Аммиак пен аммоний тұздарын алу

                            Аммиактың химиялық қасиеттері.

              Аммиактың суда жақсы еруі олардың молекулаларының арасында сутекті байланыстың түзілуіне тәуелді.

             
                       H3N: +H-O: H3N: …H –O:

                                              H                               H

              Бірақта аммиактың мұндай гидраттарынан басқа аз мөлшерде аммоний иондарымен түзіледі:

                            H3N: …H-O:[NH4]+ +[OH]-

                                                 H                              

              Гидроксид – иондар аммиак суына әлсіз сілтілік реакция бергізеді. Гидроксид – иондар NH4+ иондарымен әрекеттескенде қайтадан сутектік байланыспен қосылған               NH3 және Н2О молекулалары жүреді. Аммиак суында аммоний иондары мен гирроксид – иондарының түзілуін теңдеу бойынша өрнектеуге болады:

                            NH3 + H2O NH3* H2O NH3++ OH-

              Аммиак суындағы аммиактың көп бөлігі NH3 молекуласы күйінде болады, тепе-теңдік аммиактың түзілу бағытына ығысқан, сондықтан бұдан аммиак иісі шығып тұрады. Дегенмен, қалыптасқан дәстүр бойынша аммиактың сулы ерітіндісін NH4OH формуласымен өрнектейді де оны аммоний гидроксиді деп айтады, ал аммиак ерітіндісінің сілтілік реакциясын NH4OH молекуласының диссоциялануымен түсіндіреді.                                                          

NH4 ОНNH4++ OH-

              Аммиак ерітіндісінде, суда гидроксид – иондарының концентрациясы көп еместігінің аммоний гидроксиді әлсіз негізге жатады.

              Сонымен, аммиактың суымен әрекеттесу реакциясында судан аммиак молекуласына протон, қосылып, нәтижесінде аммоний катионы NH4+  мен гидроксид ионы ОН- түзіледі.  Аммоний катионында төрт ковалентті байланыс бар, оның біреуі донорип – акцепторлы механизммен түзілген.

              Аммиактың маңызды химиялық қасиеттеріне оның қышқылдармен әрекеттесіп, аммоний тұздарын түзуі жатады.

              Бұл жағдайда аммиак молекуласына қышқылдың сутегі ионы қосылып тұздың құрамына кіретін аммоний ионын түзеді.

                            NH3 + HCI = NH3CI                                  NH3 + H3 PO4 = NH2 H2 PO4

Келтірілген мысалдардан аммиакқа протонды қосып алу реакциясы тән екендігі көрініп тұр.

              Аммиак оттегі де және ауада (алдын ала  қыздырылған) азот пен су түзіп жатады:

                            4 NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2 O.

              Катализатор қатысқанда (мәселен платина хром (ІІІ) оксиді) реакция азоды (ІІ) оксиді мен су түзе жүреді:

4 NH3 + 5O2 = 4NО + 6H2 O.

              Бұл реакция аммиактың каталитикалық тотығуы деп аталады.

              Аммиак – күшті тотықсыздандырғыш. Қыздырғанда ол мыс (ІІ) оксидін тотықсыздандырады, ол өзі бос азотқа дейін тотығады:

              Бұл реакция арқылы лаборатория жағдайында азот алуға болады.

              Әрі қышқыл неғұрлым күшті болса, сол бағытта аммоний тұзының тұрақтылығы артады, мысалы, NH4 F – NH4 Br – NH4 І бағытында тұздардың тұрақтылығы өседі.

              Аммиактың бос электрон жұбына протон қосылған сияқты оған басқа оң зарядты иондарда қосыла алады, айталық ауыр металдардың иондары, одан түзілетін қосылыстар аммиакат деп аталады, химиялық қосылыстардың үлкен бір тобына жатады. Аммиакаттың көпшілігі тұрақты кристалдық заттар, кристаллиогидраттарға ұқсайды. Кристалдық аммиакаттарды мысалы: 

                            PtCI4 * 6NH3   CuSO4*4NH3    AgCI*2NH3.

              Аммиак қалыпты жағдай ауада тотықпайды, бірақ оттек ішінде жанады, реакцияның теңдігі:

  4NH3+3O2=6H2O+2N2     H0=-1292.9кДж/моль.

Катализатор қатысында аммиактың құрамындағы тек сутек қана емес, азот та тотығады.

4NH3+5O2=4NO+6H2O     H0=-903.7кДж/моль.

Соңғы реакцияның техникалық үлкен маңызы бар, оны аммиактан азот қышқылын алуда пайдаланады.

          Басқа тотықтырғыштардан аммиакты хлор және бром тотықтыра алады: 2NH3+3Г2=6HГ+Н2

Алтыншы және жетінші топтардағы бейметалдардың сутекті қосылыстарындай аммиактың көрініп тұрған айқын қышқылдың қасиеттері жоқ. Бірақ аммиактың құрамындағы сутек металға ауыса алады.

          Жоғарғы темпеературада сутектің металға ауысуы оңайырақ өтеді:

    2AI+2NH3=2AIN+3H2   H0=-577кДж/моль.

              Аммиак құрамындағы үш сутек те металға ауысқаннан түзілген қосылыстарды нитриттер деп атайды.Жалпы алғанда нитрит дейтініміз, азот жоғары температурада метал және бейметалдар тотықтырып, өзі теріс үш валентті болатын қосылыстар (Mg3N2,BN, H3N)

              Нитриттердің қасиеттері, оларды түзуші элементтердің периодтық системадағы орнына тәуелді өзгереді.Мысалы кіші периодта:

I және II топтағы S – элементтердің нитридтері  Na3N, Mg3N2- кристалдық заттар 3000 жоғарыда айырылып кетеді, химиялық жағынан актив заттар , мысалы сумен былай реакцияланады.   

Na3N+3H2O=3NaOH+NH3

              Галогендердің нитриттері – эндотермиялық, қосылыстары, бос күйінде CI3N –ғана бөлініп алынған. Химиялық жағынан өткенде айтылғандай қышқылдың қасиеті бар: 

         CI3N+3H2O=3HCIO+NH3

BN және Si3N4 – сияқты нитридтер қатты полимер заттар, балқу температуралары жоғары (1800-30000С) химиялық тұрақты келеді. Бұлардың диэлектрик не шала өткізгіштік қасиеттері бар:

              d –элементтердің нитридтері – металдық   CI3N+3H2O= қосылыстар, олардың құрамы мына формулаларға: (ЭN,TN,VN,CrN,Э2N,Nb2N,Cr2N, MO2N)және (Э3N,TI3,N,V3N, MO3N). Бұл нитридтер – метал тәріздес жылтыр, өте қатты, термиялық және химиялық термиялық тұрақты.

              Ауаның, судың, қышқылдардың балқыған металдардың әрекетіне төзімді – тұрақты.   Осы қасиеттеріне байланысты, бұл нитридтер аса тұрақты материалдар қажетті орындарда пайдаланылады. Аммиактың құрамындағы сутектердің екеуі металға ауысқаннан түзілген қосылыстарды амидтер дейді, олардың құрамында екі валентті радикал =NH (амино-топ) болады, ал сутектің біреуі ғана металға ауысқаннан түзілген қосылыстарды амидтер дейді, олардың құрамында бір валентті радикал NH2 (амино-топ) болады, мысалы 3500С қыздырған натрийдің үстімен құрғатылған NH3 жіберілсе:

              2Na+2NH3=2NaNH2+H2       ∆H0=-175,7 кДж/моль.

түссіз кристалдың натрий амиді түзіледі, сумен былайша гидролизденеді:

        NaNH2 +H2О=NaOH+NH3

Натрий амиді кейбір индиго, сульфидин сияқты органикалық заттардың синтезінде қолданылады.

              Аммиак құрамындағы сутек гидроксидіне ауыса алады, одан  NH2OH-гидроксиламен түзіледі. Гидроксиламинді алу үшін азот қышқылын электрохимиялық жолмен бөлініп шығу сәтіндегі сутекпен тотықсыздандырады.

             HNO3+6H2H2O+NH2OH

Гидроксиламен түссіз,улы,кристалдық зат (t=330) NH2OH=                   электрондық жұпта донор болатын,сутектік байланыс түзетін,сумен кез келген қатынаста араласатын,әлсіз негіз (K=8,8*10-9)

              Қышқылдармен гидроксиламоний  (NH3OH+) тұздарын түзеді. Мысалы:

                            NH3OHCl, NH3OHNO3 және т.б.

              Гидроксиламмоний тұздары суда еритін түссіз кристалды заттар.

              Гидроксиламин  сілтілі ортада күшті тотықсыздандырғыш болса, қыздырғанда диспропорцияланып ыдырайды:

                            3NH2OH=H3N+H2+3H2O.

              Гидроксиламин және гидроксиломмоний тұздары негізінен органикалық  синтезде кең қолданылады.

              Аммиак азот тыңайтқыштарын өндіруде қолданылады: азот қышқылының аммони және басқа тұздары, сода өндіру үшін де аммиак қажет. Өндірілген аммиактың едәуір бөлігі тоңызатытқыш қондырғыларда пайдаланылады.

              Аммоний тұздары. Аммиак суға ерігенде оның қосып алу реакциясына бейімділігінен ерітіндіде NH4+ - аммоний-ионы және гидроксид иондарының түзілетіні жоғарыда айтылады. Аммиактың  судағы ертіндісіне бір күшті қышқылдың (HCl, H2SO4 т.б.) біреуінің ертіндісін қосса, екі түрлі реакция болады.

              Қышқылдағы сутек иондары Н+ ерітіндідегі гидроксид иондары мен де, бос жүрген аммиак NH3 молекулаларымен де қосылысады:

              NH4+ +OH- +H+ = NH4+ +H2O

              NH3+H+= NH4+

              Аммоний тұздары қыздырғанда оңай айырылады. Бірақ айырлуы тұз түзіп тұрған қышқылдың күшіне, тотықтырғыштығына тұрақтылығына қарай  әртүрлі болады.

              Тұз түзуші қышқыл неғұрлым әлсіз болса, аммоний тұздары соғұрлым тұрақсыз болады.  Мына жазылған қышқылдар қатары бойымен олардың аммоний тұздарының тұрақтылығы төмендейді.

              HI-HBr-HCl-H2SO4 –H3PO4 - H2CO3 - H2O.

Аммоний тұздарын қыздырғанда айырылу реті былайша: тұз, түзуші қышқыл тотықтырғыш болса, аммонийдегі азот бос азотқа дейін:

              NH4NO2=2H2O+N2.

тіпті азот (І) оксидіне дейін де тотығады:

                  NH4NO3=2H2O+N2О.

              Қышқыл тотықтырғыш болмаса, онда тұздың айырылуы қышқылдың ұшқыштығына қарай әртүрлі болады. Қышқыл ұшқыш болмаса (H2SO4, H3PO4) аммиак өзі ғана бөлініп шығады:

              (NH4 )3 PO4 = H3PO4 +NH3.

              (NH4 )2 SO4 NH4HSO4 +NH3

қышқыл ұшқыш болса (НСl) аммиакпен бірге ұшып салқындатқан қайта қосылады:

              NH4Cl=NH3+HCl=NH4Cl

аммоний карбонаты толығымен ыдырайды:

(NH4 )2 СO3 =NH3 +СO2 +H2O.

              аммоний тұздары көп жерлерде қолданылады. Оның ішіндегі маңыздылары аммоний сульфаты - (NH4 )2 SO4 аммоний  нитратынан

NH4 NО3. Бұлар тыңайтқыштар болғандықтан өте көп мөлшерде өндіріледі.

              Аммоний хлориді  NH4Cl немесе мүсәтір мата бояуда, металл дәнекерлеуде және галваникалық элементтерде қолданылады.

              Гидразин N2H4 азоттың сутекті қосылысының бірі аммиактағы сутек толық тоттықтаудан түзіледі:

              2NH3 +NaСlO= N2H4 +NaСl+H2O.

              Гидрозин – түссіз, түтінденіп тұратын, суда ерігіш сұйықтың tk=113,50*t=20.

Құрылым формуласы.

                            Н               H

                          N – N

                    H               H

              Суға ерігенде N2H5OH негізін түзеді, қышқылдармен гидрозин тұздарын түзеді. Мысалы: N2H5Сl, H2 N5 Сl, N2H6 SO4 т.б.

              Гидрозин және гидрозоний ионының туындылары, аммиак пен аммоний туындыларына, қарағанда тұрақсыздау, дегенмен гидроксиламин сияқты оларды тотықсыздандырғыш пен тотықтырғыш қасиетін көрсетеді.

              Гидрозин улы зат, күшті тотықсыдандырғыш, ретінде реактивтік қозғағыштардың отыны ретінде пайдаланады.

              Азид сутек қышқылы. HN3 бұл да азот пен сутектің қосылысының бірі, әлсіз қышқыл, ерітіндіде H+ және N3- иондарына диссоциацияланады. Кәдімгі жағдайда HN3- түссіз, өткір иісті, ұшқыш сұйық, сулы ерітінділерде тұрақты. Оны гидрозин мен азотты қышқылды әрекеттестіріп алады:

              N2H4 +HNO2= HN3+2H2O.

              Тұздары азид деп аталады, қышқылда оның тұздары да өте көп қопарылғыш заттар мысалы, Pb(N3)2 қорғасын азиді детанатор жасауға қолданылады.

              Азид сутек қышқылын натрий азидінен алған қолайлы,оның өзі натрий амиді мен азот (I) оксиді 190 градуста реакцияласуынан түзіледі.

                            NaNH2+N2O=H2O+NaN3

              Азидсутек қышқылының құрылым формуласы бұрынғы көзқараста құрамында бес валентті азот (1 формула) бар деп есептейтін.Химиялық байланыстың электрондық теориясы бойынша болуы мүмкін емес, ол теорияға сәйкес HN3 –те екі түрі құрылым болуы мүмкін (II,III)

              N=N=N-H

                  I       

                           H                           H

          :N=- N      :N==N

                            II                III

              Бұл екі түр біріне-бірі ауысып тұратындықтан қышқылдың нақтылы формуласы осы екеуінің аралығында болуы керек.

              Азидсутек қышқылының тотықтырғыштық қасиеті бар. Мысалы:

                            HN3+3HCl=NH4Cl+N2+Cl2

сондықтан бұл да «патша сұйығы» сияқты, асыл металдарды (Pt, Au) ерітеді.

              Металдармен де тотықтыра реакцияласады:

                            Cu+3HN3=(NH4)Cu(N3)2+N2+H3N

              Азидсутек қышқылының да галоген андигидері бар. Мысалы: