Хлорид аммония

Хлорид аммония (NH₄Cl) — это неорганическое бинарное соединение, аммониевая соль соляной кислоты. В технике и быту широко известен под названием нашатырь (не путать с нашатырным спиртом — водным раствором аммиака). Представляет собой белое кристаллическое вещество без запаха, обладающее солёным вкусом и вызывающее лёгкое ощущение холода на языке. Хорошо растворим в воде (с сильным понижением температуры раствора), гигроскопичен. При нагревании возгоняется, не переходя в жидкую фазу, и разлагается на аммиак и хлороводород. Применяется в металлообработке, электротехнике, медицине, пищевой промышленности и пиротехнике.

История открытия и происхождение названия

Хлорид аммония был известен ещё в древности. Впервые его получили в Египте, вероятно, при возгонке сажи из печей, где сжигали верблюжий навоз. Греческий географ и историк Страбон (I век до н. э.) упоминал вещество, которое добывали в оазисе Сива (Ливийская пустыня) и называли «аммониаковая соль» (лат. sal ammoniacus) — по имени древнеегипетского бога Амона (Аммона), храм которого находился в этом оазисе. Арабы в Средние века называли его «нушадир» (от араб. nūšādir — «острый, едкий»), откуда и произошло русское слово «нашатырь».

В Европе хлорид аммония стал известен в XIII—XIV веках благодаря алхимикам, которые получали его возгонкой смеси мочевины, поваренной соли и сажи. Систематическое изучение свойств соединения началось в XVIII—XIX веках. В 1746 году французский химик Гийом Франсуа Руэль впервые получил чистый NH₄Cl. В 1808 году английский химик Гемфри Дэви установил его точный состав.

Физические и химические свойства

Физические свойства

• Молекулярная масса: 53,49 г/моль.
• Плотность: 1,527 г/см³ (при 20 °C).
• Температура возгонки: 337,6 °C (при атмосферном давлении) — без плавления.
• Растворимость в воде: 29,7 г/100 мл (при 0 °C), 39,5 г/100 мл (при 25 °C), 77,3 г/100 мл (при 100 °C). Растворение сопровождается сильным эндотермическим эффектом (температура раствора может снизиться на 20—30 °C).
• Кристаллическая решётка: кубическая (типа хлорида цезия, CsCl).
• Гигроскопичность: умеренная, при высокой влажности слеживается.

Химические свойства

Хлорид аммония — типичная соль, образованная слабым основанием (NH₃·H₂O) и сильной кислотой (HCl). В водном растворе гидролизуется по катиону, создавая слабокислую среду (pH 5—6 для 1 % раствора).

1. Термическое разложение:

При нагревании выше 337 °C NH₄Cl разлагается на аммиак и хлороводород: \[ NH_4Cl \rightarrow NH_3 \uparrow + HCl \uparrow \] При охлаждении газы вновь рекомбинируют, образуя мелкодисперсный белый дым — это свойство используется в дымовых шашках и для демонстрации возгонки.

1. Взаимодействие с щелочами:

\[ NH_4Cl + NaOH \rightarrow NaCl + NH_3 \uparrow + H_2O \] Реакция идёт с выделением аммиака (характерный резкий запах). Используется для качественного обнаружения ионов аммония.

1. Взаимодействие с солями:

Вступает в реакции обмена с солями серебра, свинца, ртути(I), образуя нерастворимые хлориды.

1. Окислительно-восстановительные свойства:

В присутствии сильных окислителей (например, хлоратов, нитратов) может выступать как восстановитель, окисляясь до азота или оксидов азота.

Получение

В промышленности хлорид аммония получают несколькими способами:

1. Прямой синтез из аммиака и хлороводорода:

\[ NH_3 + HCl \rightarrow NH_4Cl \] Реакция экзотермическая, протекает в газовой фазе. Продукт осаждается в виде мелких кристаллов.

1. Как побочный продукт производства соды по методу Сольве:

В процессе получения кальцинированной соды (Na₂CO₃) из насыщенного раствора хлорида натрия и аммиака при пропускании углекислого газа образуется хлорид аммония: \[ NaCl + NH_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow NaHCO_3 \downarrow + NH_4Cl \] Хлорид аммония остаётся в маточном растворе; его выделяют выпариванием и кристаллизацией.

1. Взаимодействие сульфата аммония с хлоридом натрия:

\[ (NH_4)_2SO_4 + 2NaCl \rightarrow 2NH_4Cl + Na_2SO_4 \] Метод используется в тех случаях, когда сульфат аммония является более доступным сырьём, чем аммиак.

Применение

Промышленность и техника

• Металлообработка (пайка и лужение): Нашатырь является основным компонентом флюсов для пайки мягкими припоями (олово, свинец, их сплавы). При нагревании он разлагается с выделением HCl, который растворяет оксидную плёнку на поверхности металла (особенно меди, латуни, железа), обеспечивая хорошее смачивание припоем. Чистый хлорид аммония применяют в виде порошка или в составе паяльных паст.
• Гальванотехника: Используется в электролитах для никелирования, цинкования, кадмирования и лужения. Введение NH₄Cl повышает электропроводность раствора и способствует получению мелкокристаллических, плотных осадков металлов.
• Электротехника: Входит в состав электролита для сухих гальванических элементов (батареек) типа «солевых» (угольно-цинковых). В таких элементах NH₄Cl выполняет роль ионного проводника.
• Пиротехника: Используется в дымовых составах для создания белого дыма (имитация тумана, сигнальные шашки). При горении смеси NH₄Cl с окислителями (например, KNO₃) образуется густой аэрозоль NH₄Cl.
• Текстильная промышленность: Применяется при крашении и печатании тканей как компонент закрепителей красителей и для удаления воска с тканей перед окраской.
• Деревообработка: Используется в составе огнезащитных пропиток для древесины (антипиренов). При нагревании NH₄Cl разлагается с выделением негорючих газов, затрудняющих горение.

Сельское хозяйство

Хлорид аммония применяется как азотное удобрение (содержание азота — около 26 %). Однако его использование ограничено из-за высокого содержания хлора, который угнетает многие культуры (картофель, томаты, виноград, табак). Наиболее эффективен на щелочных и нейтральных почвах под культуры, устойчивые к хлору (рис, кукуруза, сахарная свёкла). В России и странах СНГ применяется реже, чем аммиачная селитра или карбамид.

Медицина и фармацевтика

В медицине хлорид аммония используется ограниченно, в основном в составе:

• Отхаркивающих средств (в комбинации с другими веществами) — рефлекторно усиливает секрецию бронхиальных желёз и разжижает мокроту.
• Мочегонных препаратов — как слабое диуретическое средство, повышающее кислотность мочи.

Внимание: нашатырный спирт (10 % водный раствор аммиака) и нашатырь (кристаллический хлорид аммония) — разные вещества. Нашатырный спирт используется для возбуждения дыхания при обмороках, а нашатырь — для наружного применения (в виде примочек) при ушибах и растяжениях, а также в зубоврачебной практике.

Пищевая промышленность

В пищевой промышленности хлорид аммония зарегистрирован как пищевая добавка E510. Используется как:

• Регулятор кислотности (в основном в хлебопекарной промышленности — в качестве улучшителя муки и заменителя дрожжей в некоторых рецептах).
• Ароматизатор — придаёт солоновато-кислый вкус. В странах Северной Европы (Финляндия, Швеция, Норвегия, Дания) и в Нидерландах широко используется в производстве солёной лакрицы (salmiakki) — чёрных конфет со специфическим вкусом. В России и странах бывшего СССР E510 в пищевых продуктах встречается редко.

Лабораторная практика

В химических лабораториях NH₄Cl используется:

• Для приготовления буферных растворов (аммиачно-аммониевый буфер) — поддерживает pH в диапазоне 8—10.
• Как источник ионов аммония в качественном и количественном анализе.
• Для осаждения гидроксидов металлов (например, в схеме систематического анализа катионов III аналитической группы).

Токсикология и безопасность

Хлорид аммония относится к веществам 3-го класса опасности (умеренно опасные) по ГОСТ 12.1.007-76. ПДК в воздухе рабочей зоны — 10 мг/м³.

• Острое отравление: При вдыхании пыли — раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, кашель, чихание. При проглатывании больших доз — тошнота, рвота, боли в животе, метаболический ацидоз.
• Хроническое воздействие: Может вызывать раздражение кожи (дерматиты) и слизистых оболочек глаз.
• Пожаро- и взрывобезопасность: Негорюч, невзрывоопасен. При нагревании до высоких температур может выделять токсичные газы (аммиак, хлороводород).

Интересные факты

• В XIX веке нашатырь использовали в качестве нюхательного средства для «прояснения головы» и как средство от обмороков (в смеси с другими солями).
• В пиротехнике смесь хлорида аммония с нитратом калия (KNO₃) и серой (S) использовалась для получения «белого фейерверка» — густого, медленно оседающего дыма.
• В Финляндии и Швеции популярны конфеты «salmiakki» (салмиакки), содержащие до 7—8 % хлорида аммония. Их вкус описывают как «солёный, кислый и слегка горький» — для непривычного человека он может показаться отталкивающим.
• Хлорид аммония — одно из немногих неорганических соединений, которое используется в пищевой промышленности в качестве ароматизатора.

Источники

• ГОСТ 2210-73 «Аммоний хлористый технический. Технические условия»
• Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1.
• Карапетьянц М. Х., Дракин С. И. Общая и неорганическая химия. — М.: Химия, 1994.
• Справочник химика / под ред. Б. П. Никольского. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2.
• Пищевые добавки: энциклопедия / под ред. А. Н. Несмеянова. — М.: Пищевая промышленность, 2005.
• Вредные вещества в промышленности: справочник / под ред. Н. В. Лазарева. — Л.: Химия, 1977. — Т. 3.