганічна сполука, безбарвний газ із різким задушливим запахом, легший за повітря, добре розчинний у воді. Одержують каталітичним синтезом з азоту і водню під тиском. Використовують переважно для виробництва азотних добрив, вибухових речовин і азотної кислоти. Рідкий аміак використовується в холодильних установках. Водний розчин аміаку (нашатирний спирт) застосовується в медицині.

Структурна формула
Загальна інформація
Преференційна назва ІЮПАК	Аміак, амоніак
Систематична назва ІЮПАК	Азан
Хімічна формула	NH3
3D Структура (JSmol)	Інтерактивне зображення
Зовнішні ідентифікатори / Бази даних
CAS 7664-41-7 ECHA-ID 100.028.760 PubChem 222 ChemSpider 217 ChEBI CHEBI:16134 EINECS 231-635-3 Номер Гмеліна 79 InChI InChI=1S/H3N/h1H3 SMILES N
Властивості
Молярна маса	17.0306 г·моль−1
Агрегатний стан	Газ
Зовнішній вигляд	Безбарвний газ із різким запахом
Густина	0,7714 г·см-3 (0 °C, 1013 mbar)[1]
Температура плавлення	-77,7 °C[1]
Температура кипіння	-33 °C[1]
Температура самозаймання	630 °C[1]
Тиск насиченої пари	8573 гПа (20 °C)[1]
pKa	9.24 (NH4+/NH3, H2O)[2] 10.5 (NH4+/NH3, DMSO)[3] 38 (NH3/NH2-, H2O)[4] 41 (NH3/NH2-, DMSO)[5]
Розчинність	531 г·дм-3 (H2O, 20 °C), розчинний в етанолі, ацетоні, хлороформі.
Дипольний момент	1,4718(2) D (4,91·10-30 C·м)[6]
Коефіцієнт заломлення	1,325 (16,85 °C)[7]
Безпека
Маркування згідно системі УГС Небезпека
H-фрази	H: H221, H280, H331, H314, H410
P-фрази	P: P210, P260, P273, P280, P303+P361+P353+P315, P304+P340+P315, P305+P351+P338+P315, P377
EUH-фрази	EUH: EUH071
LC50	27,1 мг/дм3/96 год (риба, середнє значення (29 досліджень)) 22,8 mg/l мг/дм3/48 год (ракоподібні, середнє значення (25 досліджень))
Наскільки це можливо, значення величин подані в одиницях системи SI. Якщо не вказано іншого, усі дані відносяться до стандартного стану.

Фізичні властивості

Аміак — безбарвний газ з характерним різким запахом і їдким смаком. Він майже вдвічі легший від повітря. При -33,35 °С і звичайному тиску аміак скраплюється в безбарвну рідину, а при -77,75 °C замерзає, перетворюючись у безбарвну кристалічну масу. Його зберігають і транспортують у рідкому стані в сталевих балонах під тиском 6–7 атм.

У воді аміак розчиняється дуже добре: при 0 °С і звичайному тиску в 1 об'ємі води розчиняється близько 1200 об'ємів NH₃, а при 20 °С — 700 об'ємів. Концентрований розчин містить 25% NH₃ і має густину 0,91 г/см³. Розчин аміаку у воді називають аміачною водою або нашатирним спиртом. Звичайний медичний нашатирний спирт містить до 10 % NH₃, аміачна вода від 10 % і більше. При нагріванні розчину аміак легко випаровується.

Отримання

В лабораторних умовах аміак зазвичай добувають нагріванням суміші хлориду амонію NH₄Cl з гідроксидом кальцію Ca(OH)₂. Процес утворення аміаку при цьому відбувається у дві стадії: спочатку виникає гідроксид амонію, а потім він розкладається з виділенням аміаку:

${\displaystyle \mathrm {2NH_{4}Cl+Ca(OH)_{2}{\xrightarrow {t}}\ 2NH_{4}OH+CaCl_{2}} }$

${\displaystyle \mathrm {NH_{4}OH\longrightarrow NH_{3}+H_{2}O} }$

Інколи аміак добувають нагріванням до кипіння концентрованого розчину аміаку (гідроксиду амонію).

У техніці головним способом добування аміаку є прямий синтез його з азоту і водню за реакцією:

${\displaystyle \mathrm {N_{2}+3H_{2}\leftrightarrows 2NH_{3}} }$

Ця реакція відбувається лише при дуже високих тисках (кілька сотень атмосфер), високій температурі і наявності каталізатора.

На сучасних заводах синтез проводять у більшості випадків при тисках 250–350 атм, а інколи навіть при 700–1000 атм. Чим більший тиск, тим більше рівновага реакції зміщується в бік утворення NH₃, тобто в бік збільшення виходу аміаку. Але процес при дуже високих тисках дуже дорогий і економічно невигідний. Температуру підтримують близько 400–450 °С. Нижче 400 °С реакція відбувається дуже повільно, а вище 450–500 °С аміак помітно розкладається на азот і водень. Каталізатором служить губчасте залізо з домішками оксидів калію, алюмінію й інших речовин.

При цьому слід ще раз відмітити, що не вся азотоводнева суміш перетворюється в аміак навіть при найвищих тисках. Частина її залишається непрореагованою. Тому одержуваний аміак відділяють від непрореагованої суміші скрапленням його під тиском, а до решти суміші додають нові порції азото-водневої суміші і знову направляють на синтез.

Значні кількості аміаку одержують як побічний продукт при коксуванні кам'яного вугілля, в якому міститься від 1 до 2,5 % азоту. При коксуванні вугілля більша частина цього азоту виділяється у вигляді аміаку. Його видаляють з коксового газу пропусканням газу через воду. Аміачну воду нейтралізують сульфатною кислотою і одержують сульфат амонію.

До кінця XIX століття цей спосіб був єдиним промисловим способом добування аміаку. Лише в 20-х роках, XX століття, коли поширився синтетичний спосіб, він втратив своє значення.

Виробництво в Україні

Основними виробниками аміаку в Україні є підприємства хімічного холдингу OSTCHEM, зокрема, «Рівнеазот», Сєвєродонецьке об'єднання «Азот», Черкаський «Азот» та Концерн «Стирол», а також Одеський припортовий завод та «ДніпроАзот». За даними Державної служби статистики України, за березень 2014 року виробництво знизилось на 25,9 % у порівнянні з 2013 роком та склало 279 тис. тонн. В загальному, за три місяці 2014 року Україна знизила виробництво аміаку на 33,3 % — до 1 млн тон.^[8]

Дмитро Фірташ та пов'язані з ним структури зосередили у своїх руках виробництво 100 % селітри в Україні, 80 % карбаміду та 75 % аміаку^[9].

У 2017 році Україна імпортувала аміаку на $123 млн^[10].

Хімічні властивості

Молекули аміаку утворюються за допомогою ковалентних зв'язків. Електронна і структурна формули молекули аміаку такі:

Однак зв'язки N — Н в молекулі аміаку полярні, оскільки електронна пара зміщена до атома азоту. Тому атом азоту має негативний заряд, а атом водню — позитивний. Аміак є відновником, а сам зазвичай окиснюється до вільного азоту. Так, в атмосфері кисню аміак горить за реакцією:

${\displaystyle \mathrm {4NH_{3}+3O_{2}\longrightarrow 2N_{2}+6H_{2}O} }$

Амоніак також легко відновлює монооксид міді до металічної міді при високій температурі за реакцією:

${\displaystyle \mathrm {3CuO+2NH_{3}{\xrightarrow {t}}\ 3Cu+N_{2}+3H_{2}O} }$

Гідроксид амонію

Докладніше: Гідроксид амонію

При розчиненні аміаку в воді частина його молекул взаємодіє з водневими іонами води з утворенням складного катіона амонію NH⁺
₄. Разом з тим відповідна кількість гідроксильних груп OH⁻ води звільняється. Цей процес рівноважний. Його можна зобразити таким рівнянням:

${\displaystyle \mathrm {NH_{3}+H_{2}O\leftrightarrows NH_{4}^{+}+OH^{-}\leftrightarrows NH_{4}OH} }$

Звідси виходить, що в розчині аміаку в рівновазі одночасно існують молекули аміаку, води та гідроксиду амонію та іони амонію і гідроксиду.

Гідроксид амонію є дуже нестійкою речовиною і може існувати лише в розчині. При нагріванні розчину рівновага зміщується вліво, і розчин розкладається на вихідні речовини. Цей розклад частково відбувається і при звичайній температурі, тому розчини аміаку завжди мають специфічний запах. При тривалому кип'ятінні розчину можна повністю видалити аміак. Цим інколи користуються в лабораторіях для одержання невеликих кількостей аміаку.

Розчин гідроксиду амонію забарвлює лакмус у синій колір. З кислотами розчин гідроксиду амонію утворює солі, наприклад:

${\displaystyle \mathrm {NH_{4}OH+HCl\longrightarrow NH_{4}Cl+H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {NH_{4}OH+HNO_{3}\longrightarrow NH_{4}NO_{3}+H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {2NH_{4}OH+H_{2}SO_{4}\longrightarrow (NH_{4})_{2}SO_{4}+2H_{2}O} }$

Застосування

Аміак — один з найважливіших продуктів сучасної хімічної промисловості. Головною галуззю його застосування є виробництво нітратної кислоти і азотних добрив. Крім того, аміак використовують для виробництва багатьох інших хімічних продуктів. Зріджений аміак і водний розчин аміаку застосовують безпосередньо як азотне добриво.

Примітки

1. Внесок про аміак [Архівовано 23 травня 2020 у Wayback Machine.] в базі даних GESTIS.
2. pK_a table [Архівовано 18 вересня 2017 у Wayback Machine.], complied by Williams
3. Bordwell, Frederick G. (1988). Accounts of Chemical Research. 21 (12): 456—463. doi:10.1021/ar00156a004. {{cite journal}}: Пропущений або порожній |title= (довідка)
4. Evans pK_a table (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 16 березня 2021. Процитовано 8 вересня 2020.
5. Bordwell, Frederick G.; Drucker, George E.; Fried, Herbert E. (1981). The Journal of Organic Chemistry. 46 (3): 632—635. doi:10.1021/jo00316a032. {{cite journal}}: Cite має пустий невідомий параметр: |1= (довідка); Пропущений або порожній |title= (довідка)
6. Haynes, W. M., ред. (2016-2017). CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC Press. с. 6-221. ISBN 978-1-4987-5429-3. Архів оригіналу за 14 грудня 2017. Процитовано 8 вересня 2020.
7. P. G. Sennikov, V. E. Shkrunin, D. A. Raldugin, K. G. Tokhadze: Weak Hydrogen Bonding in Ethanol and Water Solutions of Liquid Volatile Inorganic Hydrides of Group IV-VI Elements (SiH₄, GeH₄, PH₃, AsH₃, H₂S, and H₂Se). 1. IR Spectroscopy of H Bonding in Ethanol Solutions in Hydrides. In: The Journal of Physical Chemistry. 100, Nr. 16, S. 6415–6420 (DOI:10.1021/jp953245k).
8. Архівована копія. Архів оригіналу за 19 квітня 2014. Процитовано 11 травня 2014.{{cite web}}: Обслуговування CS1: Сторінки з текстом «archived copy» як значення параметру title (посилання)
9. «Олігарх всея селітри». «Український тиждень», № 9 (174) 4-10 березня 2011, стор. 7(укр.)
10. Сумарний обсяг імпорту та експорту у розрізі товарних позицій за кодами УКТЗЕД. sfs.gov.ua (ru-RU) . Архів оригіналу за 3 лютого 2018. Процитовано 2 лютого 2018.

Джерела

• Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.
• Деркач Ф. А. Хімія. — Львів : Львівський університет, 1968. — 312 с.

Посилання

• АМІАКУ РОЗЧИН КОНЦЕНТРОВАНИЙ [Архівовано 18 березня 2022 у Wayback Machine.] // Фармацевтична енциклопедія