Аммиак и нашатырь: история, свойства, применение¶
Аммиак — это химическое соединение с формулой NH₃, простейший представитель ряда азотсодержащих соединений — аминов. При нормальных условиях аммиак представляет собой бесцветный газ с резким характерным запахом, в 1,7 раза тяжелее воздуха. Термин «нашатырь» исторически относится к двум разным веществам: к самому аммиаку (в виде его водного раствора — нашатырного спирта) и к хлориду аммония NH₄Cl, твёрдому солеобразному веществу. В современной химии эти понятия строго разграничены, хотя в быту и в старой литературе «нашатырь» нередко означает именно аммиак.
¶Историческая справка
Слово «нашатырь» происходит от арабского «нашад» (нашад), что означает «натёртый, измельчённый». В древности под этим именем понимали продукт сублимации — твёрдый хлорид аммония, который добывали из навоза и животных рогов при нагревании. В Древнем Египте и Риме нашатырь использовали как компонент при плавке металлов и в медицинских целях.
Аммиак как газ был впервые выделен в чистом виде в 1774 году британским химиком Джозефом Пристли, который нагревал нашатырь с известью. Название «аммиак» закрепилось за веществом позднее — от «аммониака», дыма, который в древности получали при сжигании навоза у храма бога Аммона в Ливийской пустыне. В 1785 году французский химик Клод Луи Бертолле установил элементный состав аммиака, определив, что он состоит из азота и водорода.
¶Свойства аммиака
Аммиак при нормальных условиях (0 °C, 101,325 кПа) — газ с температурой кипения −33,3 °C и температурой плавления −77,7 °C. Он хорошо растворяется в воде: при 20 °C один объём воды поглощает около 700 объёмов аммиака. Образующийся раствор содержит в основном молекулы NH₃, а также ионы аммония NH₄⁺ и гидроксид-ионы, что придаёт раствору слабощелочные свойства.
Ключевая химическая особенность аммиака — наличие неподелённой электронной пары на атоме азота, благодаря чему он проявляет себя как сильный нуклеофил и основание по Бренстеду. Аммиак образует комплексные соединения с ионами переходных металлов, например тетраамминмедь(II) — интенсивно-синий комплекс [Cu(NH₃)₄]²⁺, который используется как качественная реакция на ионы меди.
При нагревании с кислородом аммиак окисляется до оксида азота (реакция Оствальда, лежащая в основе промышленного получения азотной кислоты). С кислотами аммиак даёт соли — например, с соляной кислотой образуется хлорид аммония (нашатырь), с серной — сульфат аммония.
¶Нашатырь как хлорид аммония
Хлорид аммония NH₄Cl — белое кристаллическое вещество, растворимое в воде. В промышленности его получают нейтрализацией соляной кислоты аммиаком либо как побочный продукт при производстве соды по методу Сольвэ. Нашатырь применяется в паяльных флюсах, в сухих элементах питания, в текстильной и кожевенной промышленности, а также в сельском хозяйстве как азотное удобрение.
¶Промышленное производство
Основной промышленный способ получения аммиака — синтез по Габеру — Бошу, запатентованный в 1909 году немецким химиком Фрицем Габером и внедрённый на заводе в Оппау компанией BASF в 1913 году. В реакторе при температуре 400–500 °C, давлении 150–300 атм и наличии железного катализатора азот и водород соединяются:
N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃
Реакция обратима, поэтому выход аммиака обеспечивают многократной циркуляцией газовой смеси. Россия является одним из крупнейших мировых производителей аммиака: крупнейшие заводы работают в Тольятти («Каустик», «ФосАгро»), Череповце, Новомосковске и Оренбурге. Общемировое производство аммиака превышает 180 млн тонн в год.
¶Применение
Около 80 % производимого аммиака используется для получения азотных удобрений — аммиачной селитры, карбамида, сульфата аммония. Аммиак служит сырьём для производства азотной кислоты, взрывчатых веществ, нейлона и других полимеров. В холодильной промышленности аммиак (фреон-717) применяется как хладагент в промышленных холодильных установках. В быту нашатырный спирт (7–10 % раствор аммиака) используется как средство для удаления загрязнений и как компонент ряда моющих средств.
¶Токсичность
Аммиак токсичен: предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны составляет 20 мг/м³. При вдыхании высоких концентраций возможны ожоги дыхательных путей, отёк лёгких, спазм голосовой щели. В промышленности хранение и транспортировка аммиака регламентированы соответствующими стандартами безопасности.
¶Источники
- Глинка Н. Л. «Общая химия»
- Реми Г. «Курс общей химии»
- Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
- Учебник «Химия» под редакцией Кузнецова