Аммиак. Свойства аммиака
Аммиак является газообразным веществом с резким неприятным запахом. Какими свойствами он обладает, и с какими веществами вступает в реакции?
Строение молекулы
Электронная формула аммиака выглядит следующим образом:
Рис. 1. Электронная формула аммиака.
Из четырех электронных пар при атоме азота – три общие и одна неподеленная. В образовании молекулы NH 3 участвуют три неспаренных p-электрона атома азота, электронные орбитали которых взаимно перпендикулярны, и 1s-электроны трех атомов водорода. Молекула имеет форму правильной пирамиды: в углах треугольника находятся атомы водорода, а в вершине пирамиды – атом азота. Угол между связями H-N-H равен 107,78 градусов.
Физические свойства
Аммиак – газ не имеющий цвета с характерным резким запахом. Температура кипения аммиака – -33,4 градуса по Цельсию, плавления – -77,8 градусов.
Аммиак хорошо растворяется в воде (при 20 градусах в 1 объеме воды растворяется до 700 объемов аммиака). Концентрированный раствор имеет плотность аммиака 0,91 г/см3.
Раствор аммиака в воде называется аммиачной водой или нашатырным спиртом. При кипячении растворенный аммиак улетучивается из раствора.
Рис. 2. Нашатырный спирт.
Несколько хуже аммиак растворим в органических растворителях (спирт, ацетон, хлороформ, бензол). Аммиак хорошо растворяет многие азотосодержащие вещества.
Жидкий аммиак имеет большую теплоту испарения (при -50 градусах 145 кДж/кг, при 0 градусах 1260 кДж/кг, при 50 градусах 1056 кДж/кг).
Молярная масса и молекулярная масса аммиака равна 17
Химические свойства
В химическом отношении аммиак довольно активен. реакции, в которых участвует аммиак, сопровождаются либо изменением степени окисления азота, либо образованием особого вида ковалентной связи. Большая растворимость химического вещества в воде обусловлена образованием водородных связей между их молекулами.
Аммиак способен реагировать со следующими веществами:
- при взаимодействии с кислотами аммиак нейтрализует их, образуя при этом соли аммония:
NH 3 +HCl=NH 4 Cl
- при взаимодействии с галогенами аммиак обычно окисляется до свободного азота:
8NH 3 +3Br 2 =N 2 +6NH 4 Br
- в смеси с кислородом аммиак горит зеленовато-желтым пламенем:
4NH 3 +3O 2 =6H 2 O+2N 2
- при нагревании аммиак восстанавливает оксид меди (II), а сам окисляется до свободного азота:
3CuO+2NH 3 =3Cu+N 2 +3H 2 O
– с помощью данной реакции можно получить кислород в лабораторных условиях.
Получение и применение
В лаборатории аммиак получают, нагревая хлоридом амония NH 4 Cl с гашеной известью Ca(OH) 2:
2NH 4 Cl+Ca(OH) 2 =CaCl+2NH 3 +2H 2 O
– выделяющийся аммиак содержит пары воды.
В промышленности аммиак получают из азота и водорода. Реакция синтеза аммиака протекает с выделением тепла и уменьшением объема:
N 2 +3H 2 =2NH 3
Температура, необходимая для проведения синтеза аммиака, достигается путем предварительного подогрева азото-водородной смеси и за счет выделения реакционного тепла. Катализатором синтеза аммиака является губчатое железо, активированное некоторыми металлами. Сероводород, кислород, оксид и диоксид углерода, пары и другие смеси, содержащиеся в азото-водородной смеси, резко понижают активность катализатора. Синтез ведут при при температуре 500-550 градусов и давлении от 15 до 100 МПа.
Схема установки синтеза аммиака выглядит так:
Рис. 3. Схема производства аммиака.
Большая часть синтезируемого в промышленности аммиака используется для получения азотной кислоты и других азотосодержащих веществ. На легком сжижении и последующем испарении с поглощением теплоты основано его применение в холодильных установках.
Водные растворы аммиака применяются в химических лабораториях и производствах в качестве слабого легколетучего основания. Также водные растворы используют в медицине и быту.
Что мы узнали?
Изучение аммиака входит в обязательный школьный курс химии. Аммиак – химическое соединение, в состав которого входит азот и водород. Газ является бесцветным веществом с ярко выраженным запахом и вступает в реакции с кислотами, водой, галогенами, кислородом и другими сложными и простыми веществами.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.7 . Всего получено оценок: 121.
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}O}}}
- Галогены (хлор, йод) образуют с аммиаком опасные взрывчатые вещества - галогениды азота (хлористый азот, иодистый азот).
- С галогеноалканами аммиак вступает в реакцию нуклеофильного присоединения, образуя замещённый ион аммония (способ получения аминов):
- С карбоновыми кислотами , их ангидридами , галогенангидридами, эфирами и другими производными даёт амиды. С альдегидами и кетонами - основания Шиффа , которые возможно восстановить до соответствующих аминов (восстановительное аминирование).
История
Аммиак был впервые выделен в чистом виде Дж. Пристли в 1774 году , который назвал его «щелочной воздух» (англ. alkaline air ) . Через одиннадцать лет, в 1785 году К. Бертолле установил точный химический состав аммиака . С того времени в мире начались исследования по получению аммиака из азота и водорода . Аммиак был очень нужен для синтеза соединений азота, поскольку получение их из чилийской селитры ограничивалось постепенным истощением запасов последней. Проблема уменьшения запасов селитры обострилась к концу XIX века. Только в начале XX века удалось изобрести процесс синтеза аммиака, пригодный для промышленности. Это осуществил Ф. Габер , начавший трудиться над этой задачей в 1904 году и к 1909 году создавший небольшой контактный аппарат, в котором использовал повышенное давление (в соответствии с принципом Ле-Шателье) и катализатор из осмия . 2 июля 1909 года Габер устроил испытания аппарата в присутствии К. Боша и А. Митташа , оба - от Баденского анилинового и содового завода (BASF), и получил аммиак. К. Бош к 1911 году создал крупномасштабную версию аппарата для BASF, а затем был построен и 9 сентября 1913 года вступил в строй первый в мире завод по синтезу аммиака, который был расположен в Оппау (ныне район в черте города Людвигсхафен-на-Рейне) и принадлежал BASF. В 1918 году Ф. Габер стал лауреатом Нобелевской премии по химии «за синтез аммиака из составляющих его элементов». В России и СССР первая партия синтетического аммиака была получена в 1928 году на Чернореченском химическом комбинате .
Происхождение названия
Аммиак (в европейских языках его название звучит как «аммониак») своим названием обязан оазису Аммона в Северной Африке , расположенному на перекрёстке караванных путей. В жарком климате мочевина (NH 2) 2 CO, 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 NH 4 Cl, который при нагревании испаряет аммиак.
Жидкий аммиак
Жидкий аммиак, хотя и в незначительной степени, диссоциирует на ионы (автопротолиз), в чём проявляется его сходство с водой :
2 N H 3 → N H 4 + + N H 2 − {\displaystyle {\mathsf {2NH_{3}\rightarrow NH_{4}^{+}+NH_{2}^{-}}}}Константа самоионизации жидкого аммиака при −50 °C составляет примерно 10 −33 (моль/л)².
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}}}}Получающиеся в результате реакции с аммиаком амиды металлов содержат отрицательный ион NH 2 − , который также образуется при самоионизации аммиака. Таким образом, амиды металлов являются аналогами гидроксидов. Скорость реакции возрастает при переходе от Li к Cs. Реакция значительно ускоряется в присутствии даже небольших примесей H 2 O.
Металлоаммиачные растворы обладают металлической электропроводностью, в них происходит распад атомов металла на положительные ионы и сольватированные электроны, окруженные молекулами NH 3 . Металлоаммиачные растворы, в которых содержатся свободные электроны, являются сильнейшими восстановителями.
Комплексообразование
Благодаря своим электронодонорным свойствам молекулы NH 3 могут входить в качестве лиганда в комплексные соединения. Так, введение избытка аммиака в растворы солей d-металлов приводит к образованию их аминокомплексов:
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}}}} N i (N O 3) 3 + 6 N H 3 → [ N i (N H 3) 6 ] (N O 3) 3 {\displaystyle {\mathsf {Ni(NO_{3})_{3}+6NH_{3}\rightarrow (NO_{3})_{3}}}}Комплексообразование обычно сопровождается изменением окраски раствора. Так, в первой реакции голубой цвет (CuSO 4) переходит в темно-синий (окраска комплекса), а во второй реакции окраска изменяется из зелёной (Ni (NO 3) 2) в сине-фиолетовую. Наиболее прочные комплексы с NH 3 образуют хром и кобальт в степени окисления +3.
Биологическая роль
Аммиак является важным источником азота для живых организмов. Несмотря на высокое содержание свободного азота в атмосфере (более 75 %), очень мало живых существ способны использовать свободный, нейтральный двухатомный азот атмосферы, газ N 2 . Поэтому для включения азота атмосферы в биологический оборот, в частности в синтез аминокислот и нуклеотидов , необходим процесс, который называется «фиксацией азота ». Некоторые растения зависят от доступности аммиака и других нитрогенных остатков, выделяющихся в почву разлагающимися органическими остатками других растений и животных. Некоторые другие, такие, как азотфиксирующие бобовые, используют преимущества симбиоза с азотфиксирующими бактериями (ризобиями), которые способны образовывать аммиак из атмосферного азота .
У некоторых организмов аммиак образуется из атмосферного азота с помощью ферментов, называемых нитрогеназами. Этот процесс называется фиксацией азота . И хотя маловероятно, что когда-либо будут изобретены биомиметические методы, способные конкурировать по производительности с химическими методами производства аммиака из азота, тем не менее, учёные прилагают большие усилия к тому, чтобы как можно лучше понять механизмы биологической фиксации азота. Научный интерес к этой проблеме отчасти мотивируется необычной структурой активного каталитического центра азотфиксирующего фермента (нитрогеназы), которая содержит необычный биметаллический молекулярный ансамбль Fe 7 MoS 9 .
Аммиак является также конечным побочным продуктом метаболизма аминокислот, а именно продуктом их дезаминирования, катализируемого такими ферментами, как глутамат-дегидрогеназа. Экскреция аммиака в неизменённом виде является обычным путём детоксикации аммиака у водных существ (рыбы, водные беспозвоночные, отчасти амфибии). У млекопитающих, включая человека, аммиак обычно быстро превращается в мочевину , которая гораздо менее токсична и, в частности, имеет менее щелочную реакцию и меньшую реакционную способность в качестве восстановителя. Мочевина является основным компонентом сухого остатка мочи. Большинство птиц, пресмыкающихся, насекомых, паукообразных, однако, выделяют в качестве основного нитрогенного остатка не мочевину, а мочевую кислоту.
Аммиак также играет важную роль как в нормальной, так и в патологической физиологии животных. Аммиак производится в процессе нормального метаболизма аминокислот, однако весьма токсичен в высоких концентрациях . Печень животных преобразует аммиак в мочевину с помощью серии последовательных реакций, известных как цикл мочевины. Нарушение функции печени, такое, например, какое наблюдается при циррозе печени , может приводить к нарушению способности печени обезвреживать аммиак и образовывать из него мочевину, и, как следствие, к повышению уровня аммиака в крови, состоянию, называемому гипераммониемия. К аналогичному результату - повышению уровня свободного аммиака в крови и развитию гипераммониемии - приводит наличие врождённых генетических дефектов в ферментах цикла мочевины, таких, например, как орнитин-карбамилтрансфераза. К тому же результату может приводить нарушение выделительной функции почек при тяжёлой почечной недостаточности и уремии: вследствие задержки выделения мочевины её уровень в крови возрастает настолько, что «цикл мочевины» начинает работать «в обратную сторону» - избыток мочевины гидролизуется обратно почками в аммиак и углекислый газ, и, как следствие, уровень аммиака в крови возрастает. Гипераммониемия привносит свой вклад в нарушения сознания и развитие сопорозных и коматозных состояний при печёночной энцефалопатии и уремии, а также в развитие неврологических нарушений, часто наблюдаемых у больных с врождёнными дефектами ферментов цикла мочевины или с органическими ацидуриями .
Менее выраженная, однако клинически существенная, гипераммониемия может наблюдаться при любых процессах, при которых наблюдается повышенный катаболизм белков, например, при обширных ожогах , синдроме сдавления или размозжения тканей, обширных гнойно-некротических процессах, гангрене конечностей, сепсисе и т. д., а также при некоторых эндокринных нарушениях, таких, как сахарный диабет , тяжёлый тиреотоксикоз . Особенно высока вероятность возникновения гипераммониемии при этих патологических состояниях в тех случаях, когда патологическое состояние, помимо повышенного катаболизма белков, вызывает также выраженное нарушение детоксицирующей функции печени или выделительной функции почек.
Аммиак важен для поддержания нормального кислотно-щелочного баланса крови. После образования аммиака из глютамина , альфа-кетоглутарат может быть далее расщеплён с образованием двух молекул гидрокарбоната , которые затем могут использоваться как буфер для нейтрализации кислот, поступающих с пищей. Полученный из глютамина аммиак затем выделяется с мочой (как непосредственно, так и в виде мочевины), что, с учётом образования двух молекул бикарбоната из кетоглутарата, приводит в сумме к потере кислот и сдвигу pH крови в щелочную сторону. Кроме того, аммиак может диффундировать через почечные канальцы, соединяться с ионом водорода и экскретироваться совместно с ним (NH 3 + H + => NH 4 +), и тем самым ещё больше способствовать выведению кислот из организма .
Аммиак и ионы аммония являются токсическим побочным продуктом метаболизма у животных. У рыб и водных беспозвоночных аммиак выделяется непосредственно в воду. У млекопитающих (включая водных млекопитающих), земноводных и у акул аммиак в цикле мочевины преобразуется в мочевину, поскольку мочевина гораздо менее токсична, менее химически реакционноспособна и может более эффективно «храниться» в организме до момента возможности её выделения. У птиц и пресмыкающихся (рептилий) аммиак, образовавшийся в процессе метаболизма, преобразуется в мочевую кислоту, которая является твёрдым остатком и может быть выделена с минимальными потерями воды .
Физиологическое действие
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 .
Применение
Аммиак относится к числу важнейших продуктов химической промышленности, ежегодное его мировое производство достигает 150 млн тонн. В основном используется для производства азотных удобрений (нитрат и сульфат аммония, мочевина), взрывчатых веществ и полимеров , азотной кислоты, соды (по аммиачному методу) и других продуктов химической промышленности. Жидкий аммиак используют в качестве растворителя .
| 100 ат | 300 ат | 1000 ат | 1500 ат | 2000 ат | 3500 ат | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 400 °C | 25,12 | 47,00 | 79,82 | 88,54 | 93,07 | 97,73 |
| 450 °C | 16,43 | 35,82 | 69,69 | 84,07 | 89,83 | 97,18 |
| 500 °C | 10,61 | 26,44 | 57,47 | Нет данных | ||
| 550 °C | 6,82 | 19,13 | 41,16 | |||
Применение катализатора (пористое железо с примесями Al 2 O 3 и K 2 O) позволило ускорить достижение равновесного состояния. Интересно, что при поиске катализатора на эту роль пробовали более 20 тысяч различных веществ.
Учитывая все вышеприведённые факторы, процесс получения аммиака проводят при следующих условиях: температура 500 °C, давление 350 атмосфер, катализатор . Выход аммиака при таких условиях составляет около 30 %. В промышленных условиях использован принцип циркуляции - аммиак удаляют охлаждением, а непрореагировавшие азот и водород возвращают в колонну синтеза. Это оказывается более экономичным, чем достижение более высокого выхода реакции за счёт повышения давления.
Для получения аммиака в лаборатории используют действие сильных щелочей на соли аммония:
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}}}Обычно лабораторным способом аммиак получают слабым нагреванием смеси хлорида аммония с гашеной известью.
2 N H 4 C l + 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}\uparrow +2H_{2}O}}}Для осушения аммиака его пропускают через смесь извести с едким натром.
Очень сухой аммиак можно получить, растворяя в нём металлический натрий и впоследствии перегоняя . Это лучше делать в системе, изготовленной из металла под вакуумом . Система должна выдерживать высокое давление (при комнатной температуре давление насыщенных паров аммиака около 10 атмосфер) . В промышленности аммиак осушают в абсорбционных колоннах .
Расходные нормы на тонну аммиака
На производство одной тонны аммиака в России расходуется в среднем 1200 нм³ природного газа, в Европе - 900 нм³ .
Белорусский «Гродно Азот» расходует 1200 нм³ природного газа на тонну аммиака, после модернизации ожидается снижение расхода до 876 нм³ .
Украинские производители потребляют от 750 нм³ до 1170 нм³ природного газа на тонну аммиака.
По технологии UHDE заявляется потребление 6,7 - 7,4 Гкал энергоресурсов на тонну аммиака .
Аммиак в медицине
При укусах насекомых аммиак применяют наружно в виде примочек. 10 % водный раствор аммиака известен как
И азота, имеющее структурную (электронную) формулу NH3. Этот газ не имеет цвета, отличается чрезвычайно едким, специфическим запахом. Вещество является важнейшим продуктом химического производства, каждый год количество вырабатываемого нитрида водорода достигает 180 млн тонн.
Характеристика и физические свойства газа
Многие путают аммиак и нашатырный спирт, но эти вещества имеют качественное отличие в изначальном состоянии. Первый - это бесцветный газ, переходящий в жидкость при температуре ниже -33 °C, второй - это раствор. Они также различаются и сферой применения. Аммиак чаще используют в промышленности, нашатырный спирт - в медицине и быту.
Связь молекул нитрида водорода содержит треугольную пирамиду, вершиной которой является атом азота. Благодаря своей специфической структуре и высокой полярности аммиак быстро растворяется в воде. Его плотность равняется 0.7723 г/см³. Этот газ более лёгкий, чем воздух. Молярная масса аммиака составляет 17 г/моль, у второго - 29 г/моль.
Вещество легко трансформируется в бесцветную жидкость, которая сильно преломляет солнечные лучи. В больших дозах вещество очень токсично , но при малых оказывает возбуждающее и раздражающее воздействие.
Есть множество сфер, где используется аммиак.
- Газ применяется как удобрение, из него формируют азотную кислоту и соду. Обработанные бутоны начинают ярко благоухать. Пары аммиака изменяют оттенки самих цветов.
- Используется как основа для образования спирта (раствор аммиака), который применяется в, косметологии, а также в качестве удобрения.
- При наружном использовании вещество улучшает восстановление клеток и расширяет сосуды. Оно снижает напряжение мышечных волокон и убирает спазмы, подавляя очаги нервного возбуждения. Небольшие дозы стимулируют достаточную секрецию желёз.
- Аммиак используется в качестве хладагента (вещества, отнимающего тепло) в промышленных или бытовых организациях.
- Этот бесцветный газ эффективен при строительстве, изготовлении взрывчатки.
Своё название вещество получило от оазиса Аммона, который находится в Северной Африке. Аммиак является продуктом разложения мочевины
, которая очень быстро отдаёт составные компоненты в жаркой среде. По другой версии, происхождение термина можно совместить с ритуалом древних египтян в честь бога Амона, в котором нужно было нюхать нашатырь.
Наблюдает сильный прирост в потребности этого вещества. Сегодня он на 30 млн тонн выше, чем 30 лет назад. На лидирующие позиции по добыче аммиака вышла Россия.
Транспортировка производится при помощи специальных цистерн, которые изготавливаются из надёжного сплава, так как аммиак способен расщеплять множество металлов. Перевозчикам необходимо отрегулировать температуру и давление в ёмкости. Поэтому при покупке этого газа приходится задумываться о приобретении специализированного прицепа.
Влияние вещества на организм
Аммиак оказывает очень сильное воздействие на человеческий организм. Некоторые люди смутно представляют, какой опасности могут подвергнуться, если станут применять вещество бездумно. Этот бесцветный газ относят к 4 разряду экологической опасности. Предельно допустимая концентрация (ПДК) в атмосфере колеблется в границах 20 мг/м3.
При скоплениях, не превышающих нормы ПДК в 20 мг/м³, человек не ощущает резкого запаха аммиака в атмосфере. При 37 мг/м³ обоняние фиксирует пары ядовитого токсина. Если запах газа ощущается, значит, допустимая норма превышена .
- Аммиак оказывает тяжёлый удушающий и нейротропный (поражающий нервные клетки) эффект. Ингаляционное отравление приводит к глобальному отеку лёгких и дисфункции многих систем.
- Токсичность газа негативно сказывается на коже, слизистых и дыхании. Человек, находящийся в зоне поражения, испытывает першение в горле, сильный приступ кашля, максимальную затруднённость дыхания, а также боль в глазах и слезотечение. При предельных концентрациях возможен отёк лёгких.
- Отравление аммиачными парами вызывает глухоту , рвоту, тяжёлые головные боли и сильное головокружение. Могут наблюдаться отклонения в поведении, маниакальное возбуждение и бред. Эти симптому имеют особенность повторяться через некоторое время, если не провести соответствующей терапии. Особо важно не допускать превышения максимума этого токсина в помещениях.
Продолжительное действие вещества на организм влечёт некробиотические (омертвение клеток) или воспалительные процессы. Нашатырный спирт обладает качествами токсина, его неправильное применение провоцирует остановку дыхания . Перед использованием следует внимательно прочесть инструкцию или пройти консультацию со специалистом. При попадании вещества на слизистую или роговицу глаза поражённые участки промывают достаточным количеством воды.
Получение аммиака и его производных
В промышленности вещество добывают во время реакции взаимодействия между водородом (H) и азотом (N2). Процесс получения (синтеза) разработал немецкий физик по фамилии Габер. Эта реакция стимулирует выделение тепла
и снижение количества объёма.
Чтобы достичь лучших результатов, необходимо извлекать аммиак при достаточно низких температурах и предельном давлении. Для получения этого газа в лабораториях применяют воздействие тяжёлых щелочей на соли аммония. При сгорании учитывается его высокая термическая сопротивляемость, поэтому при реакции поддерживают достаточное количество кислорода.
- Равновесное состояние достигается при помощи катализатора Fe с примесями оксидами алюминия и калия. Выход газа при температуре 500 °C и давлении 350 атм. Составляет 30%.
- Собирание вещества производится методом вытеснения воздуха из колбы, укреплённой дном кверху.
- Каталитическое окисление аммиака приводит к образованию оксида азота (NO) и воды (H2O). Такая реакция призвана сократить потери энергии при получении вещества.
- NH3 степень окисления атомов азота равняется 3. Эта вспомогательная величина облегчает учёт переноса электронов.
- Чтобы получить азоимид (H3N), бесцветную и взрывоопасную кислоту, используют воздействие NaN3 на NaNH2. Вещество чрезвычайно токсично и сходно с цианидами.
- В промышленности используют азотистую кислоту, имеющую формулу HNO3. Она применяется в производстве удобрений, красителей, лекарств, а также в военном деле.
- При горении, реакции с кислородом (O2), аммиак образует азот и обыкновенную воду, температура его кипения составляет - 33,4 °С.
- При взаимодействии оксида меди (CuO) и аммиака начинается выделение металла, азота и воды.
- Диссоциация аммиачного раствора происходит при нагревании до 600 - 650 °C. В процессе обязательно участвует специфический катализатор. Чтобы рассчитать константу диссоциации, используют химическое уравнение.
Вещество повседневно используется в химической промышленности и медицине. Оно относится к 4-му классу опасности, поэтому требует соблюдения максимальных мер предосторожности при работе с ним.
– средняя выводящая из строя концентрация (ICt50) обеспечивает вывод из строя 50% пораженных;
– средняя пороговая концентрация (PCt50) – вызывает начальные симптомы поражения у 50% пораженных (г·мин/м3);
– средняя смертельная доза (LDt50) при введении в желудок – приводит к гибели 50% пораженыых при однократном введении в желудок (мг/кг).
Для оценки степени токсичности АХОВ кожно-резорбтивного действия используют значения средней смертельной токсодозы (LDt50), и средней пороговой токсодозы (PDt50). Единицы измерения – г/чел., мг/чел., мл/кг.
Средняя смертельная доза при однократном нанесении на кожу приводит к гибели 50% пораженных .
Физико-химические свойства аммиака
При оценке потенциальной опасности химических веществ необходимо принимать во внимание не только токсические, но и физико-химические свойства, характеризующие их поведение в атмосфере, на местности и в воде. В частности, важнейшим физическим параметром, определяющим характер поведения токсичных веществ ингаляционного действия при выбросах (проливах), является максимальная концентрация его паров в воздухе. В промышленной токсикологии используют показатель, учитывающий одновременно токсические свойства и летучесть веществ – коэффициент возможности ингаляционного отравления (КВИО) . Этот коэффициент равен отношению максимально возможной концентрации паров вещества при 200С к его смертельной концентрации (Таблица П. 4.1)
По некоторым своим свойствам (точка кипения -33 °С, критическая температура -132 °С) аммиак похож на хлор. Так же как и хлор, аммиак удобно хранить в сжиженном виде. Зависимости давление паров – температура и доля мгновенно испаряющейся жидкости в адиабатическом приближении температура для аммиака и для хлора весьма близки. Однако аммиак в основном перевозится в виде охлажденной жидкости (в рефрижераторах). Отметим, что в США существуют трубопроводы, по которым аммиак транспортируется через всю страну .
Промышленное значение аммиака и области его применения
По объемам производства аммиак занимает одно из первых мест. Ежегодно во всем мире получают около 100 миллионов тонн этого соединения. Аммиак используется для производства азотной кислоты (HNO3), которая идет на производство удобрений и множества других продуктов; азотсодержащих солей [(NH4)2SO4, NH4NO3, NaNO3, Ca(NO3)2], мочевины, синильной кислоты .
Аммиак используется также при получении соды по аммиачному способу, в органическом синтезе, для приготовления водных растворов (нашатырный спирт), находящих разнообразное применение в химической промышленности и в медицине. Жидкий аммиак, а также его водные растворы применяют в качестве жидких удобрений. Аммиак представляет собой хороший растворитель для значительного класса соединений, содержащих азот. Большие количества аммиака идут на аммонизацию суперфосфата.
Испарение аммиака происходит с поглощением значительно количества тепла из окружающей среды. Поэтому аммиак применяют также в качестве дешевого хладагента в промышленных холодильных установках. При этом жидкий аммиак должен соответствовать требованиям, предъявляемым ГОСТ 6221 – 90 «Аммиак жидкий технический». В качестве хладагента используется жидкий технический аммиак марки А. При этом содержание воды не должно превышать 0,1%.
Аммиак используется также для получения синтетических волокон, например, нейлона и капрона. В легкой промышленности он используется при очистке и крашении хлопка, шерсти и шелка. В нефтехимической промышленности аммиак используют для нейтрализации кислотных отходов, а в производстве природного каучука аммиак помогает сохранить латекс в процессе его перевозки от плантации до завода. В сталелитейной промышленности аммиак используют для азотирования – насыщения поверхностных слоев стали азотом, что значительно увеличивает ее твердость .
Общие правила устройства и безопасной эксплуатации аммиачных холодильных установок
Общие понятия о холодильных установках
Холодильная система – совокупность содержащих хладагент и сообщающихся между собой частей, образующих один закрытый холодильный контур для циркуляции хладагента с целью подвода и отвода тепла.
Холодильная установка – агрегаты, узлы и другие составные части холодильной системы и вся аппаратура, необходимая для их функционирования.
Абсорбционная (или адсорбционная) холодильная система – система, в которой выработка холода осуществляется в результате испарения хладагента; абсорбер (адсорбер) поглощает пары хладагента, которые впоследствии выделяются из него при нагреве с повышением парциального давления и затем под этим давлением конденсируются при охлаждении.
Холодильный агент (хладагент) – используемая в холодильной системе рабочая среда, которая поглощает теплоту при низких значениях температуры и давления и выделяет теплоту при более высоких значениях температуры и давления. Этот процесс сопровождается изменением агрегатного состояния рабочей среды.
Хладоноситель – любая жидкость, используемая для передачи тепла без изменения ее агрегатного состояния .
Требования к аппаратурному оформлению холодильных установок
1) В холодильной установке должны быть предусмотрены аппараты, предотвращающие попадание капель жидкого аммиака во всасывающую полость компрессоров.
2) Блок испарителя для охлаждения хладоносителя должен включать в себя устройство для отделения капель жидкости из парожидкостной аммиачной смеси и возврата отделенной жидкости в испаритель.
3) Для отделения жидкой фазы из перемещаемой парожидкостной смеси в холодильных системах с непосредственным охлаждением, на каждую температуру кипения предусматриваются циркуляционные (или защитные) ресиверы, совмещающие функции отделителя жидкости. Допускается предусматривать для этих целей отдельные отделители жидкости, соединенные трубопроводами с циркуляционными (защитными) ресиверами, не совмещающими функции отделителя жидкости.
4) Геометрический объем циркуляционных ресиверов со стояком, совмещающих функции отделителя жидкости, для каждой температуры кипения в насосных схемах с нижней и верхней подачей аммиака в охлаждающие устройства следует рассчитывать по формулам, приведенным в .
5) Для аварийного (ремонтного) освобождения от жидкого аммиака охлаждающих устройств, аппаратов, сосудов и блоков, а также для удаления конденсата при оттаивании охлаждающих устройств горячими парами, необходимо предусматривать дренажный ресивер, рассчитанный на прием аммиака из наиболее аммиакоемкого аппарата, сосуда или блока.
6) Геометрический объем дренажного ресивера следует принимать из условия заполнения его не более чем на 80%.
7) Геометрический объем линейных ресиверов холодильных установок следует принимать не более 30% суммарного геометрического объема охлаждающих устройств помещений, аммиачной части технологических аппаратов и испарителей.
8) Для холодильных машин с дозированной зарядкой аммиака линейный ресивер не предусматривается.
АММИАК (NH 3) - химическое соединение азота с водородом, бесцветный газ с характерным острым запахом, раздражающим слизистые оболочки. Встречается в небольших количествах в воздухе, речной и морской воде, почве, особенно в тех местах, где происходит разложение органических азотсодержащих веществ (см. Гниение).
Аммиак впервые получил английский ученый Д. Пристли(1774)при действии гашеной извести на хлористый аммоний. В 1787 году для Аммиака было предложено название «аммониак», которое сохранилось за ним в различных странах. В России в 1801 году химик Я. Д. Захаров заменил это название более коротким «аммиак».
В лабораторных условиях Аммиак получают вытеснением его из аммиака аммиачных солей растворами сильных щелочей при нагревании:
2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 → 2NH 3 + CaCl 2 + 2H 2 O.
В технике Аммиак получают синтетически по методу, разработанному немецким химиком Габером (F. Haber). Синтез Аммиака проводится следующим образом: смесь азота с водородом сжимается с помощью компрессора до 200-220 атм и под таким давлением пропускается через контактный аппарат, содержащий катализатор (железо с добавкой окисей алюминия и калия). После прохождения над катализатором газы, содержащие около 10% а, поступают в охладитель, а затем в ряде аппаратов Аммиак поглощается водой.
При наличии дешевой электроэнергии, необходимой для создания высокой температуры, аммиак синтезируют по цианамидному методу, основанному на взаимодействии атмосферного азота и карбида кальция. При высокой температуре оба вещества реагируют друг с другом с образованием кальций-цианамида, который при действии перегретого водяного пара и давлении 6 атм легко распадается с образованием аммиака.
Плотность Аммиака при t° 0° и давлении 760 мм ртутного столба (1 атм) равна 0,589. Масса 1 л - 0,771 г. При давлении 7 атм и комнатной температуре Аммиак находится в жидком состоянии. При давлении в 1 атм при охлаждении до t° - 40° сжижается. При охлаждении до t° - 75° кристаллизуется. Аммиак хорошо адсорбируется активированным углем. Хорошо растворим в воде. В одном объеме воды при комнатной температуре растворяется 750 объемов аммиака. В насыщенном водном растворе содержится 33% аммиака. Раствор Аммиака в воде называется «нашатырным спиртом». С водой аммиак образует очень непрочное соединение - гидрат окиси аммония (NH 4 OH), представляющее собой слабое основание.
Из водного раствора Аммиака легко выделяется, особенно при нагревании; горит в кислороде с образованием воды и азота:
4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O;
в присутствии катализаторов окисляется до окиси азота.
Раствор Аммиака в воде имеет слабощелочную реакцию, так как в нем содержатся гидроксильные ионы (ОН -). Последние возникают благодаря тому, что некоторая часть молекул аммиака соединяется с водородными ионами воды: NH 3 + НОН = NH +4 + OH - . Часть гидроксильных ионов связывается с ионами аммония, образуя гидрат окиси аммония NH +4 + OH - = NH 4 OH. Отсюда следует, что раствор аммиака содержит одновременно молекулы аммиака, ионы NH +4 и ОН - . Однако главная масса растворенного аммиака находится в виде молекул.
Жидкий аммиак при испарении поглощает большое количество тепла (327 кал на 1 г), благодаря чему его применяли в холодильном деле. Особенно велико значение аммиака как источника получения азотной кислоты и ее солей. Синтез Аммиака с использованием атмосферного азота, количество которого практически неисчерпаемо, позволяет пополнять запасы азотистых веществ в почве и делать ее более плодородной. Для использования в качестве удобрений из аммиака в больших количествах готовят сульфат аммония и азотнокислый аммоний.
В фармацевтической практике применяют нашатырный спирт различной крепости. Официнальный раствор должен содержать 10% Аммиака Этот раствор получают путем разбавления водой товарного 25% раствора аммиака.
Аммиак занимает центральное место в азотистом обмене растений. Через корневую систему аммиачные соли поступают в растения в очень незначительных количествах, так как содержание их в почве невелико. Аммиак в почве подвергается окислению в результате жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий, и образующиеся при этом соли азотистой и азотной кислот используются после предварительного образования из них аммиака для синтеза аминокислот (а из них белков) и иных азотсодержащих веществ (см. Азотистый обмен).
Аммиак образуется также в организме человека и животных. Источником его образования являются входящие в состав животных тканей аминокислоты, а также адениловая кислота. Однако содержание аммиака в тканях, крови и цереброспинальной жидкости очень незначительно (0,01-0,1 мг%). Объясняется это тем, что в тканях организма образующийся аммиак устраняется путем синтеза амидов (см.). Устранение Аммиака (в организме животных синтезируется преимущественно глутамин) является общебиологическим процессом, происходящим в микроорганизмах, растениях и организме животных. Конечным продуктом обезвреживания и устранения аммиака в организме человека является мочевина (см.).
Аммиак образуется при сокращении мышц, возбуждении нервной ткани. Образующийся при работе мышц Аммиак частично устраняется, частично же поступает в кровь. Аммиак поступает также в кровь из кишечника. Выделяется он из организма человека и животных с мочой в виде аммиачных солей (главным образом сульфата аммония). При ацидозах выделение Аммиака с мочой резко увеличивается. Главным источником аммиака мочи является глутамин, доставляемый к почкам кровью, где он дезамидируется под влиянием глутаминазы.
Количественное определение Аммиака производится по реакции нейтрализации кислоты: 2NH 3 + H 2 SO 4 → (NH 4)2SO 4 . Неиспользованную кислоту титруют раствором щелочи в присутствии индикатора - метилового оранжевого. Аммиак количественно определяют и по цветной реакции с реактивом Несслера (щелочной раствор меркурийодида калия K 2 Hg 2 I 4). Для определения Аммиака в воздухе определенный объем его протягивают с помощью аспиратора через поглотительные склянки с 10 н. раствором серной кислоты, а затем определяют титрометрически или колориметрически.
Применение аммиака в медицине
Раздражающее действие аммиака и его солей используется в мед. практике. Рефлексы, возникающие при раздражении слизистых оболочек верхних дыхательных путей, способствуют возбуждению дыхательного центра, особенно при его угнетении (удушение, отравление и так далее). Вдыхание Аммиака вызывает учащение дыхания и повышение артериального давления; при действии больших концентраций, наоборот, происходит остановка дыхания и замедление пульса. Кроме того, при продолжительном действии высоких концентраций аммиака на месте применения его могут возникать воспалительные и некробиотические изменения в тканях. Аммиак обладает также дезинфицирующим действием.
Из препаратов аммиака наибольшее терапевтическое применение имеет нашатырный спирт (Solutio Ammonii caustici, Liquor Ammonii caustici, Ammonium causticum solutum, NH 4 OH) - 10% водный раствор Аммиака Прозрачная бесцветная жидкость с резким запахом аммиака. Смешивается с водой и спиртом в любых соотношениях. Нашатырный спирт вызывает раздражение рецепторов слизистых оболочек и рефлекторно возбуждает дыхательный и сосуд одвигательный центры. С этим свойством связано его применение при обморочных состояниях или отравлении алкоголем (ингаляция или прием внутрь по 5-10 капель в 100 мл воды). Действие на дыхательный центр непродолжительно, и для длительной стимуляции дыхания необходимо применение аналептиков. В хирургической практике нашатырный спирт применяют как дезинфицирующее средство для мытья рук (25 мл на 5 л теплой воды - способ Кочергина-Спасокукоцкого).
При хронических артритах и невралгиях в качестве отвлекающего средства применяют аммиачный линимент (Linimentum ammoniatum, линимент летучий, Linimentum volatile) - однородная густоватая жидкость желтовато-белого цвета с запахом аммиака. Получают взбалтыванием смеси подсолнечного масла (74 части) и олеиновой кислоты (1 часть) с раствором аммиака (25 частей).
Раствор аммиака при приеме внутрь оказывает отхаркивающий эффект (см. Нашатырно-анисовые капли).
Растворы Аммиака применяют для нейтрализации кислых токсинов при укусах насекомых, змей и каракурта (примочки или впрыскивания в место укуса). Имеются данные об использовании слабых растворов аммиака (0,1-0,2%) в качестве противовоспалительного средства при панарициях, фурункулах, абсцессах и тому подобное.
Профессиональные вредности
Отравления аммиака в условиях производства чаще острые и возникают лишь при аварийных случаях; хронические отравления возможны, но встречаются реже.
Порог рефлекторного действия для человека - 25 мг/м 3 . Ощущение раздражения наблюдается при 100 мг/м 3 . Работа затруднена при 140-210 мг/м 3 , невозможна - при 350 мг/м 3 и выше.
При острых отравлениях появляется насморк, першение и боль в горле, слюнотечение, осиплость голоса, гиперемия слизистых оболочек верхних дыхательных путей и глаз.
При тяжелых отравлениях присоединяется чувство стеснения и боли в груди, сильный приступообразный кашель, удушье, головная боль, боль в желудке, рвота, задержка мочи. Наступает резкое расстройство дыхания и кровообращения. Возможен ожог слизистой оболочки верхних дыхательных путей и развитие явлений воспаления легких, реже токсический отек легких. Возникает сильное возбуждение. Причиной гибели в ряде случаев является воспаление бронхов и легких. При непосредственном попадании на кожу или слизистую оболочку глаз возможен химический ожог. Последствиями перенесенного острого отравления могут быть помутнение роговицы и потеря зрения, хриплость голоса, иногда полная его потеря, хронический бронхит, активизация туберкулезного процесса.
Хрон. отравления могут развиться при постоянном воздействии невысоких концентраций Аммиака Концентрация аммиака 40 мг/м 3 является порогом хронического действия (круглосуточное воздействие). В моче отравленных животных значительно повышается содержание аммиака. При вскрытии у животных, подвергшихся отравлению, наблюдается гнойное воспаление трахеи и бронхов, воспаление легких и плеврит; патологические изменения со стороны паренхиматозных органов, по-видимому, связаны с реакцией на ожог.
Аммиак в организме быстро обезвреживается, и потому его кумулятивное действие незначительно или даже мало вероятно. При хроническом отравлении у людей наблюдается потеря обоняния, конъюнктивит, хронический катар слизистых оболочек носа, верхних дыхательных путей и бронхов.
Первая помощь: при попадании в глаза брызг аммиачных растворов следует немедленно промыть глаза проточной водой. Затем применяют вазелиновое или оливковое масло, новокаин с адреналином, сульфацил - натрий (альбуцид - натрий). При попадании на кожу брызг немедленно смыть сильной струей воды. При поражении кожи газообразным аммиаком - примочки 5% раствора уксусной или лимонной кислоты. При отравлении - свежий воздух, ингаляция подкисленного теплого пара, 10% ментол в хлороформе, легкие наркотики (кодеин, дионин - 0,01 г), кислород, тепло.
При спазме голосовой щели - местное тепло, ингаляция, атропин, по показаниям трахеотомия. Сердечные средства по показаниям. При остановке дыхания - искусственное дыхание. Лечение и профилактика отека легких (см.).
Профилактика сводится к герметизации аппаратуры и коммуникаций. При работе на опасных участках следует применять фильтрующий промышленный противогаз марки К (зеленая коробка) и систематически контролировать концентрацию Аммиака в воздухе производственных помещений.
ПДК в атмосфере производственных помещений - 20 мг/м 3 .
Аммиак в судебно-медицинском отношении
Аммиак может вызывать отравление в газообразном состоянии или при приемах внутрь в виде водных растворов. Клиническая картина при отравлении аммиаком (per os) сходна с той, которая наблюдается при отравлении едкими веществами, однако имеются особенности: характерен запах рвотных масс, насморк, слезотечение, сильный кашель; наблюдается парез нижних конечностей. При судебно-медицинском исследовании обращают внимание на ярко-красный цвет слизистой оболочки рта, глотки, пищевода и желудка, иногда принимающий более темную окраску. В легких наблюдается очаговая пневмония, в почках - явления острого нефрита.
При вскрытии трупа ощущается запах Аммиака, сохраняющийся в течение нескольких дней. Для судебно-химического качественного обнаружения аммиака используется способность его паров окрашивать в синий цвет красную лакмусовую бумажку и бумажку, смоченную раствором сульфата меди. Для исключения Аммиака, образующегося при гниении биол. объектов, параллельно проводится испытание с бумажкой, пропитанной раствором ацетата свинца. При этом возникает почернение в присутствии сероводорода, сопутствующего Аммиака при гниении. При посинении двух первых бумажек и потемнении третьей установление наличия поступившего в организм Аммиака химическим методом уже невозможно.
Количественное определение Аммиака при исследовании трупного материала, как правило, не может быть произведено.
Библиография
Закусов В. В. Фармакология, с. 186, М., 1966; Козлов Н. Б. Аммиак, его обмен и роль в патологии, М., 1971; Машковский М. Д. Лекарственные средства, ч. 1, с. 393, М., 1972; Реми Г. Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, с. 587, М., 1972; Goodman L. S. a. Gilman A. Pharmacological basis of therapeutics, N. Y., 1970.
Профессиональные вредности
Алпатов И. М. Изучение токсичности газообразного аммиака, Гиг. труда и проф. заболев., № 2, с. 14, 1964; Алпатов И. М. и Михайлов В. И. Исследование токсичности газообразного аммиака, там же, № 12, с. 51, 1963; Вольфовская Р. Н. и Давыдова Г. Н. Клинические наблюдения над острыми отравлениями аммиаком, Сб. науч. работ Ленингр. ин-та гиг. труда, с. 155, 1945; Вредные вещества в промышленности, под ред. Н. В. Лазарева, ч. 2, с. 120, Л., 1971, библиогр.; Михайлов В. И. и др. Влияние малых концентраций аммиака на некоторые биохимические и физиологические показатели у человека, Гиг. труда и проф.заболев., № 10, с. 53, 1969, библиогр.
Д. Л. Фердман; В. К. Лепахин (фарм.), Е. Н. Марченко (проф.), М. Д. Швайкова (суд.).
