Amoniac

Amoniac
Cấu trúc phân tử
Cấu trúc phân tử
Tổng quan
Danh pháp IUPAC Ammonia
Azane
Tên khác
Công thức phân tử NH3
Phân tử gam 17,0304 g/mol
Biểu hiện Chất khí không màu
mùi khai
Số CAS [7664-41-7]
Thuộc tính
Tỷ trọngpha 0,6813 g/l, khí
Độ hòa tan trong nước 89,9 g/100 ml ở 0 °C
Nhiệt độ nóng chảy {{{Nhiệt độ nóng chảy}}}
Điểm sôi -33,34 °C (239,81 K)
pKa {{{Hằng số điện ly axit}}}
pKb 4,75
Độ nhớt
Nguy hiểm
MSDS MSDS ngoài
Các nguy hiểm chính Chất ăn mòn và chất độc
NFPA 704 Nfpa h3.pngNfpa f1.pngNfpa r0.png
Điểm bắt lửa 11°C
Rủi ro/An toàn R10, R23, R34, R50
S1/2, S16, S36/37/39,

S45, S61

Số RTECS BO0875000
Trang dữ liệu bổ sung
Cấu trúc & thuộc tính
Dữ liệu nhiệt động lực
Dữ liệu quang phổ
Các hợp chất liên quan
Các hợp chất tương tự
Các hợp chất liên quan Hiđrazin
Axít hydrazoic
Hydroxylamin
Cloramin
Ngoại trừ có thông báo khác, các dữ liệu
được lấy ở 25 °C, 100 kPa
Thông tin về sự phủ nhận và tham chiếu

Amoniac (bắt nguồn từ từ tiếng Pháp ammoniac /amɔnjak/),[1] còn được viết là a-mô-ni-ắc,[1]hợp chất của nitơhydrocông thức NH3 . Là một hiđrua nhị phân ổn địnhhiđrua pnictogen đơn giản nhất, amoniac là một chất khí không màu, có mùi hăng đặc trưng. Nó là một chất thải nitơ phổ biến, đặc biệt là giữa các sinh vật sống dưới nước, và nó góp phần đáng kể vào nhu cầu dinh dưỡng của các sinh vật trên cạn bằng cách đóng vai trò là tiền chất của thực phẩmphân bón . Amoniac, trực tiếp hoặc gián tiếp, cũng là một chất xây dựng để tổng hợp nhiều sản phẩm dược phẩm và được sử dụng trong nhiều sản phẩm tẩy rửa thương mại. Nó chủ yếu được thu thập bằng cách tổng hợp hạ mức của không khí và nước.

Mặc dù khá phổ biến trong tự nhiên - cả trên cạn và ở các hành tinh bên ngoài Hệ Mặt trời - và được sử dụng rộng rãi, amoniac vừa có tính ăn mòn vừa nguy hiểm ở dạng đậm đặc. Nó được phân loại là một chất cực kỳ nguy hiểm ở Hoa Kỳ và phải tuân theo các yêu cầu báo cáo nghiêm ngặt bởi các cơ sở sản xuất, lưu trữ hoặc sử dụng nó với khối lượng đáng kể.[2]

Sản lượng amoniac công nghiệp toàn cầu năm 2018 là 175 triệu tấn, [3] không có thay đổi đáng kể so với sản lượng công nghiệp toàn cầu năm 2013 là 175 triệu tấn. [4] Amoniac công nghiệp được bán dưới dạng rượu amoniac (thường là 28% amoniac trong nước) hoặc amoniac lỏng khan có áp suất hoặc làm lạnh được vận chuyển trong xe bồn hoặc ống trụ.[5]

NH3 sôi ở -33.34°C ở áp suất tiêu chuẩn, do đó chất lỏng phải được bảo quản dưới áp suất hoặc ở nhiệt độ thấp. Amoniac gia dụng hoặc amoni hydroxit là một dung dịch NH3 trong nước. Nồng độ của các dung dịch này được đo bằng đơn vị của thang Baumé ( khối lượng riêng), với 26 độ Baumé (khoảng 30% (theo trọng lượng) amoniac ở 15,5 °C hoặc 59,9 °F ) là sản phẩm thương mại nồng độ cao điển hình của chất này.[6]

Từ nguyên

Pliny, trong Sách XXXI về Lịch sử Tự nhiên của mình, đề cập đến một loại muối được sản xuất ở tỉnh Cyrenaica của La Mã có tên là hammoniacum, được gọi như vậy vì nó nằm gần Đền thờ Jupiter Amun ( tiếng Hy Lạp là Ἄμμων Ammon ). [7] Tuy nhiên, mô tả của Pliny về muối không phù hợp với các đặc tính của amoni clorua. Theo lời bình luận của Herbert Hoover trong bản dịch tiếng Anh của ông về De re metallica của Georgius Agricola, nó có thể là muối biển thông thường. [8] Trong mọi trường hợp, muối đó cuối cùng đã tạo ra tên cho các hợp chất amoniacamoni.

Xuất hiện trong tự nhiên

Amoniac là một chất hóa học được tìm thấy ở dạng vi lượng trong tự nhiên, được sản xuất từ chất động thực vật có nitơ. Amoniac và muối amoni cũng được tìm thấy với số lượng nhỏ trong nước mưa, trong khi amoni clorua (sal amoniac), và amoni sunfat được tìm thấy ở các vùng có núi lửa; tinh thể amoni bicacbonat đã được tìm thấy trong phân chim Patagonia.[9] Thận tiết ra amoniac để trung hòa axit dư thừa.[10] Các muối amoni được tìm thấy trong các vùng đất màu mỡ và trong nước biển.

Amoniac cũng được tìm thấy trên khắp các hành tinh trong hệ Mặt Trời trên sao Hỏa, sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên Vương, sao Hải Vương, và Sao Diêm Vương, và những nơi khác: trên, trên các hành tinh nhỏ hơn như Sao Diêm Vương, amoniac có thể hoạt động như một chất chống đông mang tính địa chất quan trọng, do hỗn hợp của nước và amoniac có thể có nhiệt độ nóng chảy thấp tới 173 K (−100 °C; −148 °F) nếu nồng độ amoniac đủ cao và do đó cho phép các thiên thể như vậy giữ lại các đại dương bên trong và địa chất đang hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với trường hợp hành tinh chỉ có nước. [11] [12] Các chất có chứa amoniac, hoặc những chất tương tự với nó, được gọi là amoniacal.

Tính chất vật lý

Amoniac là chất khí không màu, có mùi hắc đặc trưng. Nó nhẹ hơn không khí, mật độ của nó gấp 0,589 lần không khí . Nó dễ dàng hóa lỏng do có liên kết hydro mạnh giữa các phân tử; chất lỏng sôi ở −33,3 °C (−27,94 °F), và đóng băng thành tinh thể trắng [9] ở −77,7 °C (−107,86 °F) .

Amoniac có thể được khử mùi thuận tiện bằng cách cho nó phản ứng với natri bicacbonat hoặc axit axetic . Cả hai phản ứng này đều tạo thành muối amoni không mùi.

Chất rắn
Đối xứng tinh thể là hình khối, ký hiệu Pearson cP16, nhóm không gian P2 1 3 No.198, hằng số mạng 0,5125 nm . [11]
Chất lỏng
Amoniac dạng lỏng có khả năng ion hóa mạnh do có chỉ số ε cao là 22. Amoniac lỏng có sự thay đổi entanpi của quá trình hóa hơi tiêu chuẩn rất cao (23,35 kJ / mol, cf. nước 40,65 kJ/mol, metan 8,19 kJ / mol, photphin 14,6 kJ/mol) và do đó có thể được sử dụng trong phòng thí nghiệm trong các bình không cách nhiệt mà không cần làm lạnh thêm. Xem amoniac lỏng như một dung môi .
Thuộc tính dung môi
Amoniac dễ dàng hòa tan trong nước. Trong dung dịch nước, nó có thể được loại bỏ bằng cách đun sôi. Dung dịch nước của amoniac có tính bazơ . Nồng độ tối đa của amoniac trong nước ( dung dịch bão hòa ) có khối lượng riêng là 0,880 g/cm 3 và thường được gọi là '.880 amoniac'.
Cháy
Amoniac không cháy ngay hoặc có khả năng duy trì sự cháy, ngoại trừ trong điều kiện hỗn hợp nhiên liệu-không khí hẹp có 15–25% không khí. Khi trộn với oxi, nó cháy với ngọn lửa màu vàng lục nhạt. Sự bốc cháy xảy ra khi clo được truyền vào amoniac, tạo thành nitơ và hydro clorua ; nếu clo dư thì nitơ triclorua (NCl3) rất dễ nổ cũng được tạo thành.
Sự phân hủy
Ở nhiệt độ cao và có mặt chất xúc tác thích hợp, amoniac bị phân hủy thành các nguyên tố cấu thành của nó. Sự phân hủy amoniac là một quá trình thu nhiệt nhẹ cần 5,5 kcal / mol amoniac, và tạo ra khí hydro và nitơ. Amoniac cũng có thể được sử dụng như một nguồn hydro cho pin nhiên liệu axit nếu amoniac chưa phản ứng có thể được loại bỏ. Các chất xúc tác ruthenium và platinum được cho là hoạt động tích cực nhất, trong khi các chất xúc tác Ni được hỗ trợ thì hoạt động kém hơn.

Cấu trúc

Phân tử amoniac có dạng hình chóp tam giác theo dự đoán của thuyết đẩy cặp electron lớp vỏ hóa trị (thuyết VSEPR) với góc liên kết xác định bằng thực nghiệm là 106,7°. [13] Nguyên tử nitơ trung tâm có năm electron lớp ngoài cùng với một electron bổ sung từ mỗi nguyên tử hydro. Điều này tạo ra tổng cộng tám điện tử, hoặc bốn cặp điện tử được sắp xếp theo hình tứ diện. Ba trong số các cặp electron này được sử dụng như các cặp liên kết, chúng để lại một cặp electron duy nhất . Cặp đơn lẻ đẩy mạnh hơn các cặp liên kết, do đó góc liên kết không phải là 109,5 °, như mong đợi đối với sắp xếp tứ diện đều, mà là 106,7°. [13] Hình dạng này tạo cho phân tử một momen lưỡng cực và làm cho nó phân cực . Tính phân cực của phân tử, và đặc biệt, khả năng hình thành liên kết hydro của nó, làm cho amoniac có thể trộn lẫn với nước rất cao. Cặp đơn độc làm cho amoniac trở thành một bazơ, một chất nhận proton. Amoniac có tính bazơ vừa phải; Dung dịch nước 1,0 M có pH là 11,6, và nếu thêm axit mạnh vào dung dịch như vậy cho đến khi dung dịch trung tính (pH = 7), 99,4% số phân tử amoniac được proton hóa. Nhiệt độ và độ mặn cũng ảnh hưởng đến tỷ lệ NH4+. Sau này có hình dạng của một tứ diện đều và là đẳng điện tử với mêtan .

Phân tử amoniac dễ dàng trải qua quá trình nghịch chuyển nitơ ở nhiệt độ phòng; một phép tương tự hữu ích là một chiếc ô tự quay ra ngoài trong một cơn gió mạnh. Rào cản năng lượng đối với sự nghịch đảo này là 24,7 kJ / mol và tần số cộng hưởng là 23,79 GHz, tương ứng với bức xạ vi sóngbước sóng 1,260 cm. Sự hấp thụ ở tần số này là phổ vi sóng đầu tiên được quan sát thấy.

Tính lưỡng tính

Một trong những tính chất đặc trưng nhất của amoniac là tính bazơ . Amoniac được coi là một bazơ yếu. Nó kết hợp với axit để tạo thành muối ; do đó với axit clohydric nó tạo thành amoni clorua (sal amoniac); với axit nitric tạo thành amoni nitrat, v.v. Amoniac khô hoàn toàn sẽ không kết hợp với hydro clorua khô hoàn toàn; độ ẩm là cần thiết để thực hiện phản ứng. [14] [15] Như một thí nghiệm trình diễn, các chai amoniac và axit clohydric đậm đặc đã mở nắp tạo ra các đám mây amoni clorua, dường như xuất hiện từ "không có gì" khi muối hình thành nơi hai đám mây phân tử khuếch tán gặp nhau, ở đâu đó giữa hai chai.

NH3 + HCl → NH4Cl

Các muối được tạo ra do tác dụng của amoniac với axit được gọi là muối amoni và tất cả đều chứa ion amoni (NH4+). Mặc dù amoniac được biết đến là một bazơ yếu, nó cũng có thể hoạt động như một axit cực kỳ yếu. Nó là một chất proton và có khả năng hình thành amit (có chứa NH 2 - ion). Ví dụ, liti hòa tan trong amoniac lỏng để tạo ra dung dịch liti amua :

2Li + 2NH3 → 2LiNH2 + H2

Tính chất hóa học

Trong amoniac, nitơ có số oxi hóa thấp nhất nên amoniac có tính khử. Ví dụ như trong phản ứng hóa học:

Nguyên tử kim loại loại kiềm hoặc nhôm:

Tác dụng với dung dịch muối:

Tính bazơ yếu

Tan trong nước

Theo thuyết Brønsted-Lowry, NH3 khi tan trong nước, một phần nhỏ các phân tử amoniac kết hợp với ion H+ của nước tạo thành cation amoni NH4+ và giải phóng anion OH-, lúc này nước sẽ đóng vai trò là axit.

Ion OH- làm cho dung dịch có tính bazơ, tuy nhiên so với dung dịch kiềm mạnh (thí dụ xút, potat, nước vôi trong...) cùng nồng độ thì nồng độ anion OH- do amoniac tạo thành nhỏ hơn nhiều. Do có tính bazơ nên dung dịch amoniac làm cho quỳ tím hóa xanh còn dung dịch phenolphtalein từ không màu chuyển thành hồng. Do đó để phát hiện amoniac, người ta dùng quỳ tím ẩm để nhận ra khí này.

Tác dụng với axit

H.1 Sự tạo thành "khói" amoni clorua

Amoniac (ở dạng khí cũng như dung dịch) dễ dàng trung hòa axit tạo thành muối amoni. Thí dụ:

hay

Khi đặt hai bình mở nút đựng dung dịch HCl đặc và dung dịch NH3 ở gần nhau thì thấy có "khói" màu trắng tạo nên (hình 1). Do HCl và NH3 là những hợp chất dễ bay hơi nên chúng đã hóa hợp với nhau tạo thành tinh thể muối amoni clorua, chính tinh thể này đã tạo nên hiện tượng "khói".

Phản ứng này được dùng để nhận biết khí amoniac.

Tác dụng với dung dịch muối

H.2 Sục khí amoniac vào dung dịch đồng (II) sunfat tạo kết tủa xanh lam và dung dịch amoni sunfat.

Dung dịch amoniac có khả năng tạo kết tủa nhiều hidroxit kim loại khi tác dụng

Thí dụ trong hình 2, dung dịch amoniac đã phản ứng với dung dịch đồng (II) sunfat tạo kết tủa xanh lam:

Khả năng tạo phức

Dung dịch amoniac có khả năng tạo phức cc nhiều hợp chất khó tan của kim loại như Cu, Ag, Ni, Pb, Zn...

Vì các cation này có orbital trống nên có thể tiếp nhận cặp electron chưa liên kết trong nguyên tử N của NH3

(với M = Cu, Zn, Pb,...)

Điều chế

Trong phòng thí nghiệm:

Trong công nghiệp:

Phần lớn NH3 (90%) được sản xuất theo phương thức Haber-Bosch với từ không khí, từ khí Mêtan () và nước.

(xúc tác Ni, nhiệt độ cao)

(ΔH = –92 kJ/mol)

Phản ứng trên thuận nghịch và tỏa nhiệt, do đó phải có các điều kiện phù hợp để chuyển dịch cân bằng về bên phải theo nguyên lý Le Chatelier. Thực tế, phản ứng này thường được thực hiện ở 450-500°C, 200-300 atm, xúc tác là hỗn hợp Fe, Al2O3, K2O... nhưng hiệu suất chỉ từ 20-25%. Phương thức CaCN2 của Rothe-Frank-Caro:

Phương thức Persek từ nitrua nhôm AlN và nước:

Từ NO và H2:

Ứng dụng

Ứng dụng chủ yếu của amoniac là điều chế phân đạm, điều chế axit nitric, là chất sinh hàn, sản xuất hiđrazin N2H4 dùng làm nhiên liệu cho tên lửa. Ngoài ra, dung dịch amoniac còn được dùng làm chất tẩy rửa gia dụng.

Nguy hiểm

Nếu hít nhiều amoniac sẽ bị bỏng đường hô hấp (rát cổ họng). Khí amoniac gấy ức chế thần kinh tạo nên cảm giác khó chịu cáu gắt.

hô hấp: Ho, đau ngực (nặng), đau thắt ngực, khó thở, thở nhanh, thở khò khè.

  • Mắt, miệng, họng: Chảy nước mắt và đốt mắt, mù mắt, đau họng nặng, đau miệng, môi sức.
  • Tim mạch: Nhanh, mạch yếu, sốc.
  • Thần kinh: Lẫn lộn, đi lại khó khăn, chóng mặt, thiếu sự phối hợp, bồn chồn, ngẩn ngơ.
  • Da: Môi xanh lợt màu, bỏng nặng nếu tiếp xúc lâu.
  • Dạ dày và đường tiêu hóa: Đau dạ dày nghiệm trọng, nôn.

Tham khảo

  1. ^ a ă Đặng Thái Minh, “Dictionnaire vietnamien - français. Les mots vietnamiens d’origine française”, Synergies Pays riverains du Mékong, n° spécial, năm 2011. ISSN: 2107-6758. Trang 49.
  2. ^ “40 C.F.R.: Appendix A to Part 355—The List of Extremely Hazardous Substances and Their Threshold Planning Quantities” (PDF) . Government Printing Office. Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 25 tháng 2 năm 2012. Truy cập ngày 29 tháng 10 năm 2011. Chú thích journal cần |journal= (trợ giúp)
  3. ^ “Mineral Commodity Summaries 2020, p. 117 – Nitrogen” (PDF). USGS. 2020. Truy cập ngày 12 tháng 2 năm 2020.
  4. ^ “Nitrogen (fixed) - ammonia statistics”. USGS. 2017. Truy cập ngày 12 tháng 2 năm 2020.
  5. ^ R. Norris Shreve; Joseph Brink (1977). Chemical Process Industries (ấn bản 4). tr. 276. ISBN 978-0-07-057145-7. See also Gas carrier and Bottled gas.
  6. ^ “Ammonium hydroxide physical properties” (PDF). Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 27 tháng 11 năm 2007.
  7. ^ “Pliny the Elder, The Natural History, Book XXXI, Chapter 39. (7.) - The various kinds of salt; the methods of preparing it, and the remedies derived from it”.
  8. ^ Hoover, Herbert (1950). Georgius Agricola De Re Metallica - Translated from the first Latin edition of 1556. New York: Dover Publications. tr. 560. ISBN 978-0486600062.
  9. ^ a ă Chisholm 1911, tr. 861.
  10. ^ Kirschbaum, B; Sica, D; Anderson, F. P. (1999). “Urine electrolytes and the urine anion and osmolar gaps”. The Journal of Laboratory and Clinical Medicine. 133 (6): 597–604. doi:10.1016/S0022-2143(99)90190-7. ISSN 0022-2143. PMID 10360635.
  11. ^ Shannon, Francis Patrick (1938) Tables of the properties of aqua-ammonia solutions. Part 1 of The Thermodynamics of Absorption Refrigeration. Lehigh University studies. Science and technology series
  12. ^ An ammonia-water slurry may swirl below Pluto's icy surface. Purdue University (9 November 2015)
  13. ^ a ă Haynes, William M. biên tập (2013). CRC Handbook of Chemistry and Physics (ấn bản 94). CRC Press. tr. 9–26. ISBN 9781466571143.
  14. ^ Chisholm 1911, tr. 862.
  15. ^ Baker, H. B. (1894). “Influence of moisture on chemical change”. J. Chem. Soc. 65: 611–624. doi:10.1039/CT8946500611.
  1. Hóa học vô cơ, tập hai, Hoàng Nhâm, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam.
  2. Sách giáo khoa Hóa học 11 nâng cao, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam.

Liên kết ngoài

This page is based on a Wikipedia article written by contributors (read/edit). Text is available under the CC BY-SA 4.0 license; additional terms may apply. Images, videos and audio are available under their respective licenses. Cover photo is available under CC BY 2.0 license.