Технология производства аммиака

Содержание

 

Введение 

1. Строение молекулы аммиака  и роль

2. История названия и  интересные факты

3. Физические и химические  свойства аммиака

4. Способы и процессы при получения аммиака

5. Применение аммиака

Вывод

 Ссылки и литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Аммиак - один из самых важных продуктов химической промышленности. Большая часть получаемого в  промышленности аммиака идёт на приготовление  азотной кислоты, азотных удобрений, красителей.

Применяется аммиак и для получения взрывчатых веществ. Широко используются водные растворы аммиака. Как слабое летучее основание, он применяются в химических лабораториях и производствах. С помощью аммиака получают пищевую соду.

Чистый аммиак был получен английским химиком и философом Джозефом Пристли в 1774 году. Промышленную технологию получения аммиака разработали и осуществили в 1913 году немецкие химики Фриц Габер и Карл Бош, получившие за свои исследования Нобелевские премии. 
           Аммиак или аммониак - бесцветный газ с чрезвычайно острым, характерным, вызывающим слезы запахом, состоящий из 1 объема азота и 3 объемов водорода, а потому отвечающий формуле NH3. Аммиак был открыт Пристлеем и назван им щелочным воздухом или газом. В чистом виде он получается при слабом нагревании смеси измельченного нашатыря и едкой извести; выделяющийся газ следует собирать над ртутью или же таким образом, что сосуд, в котором ведется реакция, снабжают открытой с обоих концов стеклянной трубкой, направленной вверх, и над нею помещают опрокинутую горлом вниз склянку, причем удельно более легкий аммиак вытесняет находящийся в склянке воздух.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Строение молекулы аммиака и роль

 

Аммиак
Общие
Хим. формула	NH3
Физические свойства
Состояние	газ
Молярная масса	17.0306 г/моль
Плотность	0.0007723 (н.у.)
Термические свойства
Т. плав.	-77.73 °C
Т. кип.	-33.34 °C
Кр. точка	132.25 °C
Энтальпия образования	-45.94 кДж/моль
Химические свойства
pKa	9.21
Растворимость в воде	89.9 (при 0 °C)

       Аммиа́к — NH₃, нитрид водорода, при нормальных условиях — бесцветный газ с резким характерным запахом (запах нашатырного спирта)

Аммиак почти вдвое  легче воздуха, ПДКр.з. 20 мг/м3 — IV класс опасности (малоопасные вещества) по ГОСТ 12.1.007^[1]. Растворимость NH₃ в воде чрезвычайно велика — около 1200 объёмов (при 0 °C) или 700 объёмов (при 20 °C) в объёме воды. В холодильной технике носит название R717, где R — Refrigerant (хладагент), 7 — тип хладагента (неорганическое соединение), 17 — молекулярная масса.

Молекула аммиака имеет  форму тригональной пирамиды с атомом азота в вершине. Три неспаренных p-электрона атома азота участвуют в образовании полярных ковалентных связей с 1s-электронами трёх атомов водорода (связи N−H), четвёртая пара внешних электронов является неподелённой, она может образовать донорно-акцепторную связь с ионом водорода, образуя ион аммония NH₄⁺. Благодаря тому, что не связывающее двухэлектронное облако строго ориентировано в пространстве, молекула аммиака обладает высокой полярностью, что приводит к его хорошей растворимости в воде.

В жидком аммиаке молекулы связаны между собой водородными связями. Сравнение физических свойств жидкого аммиака с водой показывает, что аммиак имеет более низкие температуры кипения (t_кип −33,35 °C) и плавления (t_пл −77,70 °C), а также более низкую плотность, вязкость (вязкость жидкого аммиака в 7 раз меньше вязкости воды), проводимость и диэлектрическую проницаемость. Это в некоторой степени объясняется тем, что прочность этих связей в жидком аммиаке существенно ниже, чем у воды, а также тем, что в молекуле аммиака имеется лишь одна пара неподелённых электронов, в отличие от двух пар в молекуле воды, что не дает возможность образовывать разветвлённую сеть водородных связей между несколькими молекулами. Аммиак легко переходит в бесцветную жидкость с плотностью 681,4 кг/м³, сильно преломляющую свет. Подобно воде, жидкий аммиак сильно ассоциирован, главным образом за счёт образования водородных связей. Жидкий аммиак практически не проводит электрический ток. Жидкий аммиак — хороший растворитель для очень большого числа органических, а также для многих неорганических соединений. Твёрдый аммиак — бесцветные кубические кристаллы.

Аммиак (от греч. hals ammoniakos, букв. - амонова соль; так назывался нашатырь, к-рый получали близ храма бога Амона в Египте) NH₃, бесцв. газ с резким запахом. Молекула имеет форму правильной пирамиды (см. рис. 1). Связи N— Н полярны; 4,85*10^-30 Кл*м (0-150°С); энергия связи N—Н 389,4 кДж/моль. Поляризуемость молекулы 22,6*10^-25 см³. У атома N имеется неподеленная пара электронов, к-рая обусловливает способность аммиака к образованию донорно-акцепторной и водородной связей. Существование водородных связей и значительная полярность молекул аммиака - причины сильного взаимодействия между ними, вследствие чего физические свойства аммиака во многом аномальны по сравнению со св-вами однотипных соединений (РН₃, SbH₃, AsH₃). Для NH₃ т. пл. -77,7°С, т. кип. -33,35°С; d^t₄ 0,790 (-40°С), 0,681 (-33,35°С), 0,639 (0°С), 0580 (40 °С); t_крит 133°С, p_крит 11,425 кПа, d_крит 0,235 г/см³; Н°_исп 23,27 кДж/моль, Н°_пл, 5,86 кДж/моль; для газа С_р° 35,63 Дж/(моль*К), Н^о_o6p -45,94 кДж/моль, S°₂₉₈ 192,66 ДжДмоль*К).  

 

Рис. 1. Структура молекулы NH₃ (длина связи - в нм).

 

Молекула аммиака имеет  форму тригональной пирамиды с атомом азота в вершине. Три неспаренных  p-электрона атома азота участвуют в образовании полярных ковалентных связей с 1s-электронами трёх атомов водорода (связи N−H), четвёртая пара внешних электронов является неподелённой, она может образовать донорно-акцепторную связь с ионом водорода, образуя ион аммония NH₄⁺.

 

Биологическая роль. Аммиак является конечным продуктом азотистого обмена в организме человека и животных. Он образуется при метаболизме белков, аминокислот и других азотистых соединений. Он высоко токсичен для организма, поэтому большая часть аммиака в ходе орнитинового цикла конвертируется печенью в более безвредное и менее токсичное соединение — карбамид (мочевину). Мочевина затем выводится почками, причём часть мочевины может быть конвертирована печенью или почками обратно в аммиак.

Аммиак может также  использоваться печенью для обратного  процесса — ресинтеза аминокислот из аммиака и кетоаналогов аминокислот. Этот процесс носит название «восстановительное аминирование». Таким образом из щавелевоуксусной кислоты получается аспарагиновая, из α-кетоглутаровой — глутаминовая и т. д.

Аммиак - одно из важнейших соединений азота. 
Азот, входящий в состав белков и нуклеиновых кислот, является одним из компонентов, составляющих основу жизни. Поэтому очень важно было научиться синтезировать химические соединения с азотом. Сначала использовали электричество, но этот способ оказался очень дорогим.

 

История названия

Аммиак (в европейских языках его название звучит как «аммониак») своим названием обязан оазису Аммона в Северной Африке, расположенному на перекрестке караванных путей. В жарком климате мочевина (NH₂)₂CO, содержащаяся в продуктах жизнедеятельности животных, разлагается особенно быстро. Одним из продуктов разложения и является аммиак. По другим сведениям, аммиак получил своё название от древнеегипетского слова амониан. Так называли людей, поклоняющихся богу Амону. Они во время своих ритуальных обрядов нюхали нашатырь NH₄Cl, который при нагревании испаряет аммиак.

Крупнейшие месторождения  нашатыря (нушадир) в эпоху средневекового мусульманского ренессанса были расположены в Мавераннахре и в Сицилии. Первое месторождение было много более важным, по нему в частности в Европе, это лекарство с давних пор называлось "татарской солью". В 11 веке афганец ал-Худжвири рассказывал, что он видел на границе ислама в одном тюркском городе горящую гору, из которой вырывались пары аммиака, "посреди пламени была мышь, которая издохла, когда покинула раскаленный зной".

 

Интересные факты

• Пары нашатырного спирта способны изменять окраску цветов. Например, голубые и синие лепестки становятся зелеными, ярко красные — черными.^[16]
• Облака Юпитера состоят из аммиака.
• Некоторые цветы, не имеющие запаха от природы, после обработки аммиаком начинают благоухать. Например, приятный аромат приобретают астры^[16]
• 18 апреля 2013 года в городе Вест штата Техас произошёл взрыв на заводе удобрений,аммиачное облако двинулось в стороны соседних городов.
• Аммиак также содержится в некоторых видах сигарет.

 

• По физиологическому действию на организм относится к группе веществ удушающего и нейротропного действия, способных при ингаляционном поражении вызвать токсический отёк лёгких и тяжёлое поражение нервной системы. Аммиак обладает как местным, так и резорбтивным действием.
• Пары аммиака сильно раздражают слизистые оболочки глаз и органов дыхания, а также кожные покровы. Это человек и воспринимает как резкий запах. Пары аммиака вызывают обильное слезотечение, боль в глазах, химический ожог конъюнктивы и роговицы, потерю зрения, приступы кашля, покраснение и зуд кожи. При соприкосновении сжиженного аммиака и его растворов с кожей возникает жжение, возможен химический ожог с пузырями, изъязвлениями. Кроме того, сжиженный аммиак при испарении поглощает тепло, и при соприкосновении с кожей возникает обморожение различной степени. Запах аммиака ощущается при концентрации 37 мг/м³^[2].
• Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны производственного помещения (ПДКр.з.) составляет 20 мг/м³^[3]. В атмосферном воздухе населённых пунктов и в жилых помещениях среднесуточная концентрация аммиака (ПДКс.с.) не должна превышать 0,04 мг/м³^[4]. Максимальная разовая концентрация в атмосфере — 0,2 мг/м³. Таким образом, ощущение запаха аммиака свидетельствует о превышении допустимых норм.
• Раздражение полости рта проявляется при содержании аммиака в воздухе 280 мг/м³, глаз — 490 мг/м³. При действии в очень высоких концентрациях аммиак вызывает поражение кожи: 7—14 г/м³ — эритематозный, 21 г/м³ и более — буллёзный дерматит. Токсический отёк лёгких развивается при воздействии аммиака в течение часа с концентрацией 1,5 г/м³. Кратковременное воздействие аммиака в концентрации 3,5 г/м³ и более быстро приводит к развитию общетоксических эффектов.
• В мире максимальная концентрация аммиака в атмосфере (больше 1 мг/м³) наблюдается на Индо-Гангской равнине, в Центральной долине США и в Южно-Казахстанской области.

 

 

Физические свойства аммиака

При нормальных условиях —  бесцветный газ с резким характерным  запахом (запах нашатырного спирта), почти вдвое легче воздуха, ядовит. По физиологическому действию на организм относится к группе веществ удушающего и нейротропного действия, способных при ингаляционном поражении вызвать токсический отёк лёгких и тяжёлое поражение нервной системы. Аммиак обладает как местным, так и резорбтивным действием. Пары аммиака сильно раздражают слизистые оболочки глаз и органов дыхания, а также кожные покровы. Это мы и воспринимаем как резкий запах. Пары аммиака вызывают обильное слезотечение, боль в глазах, химический ожог конъюктивы и роговицы, потерю зрения, приступы кашля, покраснение и зуд кожи. Растворимость NH₃ в воде чрезвычайно велика — около 1200 объёмов (при 0 °C) или 700 объёмов (при 20 °C) в объёме воды.

 

 

 

Химические свойства аммиака

 

Для аммиака характерны реакции:

1. с изменением степени окисления атома азота (реакции окисления)
2. без изменения степени окисления атома азота (присоединение)

 

 

Реакции с изменением степени окисления атома азота (реакции окисления) N-3 → N0 → N+2 NH3 – сильный восстановитель.

с кислородом    1. Горение аммиака (при нагревании)     4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H20    2. Каталитическое  окисление амииака (катализатор Pt – Rh, температура) 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O   Видео - Эксперимент " Окисление аммиака в присутствии оксида хрома"

с оксидами металлов     2 NH3  + 3CuO = 3Cu + N2 + 3 H2O

с сильными окислителями     2NH3 + 3Cl2 = N2 + 6HCl (при нагревании)

аммиак – непрочное  соединение, при нагревании разлагается     2NH3↔ N2 + 3H2

 

 

 

 

 

 

 

Реакции без изменения  степени окисления атома азота (присоединение - Образование иона аммония  NH4+ по донорно-акцепторному механизму)