§ 23. Аммиак

Для всех неметаллов характерно существование летучих соединений их с водородом. У азота таким соединением является аммиак NH₃. Электронная формула аммиака: структурная формула:

Аммиак - бесцветный газ, с резким характерным запахом, почти вдвое легче воздуха. Уже при обычной температуре, но повышенном давлении он переходит в жидкое состояние. Жидкий аммиак при испарении вызывает сильное охлаждение. Испарение жидкого аммиака используют в холодильных машинах (рис. 10).

Рис. 10. Аммиачная холодильная установка устроена наподобие кровеносной системы. а - насос ('сердце'), б - теплообменник ('артерии'), в нем аммиак, сжимаясь, сжижается, в - кран ('капилляры'), г - трубопровод ('вены'), в нем аммиак испаряется, д - замораживаемая вода

Рассмотрим, как взаимодействует аммиак с кислородом. Если в прибор, изображенный на рисунке 11, направить по внутренней трубке аммиак, а по внешней - кислород и поднести к струе аммиака зажженную спичку, аммиак загорается и горит зеленоватым пламенем. При горении аммиака образуются свободный азот и водяной пар:

Рис. 11. Горение аммиака

Эта реакция сильно экзотермическая и необратимая. Смеси аммиака с кислородом или воздухом при нагревании могут взрываться - они взрывоопасны.

Аммиак может реагировать с кислородом и иначе. Если, пропуская через нагретый в стакане раствор аммиака кислород или воздух, опустить в стакан платиновую спираль, не касаясь ею жидкости (рис. 12), то спираль раскаляется и ярко светится. Выделяющийся из раствора аммиак реагирует на ее поверхности с кислородом с образованием окиси азота

Рис. 12. Каталитическое окисление аммиака

Эта реакция также необратимая. Платина участвует в реакции в качестве катализатора. Она раскаляется за счет выделяющейся при реакции теплоты. Катализаторами для каталитического окисления аммиака, кроме платины, могут служить окислы некоторых металлов, например железа и хрома.

Изучая окисление аммиака, мы впервые встретились с химической реакцией, направление которой можно менять изменяя условия течения реакции. Проводя ее без катализатора получаем только азот, а на лучших катализаторах - до 98% аммиака окисляется в окись азота, остальные 2% - до азота.

1. Опишите известные вам физические свойства аммиака.
2. Разберите по рисунку 10 действие аммиачной холодильной установки, руководствуясь отмеченными в подписи к рисунку сходствами этой установки с системой кровообращения млекопитающих.
3. Опишите реакции: а) горения, б) каталитического окисления аммиака, приведите их уравнения. Составьте уравнения реакций как окислительно-восстановительных, учитывая переход электронов.
4. Напишите уравнение реакции восстановления аммиаком меди из окиси меди. Разберите реакцию с точки зрения электронной теории Что в ней окисляется, что восстанавливается?