РЕФЕРАТ ПО ХИМИИ
«Уникальные свойства аммиака и его соединений»
Выполнил:
Ученик 10 класса ОШ № 6
Тимофеев Дмитрий
Проверил: Боргун И.Ф.
2007 год
По значимости в неорганической химической индустрии и неорганической химии аммиак - самое важное водородное соединение азота. При обычных условиях аммиак - бесцветный газ с резким запахом и едким вкусом. Он токсичен: раздражает слизистые оболочки, а острое отравление вызывает поражение глаз и воспаление легких. При охлаждении до -33,35?С аммиак сжижается, превращаясь в бесцветную жидкость, а при -77,7?С затвердевает (при н.у.).
По своей химической природе он представляет собой нитрид водорода H3N. В химическом строении аммиака sp3-гибридные орбитали атома азота образуют три связи с тремя атомами водорода, которые занимают три вершины чуть искаженного тетраэдра. Электроны связей Н-N довольно сильно смещены от водорода к азоту (азот более электроотрицателен, чем водород), поэтому молекула аммиака в целом характеризуется значительной полярностью.
Четвертая вершина тетраэдра занята неподеленной электронной парой азота, что дополнительно увеличивает полярность молекулы аммиака и обеспечивает химическую ненасыщенность и реакционноспособность его молекул.
В аммиаке между молекулами действуют водородные связи, вследствие чего аммиак обладает рядом экстремальных свойств по сравнению с другими водородными соединениями элементов пятой группы главной подгруппы. Вследствие полярности молекул и достаточно высокой диэлектрической проницаемости жидкий аммиак является хорошим неводным растворителем. В жидком аммиаке хорошо растворяются щелочные и щелочно-земельные металлы, сера, фосфор, йод, многие соли и кислоты. Вещества с функциональными полярными группами в жидком аммиаке подвергаются электролитической диссоциации.
По растворимости в воде аммиак превосходит любой другой газ: при 0?С 1 объем воды поглощает 1200 объемов газообразного аммиака. Прекрасная растворимость аммиака в воде обусловлена возникновением межмолекулярных водородных связей.
Интересным свойством молекул аммиака является их способность к структурной инверсии, т.е. к "выворачиванию наизнанку" путём прохождения атома азота сквозь образованную атомами водорода плоскость основания пирамиды. Потенциальный барьер этой инверсии равен 25 кДж/моль, осуществлять её могут лишь молекулы, достаточно богатые энергией. Скорость инверсии сравнительно невелика - она в 1000 раз меньше скорости ориентации молекул NH3 электрическим полем. С такой инверсией связано электромагнитное излучение строго определённой частоты в радиодиапазоне СВЧ. На молекулах NH3 советские физики в 1955 году создали новый вид генератора излучения – так называемый мазер.
Аммиачный мазер позволил создать аппаратуру для очень точного измерения времени. Благодаря таким сверхточным «молекулярным часам» установлено, что продолжительность земных суток ежегодно возрастает в - среднем на 0,00043 секунд.
Химические свойства. Аммиак весьма реакционноспособное соединение. Благодаря неподелённой электронной паре у атома N для NH3 особенно характерны и легко осуществимы реакции присоединения. Партнёрами аммиака в таких реакциях могут быть молекулы и ионы, способные предоставить для электронной пары азота место на своих незаполненных электронных оболочках. Типичный пример — образование иона аммония путём присоединения иона водорода Н+ к молекуле NH3
Или в другой записи:
В ионе аммония все связи ковалентны и неразличимы (равноценны). Такой механизм образования химической ковалентной связи называют донорно-акцепторным, а связь — координационной. Атом азота, имеющий свободную электронную пару,— донор; ион водорода Н+, предоставляющий место этой паре на свободной электронной оболочке,— акцептор. Со многими солями аммиак образует продукты присоединения — аммиакаты (например, CuSO4*5NH3, CuSO4*4NH3*H2O). Они подобны гидратам.
По поводу растворения А. в воде существовало мнение, что это — химическое взаимодействие по схеме:
NH3 + Н2О NH4OH NH4+ +ОН-
Однако термодинамические (то есть энергетические) расчёты показали, что на первой стадии процесса образуется вовсе не гидроокись аммония NH4OH, а гидрат аммиака NH3*H2O:
NH3 +Н2О NH3-H2O NH4+ + ОН-
Оттого, что ионы NH4 и ОН- в растворах А. образуются не из NH4OH, а из NH3*H2O, таких ионов получается мало: в разбавленном водном растворе — при концентрации 1 моль/л — каждые 1000 молекул NH3 дают только 42 пары ионов NH4 и ОН-. Такие растворы проявляют слабую щелочную реакцию.
Раствор с концентрацией около 10% А. иногда называют нашатырным спиртом. Насыщенный при комнатной температуре раствор А. в воде содержит его около 25%.
При взаимодействии А. с кислотами образуются соли аммония — кислые и средние:
NH3
+ H2SO4
= (NH4)HSO4
2NH3
+ H2SO4
= (NH4)2SO4
Поскольку азот в молекуле NH3 имеет окислительное число —3, А. является восстановителем. При нагревании NH3 с сильными окислителями — хлором, бромом, перекисью водорода, а также с окислами некоторых металлов образуется свободный азот:
2NH3
+ 3Cl
=N2+6HCl
2NH3
+ ЗСuО
= N2
+ ЗСu
+ ЗН2О
В кислороде А. горит:
4NH3+3O2=2N2+6H2O
На воздухе же А. горит, только если смесь воздуха с А. содержит 16—25% NH3.
Когда окисление А. кислородом ведут в присутствии катализатора (сплав платины с родием или др.), то образуется окись азота:
4NH3 + 5О2 = 4NO + 6Н2О.
На этой реакции с последующим окислением NO в двуокись азота NO2 основаны промышленные методы получения азотной кислоты.
Для А. характерны и реакции замещения. Так, щелочные и щелочноземельные металлы при взаимодействии с А. могут давать в зависимости от условий либо нитриды (Na3N — когда замещены все атомы Н), либо амиды (NaNH2— когда замещён один атом Н). При действии избытка хлора на NH3 или насыщенный раствор NH4Cl образуется хлористый азот NCl3 — очень непрочный продукт замещения водорода в А.:
NH3 +3Cl2=3HCl+NCl3
NH4Cl + ЗСl 2= 4НСl + NCl3
Взаимодействие А. с двуокисью углерода при температуре 150—190°С и давлении 100— 200 атм. даёт очень ценный химический продукт — мочевину:
2NH3
+
СО2
= (NH2)2CO
+ Н2О
Десятки млн. т мочевины применяют как
удобрение в сельском хозяйстве и как
полупродукт во многих химических
производствах.
Использованный материал:
Энциклопедия Школьника: Неорганическая Химия (под общей редакцией члена-корреспондента М.А. Прокофьева). - М.: «Советская Энциклопедия», 1975. 384 стр. с ил.
По материалам Интернет.
Не смотря на то, что все материалы на сайте xies.ru носят ознакомительный характер, наша база однозначно может помочь с написанием дипломных работ или рефератов. Каталок настолько внушительный, что у нас вы точно сможете найти отсортированные по тематикам рефераты и курсовые, а также контрольные работы и дипломы. Для тех кто ищет конспекты, тоже найдётся подходящая информация, которую без труда можно скачать бесплатно. Всё для студентов и школьников, в одной базе рефератов!