질소, 암모니아, 물리적 특성. 암모니아는 위험하지만 중요한 가스입니다

정의

암모니아- 질화수소.

공식 - NH 3. 몰 질량 - 17g/mol.

암모니아의 물리적 성질

암모니아(NH 3)는 자극적인 냄새(“암모니아” 냄새)가 있는 무색 가스로, 공기보다 가볍고 물에 잘 녹습니다(물 1량에 최대 700량의 암모니아가 용해됩니다). 농축된 암모니아 용액은 25%(질량) 암모니아를 함유하고 밀도는 0.91 g/cm 3 입니다.

암모니아 분자의 원자 사이의 결합은 공유 결합입니다. AB 3 분자의 일반적인 모습. 질소 원자의 모든 원자가 궤도는 혼성화에 들어가므로 암모니아 분자의 혼성화 유형은 sp 3입니다. 암모니아는 AB 3 E 유형의 기하학적 구조, 즉 삼각뿔을 가지고 있습니다(그림 1).

쌀. 1. 암모니아 분자의 구조.

암모니아의 화학적 성질

화학적으로 암모니아는 매우 활동적입니다. 많은 물질과 반응합니다. 암모니아 "-3"의 질소 산화도는 최소이므로 암모니아는 환원 특성만 나타냅니다.

암모니아가 할로겐, 중금속 산화물 및 산소와 함께 가열되면 질소가 형성됩니다.

2NH 3 + 3Br 2 = N 2 + 6HBr

2NH 3 + 3CuO = 3Cu + N 2 + 3H 2 O

4NH 3 +3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O

촉매가 있으면 암모니아는 산화질소(II)로 산화될 수 있습니다.

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O (촉매 - 백금)

VI 및 VII 족의 비금속 수소 화합물과 달리 암모니아는 산성 특성을 나타내지 않습니다. 그러나 분자 내의 수소 원자는 여전히 금속 원자로 대체될 수 있습니다. 수소가 금속으로 완전히 대체되면 질화물이라는 화합물이 형성되며, 이는 고온에서 질소와 금속의 직접적인 상호 작용을 통해 얻을 수도 있습니다.

암모니아의 주요 특성은 질소 원자에 비공유 전자쌍이 존재하기 때문입니다. 물에 용해된 암모니아 용액은 알칼리성입니다.

NH 3 + H 2 O ← NH 4 OH ← NH 4 + + OH —

암모니아가 산과 상호작용하면 암모늄염이 형성되고 가열되면 분해됩니다.

NH 3 + HCl = NH 4 Cl

NH 4 Cl = NH 3 + HCl(가열시)

암모니아 생산

암모니아를 생산하는 데는 산업적 방법과 실험실 방법이 있습니다. 실험실에서는 가열 시 암모늄염 용액에 알칼리가 작용하여 암모니아를 얻습니다.

NH4Cl + KOH = NH3 + KCl + H2O

NH4 + + OH - = NH3 + H2O

이 반응은 암모늄 이온에 대해 정성적입니다.

암모니아의 적용

암모니아 생산은 전 세계적으로 가장 중요한 기술 프로세스 중 하나입니다. 전 세계적으로 연간 약 1억 톤의 암모니아가 생산됩니다. 암모니아는 액체 형태 또는 25% 수용액(암모니아수) 형태로 방출됩니다. 암모니아의 주요 사용 분야는 질산(질소 함유 광물질 비료의 후속 생산), 암모늄염, 요소, 헥사민, 합성 섬유(나일론 및 나일론)의 생산입니다. 암모니아는 산업용 냉동 장치의 냉매로 사용되며 면, 양모, 실크의 세척 및 염색 시 표백제로 사용됩니다.

문제 해결의 예

실시예 1

운동 질산암모늄 5톤을 생산하는 데 필요한 암모니아의 질량과 부피는 얼마입니까?
해결책 암모니아와 질산으로부터 질산암모늄을 생성하는 반응식을 작성해 보겠습니다.

NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3

반응식에 따르면 질산암모늄 물질의 양은 1 mol - v(NH 4 NO 3) = 1 mol과 같습니다. 그런 다음 반응 방정식으로부터 질산암모늄의 질량을 계산합니다.

m(NH4NO3) = v(NH4NO3) × M(NH4NO3);

m(NH4NO3) = 1×80 = 80t

반응식에 따르면 암모니아 물질의 양도 1 mol - v(NH 3) = 1 mol과 같습니다. 그런 다음 방정식으로 계산된 암모니아의 질량은 다음과 같습니다.

m(NH3) = v(NH3)×M(NH3);

m(NH3) = 1×17 = 17t

비율을 계산하고 암모니아의 질량을 구해 봅시다(실용):

x g NH 3 – 5 t NH 4 NO 3

17t NH3 – 80t NH4 NO3

x = 17×5/80 = 1.06

m(NH3) = 1.06t

암모니아의 양을 구하기 위해 비슷한 비율을 만들어 보겠습니다.

1.06g NH3 – xl NH3

17t NH3 – 22.4×10 3m3 NH3

x = 22.4×10 3 ×1.06 /17 = 1.4×10 3

V(NH3) = 1.4×103m3
답변 암모니아 질량 - 1.06 t, 암모니아 부피 - 1.4×10 m

암모니아는 현대 산업에서 주도적인 역할을 하는 휘발성 수소화합물(질화수소)입니다.

비록 18세기에야 ​​발견되었지만 아주 먼 옛날부터 인간에게 알려져 왔습니다. 암모니아 수용액은 암모니아입니다. 이 물질은 살아있는 유기체와 소변의 분해 산물에서 발견됩니다. 따라서 유기물(식물, 동물의 잔해)이 분해되면 암모니아가 배출되고, 이로 인해 매운 썩는 냄새(암모니아)가 발생합니다.

암모니아의 역사

암모니아는 현대 화학의 창시자 중 한 명이며 다른 과학 분야(물리학, 생물학, 광학)에서도 많은 중요한 발견을 한 영국의 화학자 Joseph Priestley에 의해 18세기 말에 발견되었습니다.

예를 들어, 그의 발명품 목록에는 런던 왕립 학회로부터 메달을 받은 탄산수와 잘 알려진 지우개(이전에는 모두 빵을 사용하여 흑연을 지웠음)가 포함됩니다.

Joseph Priestley가 특히 가스 분야에서 화학에 막대한 공헌을 했다는 사실은 부인할 수 없지만 그의 업적 중 상당수는 우연히 달성되었습니다.

Joseph Priestley는 염화암모늄(암모니아)과 수산화칼슘(소석회)을 가열한 후 생성된 가스를 수은욕에 모아 암모니아를 제조했습니다.

수은욕은 가스를 농축하기 위해 Priestley가 만든 특수 장치입니다. 실온에서 수은은 밀도가 높은 액체이므로 가스를 흡수하지 못합니다. 과학자는 수은 표면에서 물질을 가열하여 물질로부터 쉽게 분리했습니다.

암모니아 방정식:

2NH4Cl + Ca(OH)2 = NH3 + CaCl2.

Joseph Priestley가 암모니아를 발견한 후에도 이에 대한 연구는 멈추지 않았습니다.

1784년에 화학자 Louis Berthollet이 이 물질의 구성을 확립했는데, 그는 전기 방전을 통해 이 물질을 원래의 원소로 분해했습니다.

그것은 이미 1787년에 암모니아의 라틴어 이름에서 "암모니아"라는 이름을 얻었고, 우리가 사용하는 "암모니아"라는 이름 자체는 1801년 Yakov Dmitrievich Zakharov에 의해 소개되었습니다.

하지만 흥미로운 점이 있습니다. 조셉 프리스틀리(Joseph Priestley)와 그가 암모니아를 발견하기 100년 전에, 과학자 로버트 보일(Robert Boyle)은 이전에 염산에 담근 막대기가 거름을 태울 때 방출되는 가스에 닿으면 연기가 나기 시작하는 현상을 관찰했습니다. 이는 산과 암모니아가 반응하고 그 생성물에 염화암모늄이 포함되어 있어 입자가 연기를 생성한다는 사실로 설명됩니다. 암모니아는 오래 전에 실험적 방법으로 발견되었지만 세계에서의 존재는 훨씬 나중에 입증되었습니다.

분자 구성

암모니아 분자(NH3)는 정점에 질소 원자가 있는 사면체 모양을 하고 있습니다. 여기에는 결합선을 따라 겹치는 4개의 전자 구름이 포함되어 있으므로 분자에는 시그마 결합만 포함됩니다. 수소에 비해 질소는 전기음성도가 더 높기 때문에 분자의 전체 전자쌍이 수소 쪽으로 이동합니다. 그리고 암모니아의 모든 곳에 단일 결합이 있기 때문에 혼성화 유형은 sp 3이고 전자 구름 사이의 각도는 109도입니다.

획득 방법

전 세계적으로 매년 약 1억 톤의 암모니아가 생산되므로 이 공정은 당연히 세계에서 가장 중요한 공정 중 하나로 간주될 수 있습니다. 이는 액체 형태 또는 25% 용액으로 생산됩니다.

그것을 얻는 방법은 다음과 같습니다:

1. 산업계에서는 열 방출을 동반하는 질소와 수소의 합성을 통해 암모니아가 생산됩니다. 더욱이, 이 반응은 고온, 압력 및 촉매의 존재 하에서만 일어날 수 있으며, 약한 반응을 가속화하는 동시에 그 자체로는 들어가지 않습니다.

암모니아 반응 방정식:

N 2 + 3H 2 ⇄ 2NH 3 + Q

2. 석탄을 코크스하는 동안 암모니아를 얻을 수 있습니다.

실제로 석탄에는 암모니아가 전혀 포함되어 있지 않지만 질소와 수소를 포함하는 유기 화합물이 많이 포함되어 있습니다. 그리고 석탄을 강하게 가열하면(열분해) 이러한 성분이 암모니아를 형성하여 부산물로 나옵니다.

3. 실험실에서는 염화암모늄과 수산화칼슘을 가열하여 암모니아를 생성합니다.

2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 → CaCl 2 + 2NH 3 + 2H 2 O

4. 또는 농축된 알칼리와 함께 염화암모늄을 가열하여:

NH4Cl + NaOH = NaCl + NH3 + H2O

애플리케이션

암모니아는 대체 불가능하고 진정으로 필요한 물질이며, 암모니아가 없으면 세계 산업이 둔화될 것입니다. 그 범위는 넓습니다. 공장, 실험실에서 의약품에 이르기까지 인간의 모든 생산 과정에 관여합니다. 장점은 환경 친화적이고 상당히 저렴한 제품이라는 것입니다.

암모니아 적용 분야:

  1. 화학 산업. 이는 비료, 중합체, 질산, 폭발물 생산 및 용매(액체 암모니아)로 사용됩니다.
  2. 냉동 장치. 암모니아는 특정 열역학적 특성을 가지고 있기 때문에 환경으로부터 많은 양의 열을 흡수하여 증발합니다. 용도에 따른 냉동 시스템은 효율성 그 이상이므로 업계의 주요 냉매로 사용됩니다.
  3. 약. 암모니아 또는 10% 암모니아 용액은 실신 상태(비강 점막 수용체의 자극이 호흡을 자극하는 데 도움이 됨)에서 회복하고, 외과 의사의 손을 씻고, 구토를 유도하는 등의 작업에 사용됩니다.
  4. 섬유 산업. 합성섬유를 생산하는데 사용됩니다. 암모니아는 다양한 직물을 청소하거나 염색할 때도 사용됩니다.

물리적 특성

암모니아의 물리적 특성은 다음과 같습니다.

  1. 정상적인 조건에서는 가스입니다.
  2. 무색.
  3. 자극적인 냄새가 납니다.
  4. 유독하고 독성이 매우 강합니다.
  5. 물(암모니아 700부피당 물 1부피) 및 다양한 유기 물질에 매우 잘 녹습니다.
  6. 녹는점은 -80°C이다.
  7. 끓는점은 약 -36 °C입니다.
  8. 폭발성과 인화성이 있습니다.
  9. 공기만큼 가볍습니다.
  10. 그것은 분자 결정 격자를 가지고 있으므로 용해 가능하고 깨지기 쉽습니다.
  11. 암모니아의 몰 질량은 17g/mol입니다.
  12. 산소 환경에서 가열하면 물과 질소로 분해됩니다.

암모니아의 화학적 성질

암모니아는 분자 내 질소의 산화 정도가 최소화되기 때문에 강력한 환원제입니다. 또한 훨씬 덜 일반적인 산화 특성도 있습니다.

암모니아와의 반응:

  • 산과 함께 암모니아는 암모늄염을 형성하며 가열되면 분해됩니다. 암모니아는 염산과 함께 염화암모늄을 형성하고, 황산과 함께 황산암모늄을 형성합니다.

NH 3 + HCL = NH 4 CL

NH 3 + H 2 SO4 = (NH 4) 2 SO 4

  • 산소와 함께 가열하면 질소가 형성되고 촉매(Pt)가 참여하면 산화질소가 생성됩니다.

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O

4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O

  • 물과 함께 불안정한 암모니아 수화물이 형성됩니다.

NH 3 + H 2 O = NH 3 × H 2 O

암모니아는 알칼리성을 나타낼 수 있으므로 물과 상호 작용할 때 약염기 인 NH 4 OH를 형성합니다. 그러나 실제로 그러한 화합물은 존재하지 않으므로 공식은 NH 3 × H 2 O로 작성해야 합니다.

    금속 산화물 포함.

2NH 3 + 3CuO = 3Cu + N 2 + 3H 2 O

  • 할로겐 포함.

8NH3+3Cl2=N2+6NH4Cl

  • 금속염으로.

3NH 3 + ZH 2 O + AlCl 3 = Al(OH) 3 ↓ + 3NH 4 Cl

암모니아 화합물

암모니아와 상호작용할 때 형성되는 여러 유형의 복합 물질이 있습니다.

  1. 암모늄염. 암모니아가 산과 반응하여 형성되며 가열하면 분해됩니다.
  2. 아미드. 이들은 알칼리 금속을 암모니아로 처리하여 얻은 염입니다.
  3. 히드라진. 이것은 젤라틴이 있는 상태에서 차아염소산나트륨으로 암모니아를 산화시켜 얻어지는 물질입니다.
  4. 아민. 암모니아는 추가 반응으로 할로알칸과 반응하여 염을 형성합니다.
  5. 암모니아. 은 및 구리 염과 함께 암모니아는 복합염을 형성합니다.

생물학적 역할

암모니아는 대사 과정에서 생명체의 유기체에서 형성되는 물질로, 질소 대사의 산물입니다. 이는 동물 생리학에서 중요한 역할을 하지만 유기체에 매우 독성이 강하며 순수한 형태로는 거의 발견되지 않습니다. 그것의 대부분은 간에서 무해한 물질, 즉 요소 또는 요소라고도 불리는 물질로 처리됩니다.

또한 음식과 함께 몸에 들어가는 산을 중화시켜 혈액의 산-염기 균형을 유지하는 데 도움이 됩니다.

암모니아는 식물의 중요한 질소 공급원입니다. 주로 토양에서 흡수하지만 이는 매우 노동 집약적이고 비효율적인 과정입니다. 일부 식물은 특수 효소인 질소 분해 효소의 도움으로 대기 중에 포함된 질소를 축적할 수 있습니다. 그런 다음 질소를 단백질과 아미노산과 같은 유용한 화합물로 가공합니다.

상태 집계

암모니아는 다양한 응집 상태에 있을 수 있습니다.

  1. 정상적인 조건에서는 불쾌하고 자극적인 냄새가 나는 무색의 가스로 존재합니다.
  2. 또한 물에 잘 녹기 때문에 일정 농도의 수용액 형태로 보관할 수 있습니다. 압력과 극심한 냉각의 결과로 액화되어 액체가 됩니다.
  3. 암모니아는 무색의 입방정 결정으로 나타나는 고체 상태를 가지고 있습니다.

암모니아 중독

위에서 언급했듯이 암모니아는 매우 독성이 있고 유독한 물질입니다. 위험 등급 4로 분류됩니다.

이 가스에 중독되면 많은 신체 과정이 중단됩니다.

  • 첫째, 신경계가 영향을 받고 신경 세포의 산소 흡수가 감소합니다.
  • 인두, 기관 및 기관지로 침투하면 암모니아가 점막에 침전되어 용해되어 알칼리를 형성하여 신체에 해로운 영향을 미치기 시작하여 내부 화상을 일으키고 조직과 세포를 파괴합니다.
  • 이 물질은 또한 어떤 형태로든 모든 인간 기관의 일부인 지방 성분에 파괴적인 영향을 미칩니다.
  • 심혈관 및 내분비 시스템이 영향을 받고 업무가 중단됩니다.

암모니아와 접촉하면 인체 전체, 내부 조직 및 기관이 고통 받고 생활 과정이 악화됩니다.

대부분의 경우 이 가스로 인한 중독 사례는 누출로 인해 화학 공장에서 발생하지만, 예를 들어 암모니아가 들어 있는 용기가 단단히 닫혀 있지 않고 증기가 실내에 쌓이는 경우 집에서도 중독될 수 있습니다. .

기절한 상태에서 암모니아에 적신 면봉을 코에 가져가도 중독이 발생할 수 있다. 피해자가 5초 이상 냄새를 맡게 되면 중독 위험이 높으므로 암모니아를 항상 주의해서 취급해야 합니다.

중독의 증상

다음은 암모니아 중독의 여러 징후입니다.

  1. 심한 기침, 호흡 곤란.
  2. 밝은 빛에 대한 눈의 화상, 눈물, 고통스러운 반응.
  3. 입과 비인두에 타는 듯한 느낌이 듭니다.
  4. 현기증, 두통.
  5. 복통, 구토.
  6. 청력 역치가 감소되었습니다.
  7. 더 심각한 중독의 경우 의식 상실, 경련, 호흡 정지, 급성 심부전 등이 발생할 수 있습니다. 위반 사항이 결합되면 피해자가 혼수 상태에 빠질 수 있습니다.

중독시 예방

이 경우 응급 처치는 몇 가지 간단한 단계로 구성됩니다. 먼저 피해자를 신선한 공기가 있는 곳으로 데려가 흐르는 물로 얼굴과 눈을 씻어야 합니다. 화학을 잘 모르는 사람들도 학교에서 알다시피 알칼리는 산에 의해 중화되므로 레몬즙이나 식초를 첨가한 물로 입과 코를 헹구어야 합니다.

중독자가 의식을 잃은 경우에는 구토를 할 경우에는 옆으로 눕혀야 하며, 맥박과 호흡이 멈춘 경우에는 심장 마사지와 인공호흡을 실시해야 합니다.

중독의 결과

암모니아 중독 후 사람은 매우 심각하고 돌이킬 수 없는 결과에 직면할 수 있습니다. 우선, 중추신경계가 손상되어 여러 가지 합병증이 수반됩니다.

  • 뇌는 기능을 완전히 수행하지 못하고 오작동하기 시작합니다. 이로 인해 지능이 저하되고 정신 질환, 기억 상실증 및 신경 틱이 나타납니다.
  • 신체 일부 부위의 민감도가 감소합니다.
  • 전정 기관의 기능이 중단됩니다. 이 때문에 사람은 끊임없이 현기증을 느낍니다.
  • 청각 기관이 기능을 잃기 시작하여 청각 장애가 발생합니다.
  • 눈 덮개가 손상되면 시력과 시력이 감소하고 최악의 경우 피해자는 실명을 경험하게 됩니다.
  • 죽음의 시작. 이는 공기 중 가스 농도가 얼마나 높았는지, 몸에 얼마나 많은 암모니아 증기가 유입되었는지에 따라 다릅니다.

규정된 안전 조치를 알고 따르는 것은 자신의 생명에 대한 위협이나 더 나쁜 운명(장애, 청력 또는 시력 상실)의 위험으로부터 자신을 보호하는 것을 의미합니다.

크르. 점 132.25°C 형성엔탈피 -45.94kJ/mol 증기압 8.5±0.1기압 화학적 특성 pK a 9.21 물에 대한 용해도 89.9(0°C에서) 분류 등록. CAS 번호 펍켐 등록. EINECS 번호 231-635-3 미소 인치 RTECS BO0875000 체비 UN 번호 1005 화학거미 별도로 명시하지 않는 한 데이터는 표준 조건(25°C, 100kPa)에 대해 제공됩니다.

2 N H 3 + N a O C l ⟶ N 2 H 4 + N a C l + H 2 O (\displaystyle (\mathsf (2NH_(3)+NaOCl\longrightarrow N_(2)H_(4)+NaCl+H_( 2)오)))

  • 할로겐(염소, 요오드)은 암모니아(염화질소, 요오드화질소)와 함께 위험한 폭발물을 형성합니다.
  • 암모니아는 친핵성 첨가를 통해 할로겐화 알칸과 반응하여 치환된 암모늄 이온을 형성합니다(아민 생산 방법):
N H 3 + C H 3 C l → [ C H 3 N H 3 ] Cl (\displaystyle (\mathsf (NH_(3)+CH_(3)Cl\rightarrow Cl)))(메틸암모늄염산염)
  • 이는 카르복실산, 무수물, 산 할로겐화물, 에스테르 및 기타 유도체를 사용하여 아미드를 생성합니다. 알데히드 및 ​​케톤 사용 - 상응하는 아민으로 환원될 수 있는 Schiff 염기(환원성 아민화).

이야기

암모니아는 1774년 J. Priestley에 의해 처음으로 순수한 형태로 분리되었으며 그는 이를 "알칼리성 공기"라고 불렀습니다. 11년 후인 1785년에 C. Berthollet은 암모니아의 정확한 화학적 조성을 확립했습니다. 그 이후로 전 세계적으로 질소와 수소로부터 암모니아를 생산하는 연구가 시작되었습니다. 암모니아는 질소 화합물의 합성에 매우 필요했습니다. 왜냐하면 칠레 질산염의 생산은 후자의 매장량의 점진적인 고갈로 인해 제한되었기 때문입니다. 질산염 매장량 감소 문제는 19세기 말에 더욱 심각해졌습니다. 20세기 초에야 산업에 적합한 암모니아 합성 공정을 발명하는 것이 가능해졌습니다. 이것은 1904년에 이 문제에 대한 연구를 시작한 F. Haber에 의해 수행되었으며 1909년에는 증가된 압력(Le Chatelier의 원리에 따라)과 오스뮴 촉매를 사용하는 작은 접촉 장치를 만들었습니다. 1909년 7월 2일, Haber는 BASF(Baden Aniline and Soda Factory)의 K. Bosch와 A. Mittash가 참석한 가운데 장치를 테스트하고 암모니아를 얻었습니다. 1911년까지 K. Bosch는 BASF를 위한 장치의 대규모 버전을 만들었고 이후 세계 최초의 암모니아 합성 공장이 건설되어 1913년 9월 9일에 가동에 들어갔습니다. Ludwigshafen am Rhein 시)이며 BASF에 속해 있습니다. 1918년에 F. 하버는 “구성 원소로부터 암모니아를 합성한 공로”로 노벨 화학상을 수상했습니다. 러시아와 소련에서는 1928년 Chernorechensky 화학 공장에서 첫 번째 합성 암모니아 배치가 생산되었습니다.

이름의 유래

암모니아(유럽 언어에서는 이름이 "암모니아"처럼 들림)는 캐러밴 경로의 교차로에 위치한 북아프리카의 암몬 오아시스에서 그 이름이 유래되었습니다. 더운 기후에서는 동물 배설물에 포함된 요소(NH 2) 2 CO가 특히 빠르게 분해됩니다. 분해 생성물 중 하나는 암모니아입니다. 다른 출처에 따르면 암모니아라는 이름은 고대 이집트 단어에서 유래되었습니다. 아모니안. 이것은 아문 신을 숭배하는 사람들에게 주어진 이름이었습니다. 의식 중에 그들은 가열되면 암모니아를 증발시키는 암모니아 NH 4 Cl의 냄새를 맡았습니다.

액체 암모니아

액체 암모니아는 비록 소량이지만 이온으로 해리(자가원생분해)되며, 이는 물과 유사함을 보여줍니다.

2 N H 3 → N H 4 + + N H 2 − (\displaystyle (\mathsf (2NH_(3)\rightarrow NH_(4)^(+)+NH_(2)^(-))))

−50 °C에서 액체 암모니아의 자기 이온화 상수는 약 10 −33 (mol/l)²입니다.

2 N a + 2 N H 3 → 2 N a N H 2 + H 2 (\displaystyle (\mathsf (2Na+2NH_(3)\rightarrow 2NaNH_(2)+H_(2))))

암모니아와의 반응으로 생성된 금속 아미드에는 음이온 NH 2 -가 포함되어 있으며, 이는 암모니아의 자가 이온화 중에도 형성됩니다. 따라서 금속 아미드는 수산화물과 유사합니다. Li에서 Cs로 갈 때 반응속도는 증가한다. H 2 O의 작은 불순물이 존재하면 반응이 상당히 가속화됩니다.

금속-암모니아 용액은 금속 전기 전도성을 가지며, 그 안에서 금속 원자는 NH 3 분자로 둘러싸인 양이온과 용매화된 전자로 분해됩니다. 자유 전자를 포함하는 금속-암모니아 용액은 가장 강력한 환원제입니다.

복합화

전자 공여 특성으로 인해 NH 3 분자는 복합 화합물에 리간드로 들어갈 수 있습니다. 따라서 d-금속염 용액에 과량의 암모니아를 도입하면 아미노 복합체가 형성됩니다.

C u S O 4 + 4 N H 3 → [ C u (N H 3) 4 ] S O 4 (\displaystyle (\mathsf (CuSO_(4)+4NH_(3)\rightarrow SO_(4)))) Ni (NO 3) 3 + 6 N H 3 → [ Ni (N H 3) 6 ] (NO 3) 3 (\displaystyle (\mathsf (Ni(NO_(3))_(3)+6NH_(3)\ 오른쪽 화살표 (NO_(3))_(3))))

복합화는 일반적으로 용액 색상의 변화를 동반합니다. 따라서 첫 번째 반응에서는 파란색(CuSO4)이 진한 파란색(복합체의 색)으로 바뀌고, 두 번째 반응에서는 색이 녹색(Ni(NO3)2)에서 청자색으로 변합니다. NH 3와의 가장 강한 착물은 산화 상태 +3의 크롬과 코발트에 의해 형성됩니다.

생물학적 역할

암모니아는 살아있는 유기체에 중요한 질소 공급원입니다. 대기 중 유리 질소 함량이 높음에도 불구하고(75% 이상) 대기 중 자유 중성 이원자 질소인 N2 가스를 사용할 수 있는 생물은 거의 없습니다. 따라서 대기 질소를 생물학적 순환, 특히 아미노산과 뉴클레오티드 합성에 포함시키려면 "질소 고정"이라는 과정이 필요합니다. 일부 식물은 다른 식물과 동물의 부패하는 유기 잔해에 의해 토양으로 방출되는 암모니아 및 기타 질소 잔유물의 가용성에 의존합니다. 질소 고정 콩과 식물과 같은 일부 다른 식물은 대기 질소로부터 암모니아를 생산할 수 있는 질소 고정 박테리아(rhizobia)와의 공생을 이용합니다.

일부 유기체에서는 질소 분해 효소라고 불리는 효소를 사용하여 대기 질소로부터 암모니아가 형성됩니다. 이 과정을 질소고정이라고 합니다. 질소로부터 암모니아를 생산하는 화학적 방법과 생산성 면에서 경쟁할 수 있는 생체모방 방법이 개발될 가능성은 거의 없지만, 그럼에도 불구하고 과학자들은 생물학적 질소 고정 메커니즘을 더 잘 이해하기 위해 많은 노력을 기울이고 있습니다. 이 문제에 대한 과학적 관심은 부분적으로 특이한 이중금속 분자 앙상블 Fe 7 MoS 9 를 포함하는 질소 고정 효소(nitrogenase)의 활성 촉매 중심의 특이한 구조에 의해 유발됩니다.

암모니아는 또한 아미노산 대사의 최종 부산물, 즉 글루타메이트 탈수소효소와 같은 효소에 의해 촉매되는 탈아민화 산물입니다. 변하지 않은 암모니아의 배설은 수생 생물(어류, 수생 무척추 동물 및 일부 양서류)에서 암모니아 해독을 위한 일반적인 경로입니다. 인간을 포함한 포유동물에서 암모니아는 일반적으로 독성이 훨씬 덜한 요소로 빠르게 전환되며, 특히 알칼리성이 낮고 환원제로서 반응성이 낮습니다. 요소는 소변 고형물의 주성분입니다. 그러나 대부분의 새, 파충류, 곤충 및 거미류는 주요 질소 잔류물로 요소가 아닌 요산을 방출합니다.

암모니아는 또한 정상 및 병리학적 동물 생리학 모두에서 중요한 역할을 합니다. 암모니아는 정상적인 아미노산 대사 과정에서 생성되지만 고농도에서는 독성이 매우 높습니다. 동물의 간은 요소 회로로 알려진 일련의 순차적 반응을 통해 암모니아를 요소로 전환합니다. 간경변증에서 나타나는 간 기능 손상은 암모니아를 해독하고 요소로 변환하는 간의 능력을 손상시켜 혈액 내 암모니아 수치가 높아질 수 있는데, 이 상태를 고암모니아혈증이라고 합니다. 유사한 결과(혈중 유리 암모니아 수준의 증가 및 고암모니아혈증의 발생)는 오르니틴 카바밀트랜스퍼라제와 같은 요소 회로 효소의 선천적 유전적 결함으로 인해 발생합니다. 심한 신부전 및 요독증에서 신장의 배설 기능을 위반하면 동일한 결과가 발생할 수 있습니다. 요소 방출 지연으로 인해 혈액 내 수준이 너무 높아져 "요소 순환"이 작동하기 시작합니다. "반대 방향으로" - 과잉 요소가 신장에 의해 다시 가수분해되어 암모니아와 이산화탄소 가스로 바뀌고 결과적으로 혈액 내 암모니아 수치가 증가합니다. 고암모니아혈증은 간성 뇌병증 및 요독증에서 의식 장애 및 기포성 및 혼수 상태의 발생뿐만 아니라 요소 회로 효소 또는 유기산뇨증의 선천적 결함이 있는 환자에서 흔히 관찰되는 신경 장애의 발생에 기여합니다.

덜 뚜렷하지만 임상적으로 유의미한 고암모니아혈증은 예를 들어 광범위한 화상, 조직 압박 또는 압착 증후군, 광범위한 화농성 괴사 과정, 사지의 괴저, 패혈증 등과 같이 증가된 단백질 이화작용이 관찰되는 모든 과정에서 관찰될 수 있습니다. , 당뇨병, 중증 갑상선중독증과 같은 일부 내분비 장애에도 적용됩니다. 이러한 병리학적 상태에서 고암모니아혈증이 발생할 가능성은 병리학적 상태가 단백질 이화작용의 증가와 더불어 간의 해독 기능이나 신장의 배설 기능의 현저한 손상을 초래하는 경우 특히 높습니다.

암모니아는 혈액의 정상적인 산-염기 균형을 유지하는 데 중요합니다. 글루타민에서 암모니아가 생성된 후 알파-케토글루타레이트는 더 분해되어 두 분자의 중탄산염을 형성할 수 있으며, 이는 식이성 산을 중화시키는 완충제로 사용될 수 있습니다. 글루타민에서 얻은 암모니아는 케토글루타레이트에서 두 개의 중탄산염 분자가 형성되는 것을 고려하여 소변으로 배설됩니다(직접적으로나 요소의 형태로). 결과적으로 산이 완전히 손실되고 혈액 pH가 다음으로 이동합니다. 알칼리성 쪽. 또한, 암모니아는 세뇨관을 통해 확산되어 수소이온과 결합하여 함께 배설(NH 3 + H + => NH 4 +)됨으로써 체내 산의 제거를 더욱 촉진할 수 있습니다.

암모니아와 암모늄 이온은 동물 대사의 독성 부산물입니다. 어류와 수생 무척추동물에서는 암모니아가 물에 직접 방출됩니다. 포유류(수생 포유류 포함), 양서류, 상어의 경우 암모니아는 요소 회로에서 요소로 전환됩니다. 요소는 독성이 훨씬 적고 화학적 반응성이 낮으며 배설될 때까지 체내에 보다 효율적으로 "저장"될 수 있기 때문입니다. 조류와 파충류의 경우 신진대사 중에 생성된 암모니아는 요산으로 변환되는데, 요산은 고체 잔류물이며 물 손실을 최소화하면서 배설될 수 있습니다.

생리적 작용

신체에 대한 생리적 효과에 따르면 질식 및 신경 영양 효과가 있는 물질 그룹에 속하며 흡입하면 독성 폐부종과 신경계에 심각한 손상을 일으킬 수 있습니다. 암모니아는 국소 효과와 흡수 효과를 모두 갖습니다.

암모니아 증기는 눈과 호흡기의 점막과 피부를 강하게 자극합니다. 이것은 사람이 매운 냄새로 인식하는 것입니다. 암모니아 증기는 과도한 눈물, 눈 통증, 결막 및 각막의 화학적 화상, 시력 상실, 기침 발작, 피부 발적 및 가려움증을 유발합니다. 액화 암모니아와 그 용액이 피부에 닿으면 타는듯한 느낌이 들고 물집과 궤양을 동반한 화학적 화상이 발생할 수 있습니다. 또한 액화암모니아는 증발하면서 열을 흡수하고, 피부에 닿으면 다양한 정도의 동상이 발생한다. 암모니아 냄새는 37mg/m3의 농도에서 느껴집니다.

애플리케이션

암모니아는 화학 산업의 가장 중요한 제품 중 하나이며 연간 전 세계 생산량은 1억 5천만 톤에 이릅니다. 주로 질소 비료(질산암모늄 및 황산염, 요소), 폭발물 및 중합체, 질산, 소다(암모니아 방법 사용) 및 기타 화학 산업 제품의 생산에 사용됩니다. 액체 암모니아가 용매로 사용됩니다.

100시에 300에 1000시에 1500에서 2000년 3500에서
400℃ 25,12 47,00 79,82 88,54 93,07 97,73
450℃ 16,43 35,82 69,69 84,07 89,83 97,18
500℃ 10,61 26,44 57,47 데이터 없음
550℃ 6,82 19,13 41,16

촉매(Al 2 O 3 및 K 2 O 불순물을 함유한 다공성 철)를 사용하면 평형 상태 달성을 가속화할 수 있었습니다. 흥미롭게도 이 역할을 위한 촉매를 찾을 때 2만 가지가 넘는 다양한 물질이 시도되었습니다.

위의 모든 요소를 ​​고려하여 암모니아 생산 공정은 온도 500 °C, 압력 350 기압, 촉매 조건에서 수행됩니다. 이러한 조건에서 암모니아의 수율은 약 30%입니다. 산업 조건에서는 순환 원리가 사용됩니다. 암모니아는 냉각으로 제거되고 미반응 질소와 수소는 합성 컬럼으로 반환됩니다. 이는 압력을 증가시켜 더 높은 반응 수율을 달성하는 것보다 더 경제적인 것으로 나타났습니다.

실험실에서 암모니아를 얻으려면 암모늄염에 대한 강알칼리의 작용이 사용됩니다.

N H 4 C l + N a O H → N H 3 + N a C l + H 2 O (\displaystyle (\mathsf (NH_(4)Cl+NaOH\rightarrow NH_(3)\uparrow +NaCl+H_(2)O )))

일반적으로 암모니아는 염화암모늄과 소석회의 혼합물을 부드럽게 가열하여 실험실 방법으로 얻습니다.

2 N H 4 Cl + C a (O H) 2 → C a C l 2 + 2 N H 3 + 2 H 2 O (\displaystyle (\mathsf (2NH_(4)Cl+Ca(OH)_(2))\rightarrow CaCl_(2)+2NH_(3)\위쪽 화살표 +2H_(2)O)))

암모니아를 건조하려면 석회와 가성소다의 혼합물을 통과해야 합니다.

매우 건조한 암모니아는 나트륨 금속을 용해시킨 후 증류하여 얻을 수 있습니다. 이는 진공 상태에서 금속으로 만들어진 시스템에서 가장 잘 수행됩니다. 시스템은 높은 압력을 견뎌야 합니다(실온에서 포화 암모니아 증기의 압력은 약 10기압입니다). 산업계에서는 암모니아가 흡수탑에서 건조됩니다.

암모니아 톤당 소비율

러시아에서 1톤의 암모니아를 생산하기 위해 평균 1200nm³의 천연 가스가 소비되며, 유럽에서는 900nm³가 소비됩니다.

벨로루시의 Grodno Azot는 암모니아 1톤당 1200nm³의 천연가스를 소비하며, 현대화 후에는 소비량이 876nm³로 감소할 것으로 예상됩니다.

우크라이나 생산자는 암모니아 1톤당 750nm³에서 1170nm³의 천연가스를 소비합니다.

UHDE 기술은 암모니아 1톤당 6.7~7.4Gcal의 에너지 자원을 소비한다고 주장합니다.

의학에서의 암모니아

벌레 물린 경우 암모니아는 로션 형태로 외부에서 사용됩니다. 10% 암모니아 수용액은 다음과 같이 알려져 있습니다.

암모니아는 강하고 불쾌한 냄새가 나는 기체 물질입니다. 어떤 특성을 갖고 있으며 어떤 물질과 반응합니까?

분자 구조

암모니아의 전자식은 다음과 같습니다.

쌀. 1. 암모니아의 전자식.

질소 원자에 있는 4개의 전자쌍 중 3개는 공유되고 1개는 고립되어 있습니다. NH 3 분자의 형성에는 전자 궤도가 서로 수직인 질소 원자의 짝을 이루지 않은 p-전자 3개와 수소 원자 3개의 1s 전자가 포함됩니다. 분자는 규칙적인 피라미드 모양을 가지고 있습니다. 삼각형의 모서리에는 수소 원자가 있고 피라미드 상단에는 질소 원자가 있습니다. H-N-H 결합 사이의 각도는 107.78도입니다.

물리적 특성

암모니아는 특유의 자극적인 냄새를 지닌 무색의 기체이다. 암모니아의 끓는점은 -33.4도, 녹는점은 -77.8도이다.

암모니아는 물에 잘 녹습니다(20도에서 최대 700부피의 암모니아가 1부피의 물에 용해됩니다). 농축된 용액의 암모니아 밀도는 0.91g/cm3입니다.

물에 암모니아가 용해된 용액을 암모니아수 또는 암모니아라고 합니다. 끓으면 용해된 암모니아가 용액에서 증발합니다.

쌀. 2. 암모니아.

암모니아는 유기 용매(알코올, 아세톤, 클로로포름, 벤젠)에 다소 덜 용해됩니다. 암모니아는 많은 질소 함유 물질을 잘 용해시킵니다.

액체 암모니아는 증발열이 높습니다(-50도에서 145kJ/kg, 0도에서 1260kJ/kg, 50도에서 1056kJ/kg).

암모니아의 몰 질량과 분자량은 17입니다

화학적 특성

화학적으로 암모니아는 매우 활동적입니다. 암모니아가 참여하는 반응은 질소의 산화 상태 변화 또는 특별한 유형의 공유 결합 형성을 동반합니다. 물에 대한 화학 물질의 높은 용해도는 분자 사이에 수소 결합이 형성되기 때문입니다.

암모니아는 다음 물질과 반응할 수 있습니다.

  • 암모니아는 산과 상호작용할 때 산을 중화시켜 암모늄염을 형성합니다.

NH 3 +HCl=NH 4 Cl

  • 할로겐과 반응할 때 암모니아는 일반적으로 유리 질소로 산화됩니다.

8NH3+3Br2=N2+6NH4Br

  • 암모니아는 산소와 혼합되면 녹황색 불꽃으로 연소됩니다.

4NH 3 +3O 2 =6H 2 O+2N 2

  • 가열되면 암모니아는 산화 구리(II)를 감소시키고 그 자체는 산화되어 유리 질소로 전환됩니다.

3CuO+2NH3 =3Cu+N2 +3H2O

– 이 반응을 사용하면 실험실에서 산소를 얻을 수 있습니다.

수령 및 사용

실험실에서는 염화암모늄 NH 4 Cl을 소석회 Ca(OH) 2와 함께 가열하여 암모니아를 얻습니다.

2NH4Cl+Ca(OH)2 =CaCl+2NH3+2H2O

– 방출된 암모니아에는 수증기가 포함되어 있습니다.

산업계에서 암모니아는 질소와 수소로부터 생산됩니다. 암모니아 합성 반응은 열 방출과 부피 감소로 진행됩니다.

N 2 +3H 2 =2NH 3

암모니아 합성에 필요한 온도는 질소-수소 혼합물을 예열하고 반응열을 방출함으로써 달성됩니다. 암모니아 합성을 위한 촉매는 특정 금속에 의해 활성화되는 해면철입니다. 질소-수소 혼합물에 함유된 황화수소, 산소, 산화탄소 및 이산화물, 증기 및 기타 혼합물은 촉매의 활성을 급격히 감소시킵니다. 합성은 500-550 도의 온도와 15-100 MPa의 압력에서 수행됩니다.

암모니아 합성 플랜트 다이어그램은 다음과 같습니다.

쌀. 3. 암모니아 생산 계획.

산업계에서 합성되는 대부분의 암모니아는 질산 및 기타 질소 함유 물질을 생산하는 데 사용됩니다. 냉동 장치에서의 사용은 쉬운 액화와 열 흡수를 통한 후속 증발을 기반으로 합니다.

암모니아 수용액은 화학 실험실 및 산업에서 약하고 휘발성이 높은 염기로 사용됩니다. 수용액은 의학과 일상생활에서도 사용됩니다.

우리는 무엇을 배웠나요?

암모니아 연구는 필수 학교 화학 과정에 포함되어 있습니다. 암모니아는 질소와 수소를 포함하는 화합물입니다. 가스는 뚜렷한 냄새가 나는 무색 물질이며 산, 물, 할로겐, 산소 및 기타 복잡하고 단순한 물질과 반응합니다.

주제에 대한 테스트

보고서 평가

평균 평점: 4.7. 받은 총 평점: 121.

화학식 NH 3의 질화수소를 암모니아라고 합니다. 자극적인 냄새가 나는 가벼운(공기보다 가벼운) 가스입니다. 분자의 구조는 암모니아의 물리적, 화학적 특성을 결정합니다.

구조

암모니아 분자는 하나의 질소 원자와 세 개의 수소 원자로 구성됩니다. 수소와 질소 원자 사이의 결합은 공유 결합입니다. 암모니아 분자는 삼각뿔 모양을 하고 있습니다.

질소의 2p 오비탈에는 3개의 자유전자가 있습니다. 세 개의 수소 원자가 이들과 혼성화되어 sp 3 혼성화 유형을 형성합니다.

쌀. 1. 암모니아 분자의 구조.

하나의 수소 원자가 탄화수소 라디칼(CnHm)로 대체되면 새로운 유기 물질인 아민이 생성됩니다. 수소 원자 하나만이 대체될 수 있는 것이 아니라 세 개 모두 대체될 수 있습니다. 치환된 원자의 수에 따라 세 가지 유형의 아민이 구별됩니다.

  • 주요한(메틸아민 - CH 3 NH 2);
  • 중고등 학년(디메틸아민 - CH 3 -NH-CH 3);
  • 제삼기(트리메틸아민 - CH 3 -N-(CH 3) 2).

C 2 H 4 , C 6 H 4 , (C 2 H 4) 2 및 여러 탄소와 수소 원자를 포함하는 기타 물질은 암모니아 분자에 결합될 수 있습니다.

쌀. 2. 아민의 형성.

암모니아와 아민은 자유 질소 전자쌍을 갖고 있으므로 두 물질의 성질은 비슷합니다.

물리적

암모니아의 기본 물리적 특성:

  • 무색 가스;
  • 강한 냄새;
  • 물에 대한 우수한 용해도(20°C, 0°C - 1200에서 1 부피의 물에 대해 700 부피의 암모니아);
  • 공기보다 가볍다.

암모니아는 -33°C에서 액화되고 -78°C에서 고체가 됩니다. 농축된 용액은 25% 암모니아를 함유하고 밀도는 0.91 g/cm 3 입니다. 액체 암모니아는 무기 및 유기 물질을 용해하지만 전류를 전도하지 않습니다.

자연적으로 암모니아는 질소를 함유한 유기물질(단백질, 요소)이 부패하고 분해되는 과정에서 배출됩니다.

화학적인

암모니아의 질소 산화도는 -3, 수소 - +1입니다. 암모니아가 형성되면 수소는 질소를 산화시켜 질소에서 전자 3개를 제거합니다. 남은 질소 전자쌍과 수소 원자의 쉬운 분리로 인해 암모니아는 단순 물질과 복잡한 물질과 반응하는 활성 화합물입니다.

주요 화학적 특성은 표에 설명되어 있습니다.

상호 작용

반응 생성물

방정식

산소와 함께

연소되어 질소를 형성하거나 촉매(백금) 존재 하에서 산소와 반응하여 산화질소를 형성합니다.

4NH3+3O2→2N2+6H2O;

4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O

할로겐 포함

질소, 산

2NH 3 + 3Br 2 → N 2 + 6HBr

수산화암모늄 또는 암모니아

NH3 + H2O → NH4OH

산으로

암모늄염

NH 3 + HCl → NH 4 Cl;

2NH 3 + H 2 SO 4 → (NH 4) 2 SO 4

금속을 대체하여 새로운 염을 형성함

2NH 3 + CuSO 4 → (NH 4) 2 SO 4 + Cu

금속 산화물 포함

금속을 환원시키면 질소가 생성된다

2NH 3 + 3CuO → 3Cu + N 2 + 3H 2 O

보고서 평가

평균 평점: 4.3. 받은 총 평점: 262.



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