Свойства аммиака: плотность, теплоемкость, теплопроводность NН3
Свойства аммиака NН3 (газ) при атмосферном давлении
Аммиак (NН3) – токсичное горючее газообразное вещество, обладающее свойством образовывать при контакте с воздухом взрывоопасную смесь.
При нормальном давлении и комнатной температуре существует в виде газа. Для использования в производстве и при транспортировании аммиак (нитрид водорода) сжижают.
Технический аммиак используется как основное сырьё при производстве большого количества веществ, содержащих азот и используемых в разных отраслях промышленности: минеральных удобрений, азотной и синильной кислот, в общем органическом синтезе и т.д.
В таблице даны следующие свойства аммиака:
По данным таблицы видно, что свойства аммиака существенно зависят от температуры. Так, с ростом температуры уменьшается плотность аммиака, и число Прандтля; остальные характеристики этого газа увеличивают свои значения.
Плотность аммиака при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении существенно ниже плотности воздуха при этих условиях.
Свойства аммиака (сухой насыщенный пар)
В таблице указаны следующие свойства пара аммиака:
Свойства жидкого аммиака в состоянии насыщения
В таблице приведены следующие свойства жидкого аммиака:
Плотность аммиака в жидком состоянии менее зависима от температуры, чем плотность его пара. Только динамическая вязкость существенно снижается при росте температуры жидкого аммиака.
Теплопроводность аммиака в жидком и газообразном состояниях
В таблице приведены значения теплопроводности аммиака в жидком и газообразном состояниях в зависимости от температуры и давления. Теплопроводность аммиака (размерность Вт/(м·град)) указана в диапазоне температуры от 27 до 327 °С и давления от 1 до 1000 атмосфер.
Теплопроводность газообразного аммиака увеличивается при нагревании. Увеличение давления приводит к росту значения теплопроводности, как для жидкого, так и для газообразного аммиака.
В следующей таблице приведена теплопроводность аммиака при низких температурах и атмосферном давлении.
Теплопроводность жидкого аммиака на линии насыщения в зависимости от температуры приведена в таблице ниже. Следует отметить, что теплопроводность жидкого аммиака при нагревании уменьшается.
Урок №30. Аммиак. Физические и химические свойства. Получение и применение
Аммиак – NH3
Строение молекулы
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. 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 NH 3 в воде чрезвычайно велика — около 1200 объёмов (при 0°C) или 700 объёмов (при 20°C) в объёме воды.
Получение аммиака
В лаборатории
Для получения аммиака в лаборатории используют действие сильных щелочей на соли аммония:
NH 4 Cl + NaOH = NH 3 ↑ + NaCl + H 2 O
(NH 4 ) 2 SO 4 + Ca(OH) 2 = 2NH 3 ↑ + CaSO 4 + 2H 2 O
1. С водой образуетсяаммиачная вода (нашатырный спирт), обладающий основными свойствами – фенолфталеин в таком растворе окрашивается в малиновый цвет, а красная лакмусовая бумага – в синий:
2NH 3 +H 2 SO 4 = (NH 4 ) 2 SO 4 – сульфат аммония
Применение аммиака
Медики используют водные растворы аммиака (нашатырный спирт) в повседневной практике: ватка, смоченная в нашатырном спирте, выводит человека из обморочного состояния. Для человека аммиак в такой дозе не опасен.
Физико-химические свойства аммиака и аммиачной воды
Аммиак не имеет цвета и обладает характерным запахом.
Температура воспламенения аммиака на воздухе составляет 651 °С. Он образует с воздухом взрывоопасные смеси в интервале при объемных концентрациях 15-28 %, с увеличением температуры пределы взрываемости расширяются, и при 100 °С они составляют 14,5-29,5 %. Максимальное давление при взрыве аммиачно-воздушной смеси в 7 раз превышает начальное.
Качественное и своевременное обслуживание кондиционеров LG.
В присутствии пара с концентрацией выше 11 % аммиачно-воздушные смеси взрывобезопасны.
Физические свойства аммиака
Молярный объем (при 0 °С, 101,3 кПа), л/моль
Плотность (газ, 0 °С, 101,3 кПа), кг/м 3
Критическое давление, МПа
Критическая температура, °С
Температура плавления (при 101,3 кПа), °С
Температура кипения (при 101,3 кПа), °С
Теплота испарения (при 101,3 кПа), кДж/кг
Скорость звука в жидком NH3, м/с
Диэлектрическая константа (при 25 ° C )
Зависимость давления газообразного аммиака от температуры
Аммиак взаимодействует с медью, цинком, кадмием и их сплавами, особенно в присутствии воды; растворяет обычную резину.
Аммиачная вода
Растворимость аммиака в воде при давлении 101,3 кПа приведена ниже:
Если следовать формальной логике построения истории веществ и элементов, то за точку отсчета нужно брать опыт великого английского химика XVIII в. Дж. Пристли, который первым получил чистый аммиак, нагревая нашатырь NH3Cl с гашеной известью Са(ОН)2. Выделявшийся «щелочной воздух» Пристли собирал над ртутью. Спустя 11 лет, в 1784 г., знаменитый К. Бертолле установил элементный состав этого газа, который в 1787 г. получил официальное название «аммониак». Это название сохраняется и ныне в большинстве западно-европейских языков (нем. Ammoniak, англ, ammonia, фр. ammoniaque); сокращенное название «аммиак», которым мы пользуемся, ввел в обиход русский химик Я. Д. Захаров в 1801 г.
К началу прошлого века аммиачную воду получали уже в значительных количествах в качестве побочного продукта при производстве осветительного газа из каменного угля. Однако для промышленности получаемого таким способом аммиака явно нехватало, поэтому были разработаны чисто химические методы его синтеза, например из цианамида кальция:
или из цианида натрия:
Как видим, в первых промышленных процессах аммиак, подобно ацетилену, получался при непосредственном участии воды. Эти методы долгое время считались перспективными, поскольку исходные вещества получали из доступного сырья.
В 1901 г. французский химик Ле Шателье взял патент на способ получения аммиака из азота и водорода в присутствии катализатора. Однако до промышленного использования этого процесса было еще далеко: лишь в 1913 г. заработала первая промышленная установка, созданная немецкими химиками Ф. Габером и К. Бошем. Впоследствии оба они (хотя и с интервалом в 13 лет) были удостоены Нобелевской премии по химии.
ГАЗООБРАЗНЫЙ АММИАК И ЕГО ВОДНЫЕ РАСТВОРЫ
Аммиак химически довольно активен; в чистом кислороде он сгорает бледно-желтым пламенем, превращаясь в основном в азот и воду. В присутствии катализаторов при окислении аммиака образуются оксиды азота. Если в смесь аммиака с воздухом ввести свечу, то она продолжает гореть, пламя даже увеличивается.
Известно, что вода обладает аномально высокими (для гидридов элементов VI группы) температурами плавления и кипения.
Среди прочих газов аммиак выделяется огромной растворимостью в воде: при нормальных условиях миллилитр воды способен поглотить больше литра аммиака! Поэтому водные растворы аммиака обладают уникальным среди всех щелочей свойством: их плотность снижается с увеличением концентрации раствора (от 0,99 г/см 3 для 1 %-ного раствора до 0,89 г/см 3 для 30 %-ного). В то же время «выгнать» аммиак из водного раствора довольно легко. При одном условии: над раствором не должно быть избыточного давления самого же аммиака. Поэтому даже разбавленные растворы имеют отчетливый резкий запах «нашатырного спирта», а при хранении в неплотно закупоренной посуде достаточно быстро «выдыхаются». Полностью удалить аммиак из воды можно даже непродолжительным кипячением.
АММИАК В КОМПЛЕКСАХ
Рассказывая об аммиаке, нельзя не упомянуть о его роли в комплексных соединениях, которых известно огромное множество. В отличие от классических амино-соединений R-NH2 в этих комплексах с азотом всегда связаны три атома водорода, и в их названии удваивается «м» (аммино-комплексы или аммиакаты).
НЕОБЫЧНЫЕ СВОЙСТВА ЖИДКОГО АММИАКА
В то же время многие реакции с участием солей идут в жидком аммиаке совсем не так, как в воде. Прежде всего, потому, что разные соли по-разному растворяются в аммиаке и в воде (см. таблицу):
Из этих данных следует, например, что в жидком аммиаке ничего не стоит провести некоторые обменные реакции, немыслимые в водных растворах:
Много ли металла может растворить жидкий аммиак? Это зависит в основном от температуры. При температуре кипения моль аммиака способен растворить примерно 0,15 моль щелочного металла. С ростом температуры растворимость быстро увеличивается и становится бесконечно большой при температуре плавления металла (для цезия это происходит уже при 28°С). Аммиак из таких растворов испаряется слабо, так как давление его насыщенных паров над раствором при увеличении концентрации металла стремится к нулю. Общепринятой теории, которая объясняла бы все особенности поведения растворов металлов в жидком аммиаке, пока нет. Экспериментаторы же обнаруживают все новые факты. Оказалось, например, что сопротивление замороженного раствора натрия в жидком аммиаке крайне мало. Растворы металлов в аммиаке использовали для получения сверхпроводящих систем. Не удивительно поэтому, что и в наши дни растворами металлов в аммиаке с большим интересом занимаются как химики, так и физики. И те и другие находят в аммиаке и его растворах предмет для размышлений и приложения рук.
Что вы знаете и чего не знаете об аммиаке
АММИАК В АТМОСФЕРЕ
Однако и сейчас ничтожные количества этого газа всегда можно обнаружить в воздухе, поскольку аммиак непрерывно образуется при разложении белков. На некоторых планетах Солнечной системы ситуация иная: астрономы считают, что значительная часть масс Юпитера и Сатурна приходится на твердый аммиак.
Уголь состоит главным образом, конечно, из углерода, но и другие элементы, в том числе водород и азот, в нем тоже есть. Они взаимодействуют в процессах пиролиза. Поэтому и получали когда-то аммиак из угля. Не много по нынешним меркам. В прошлом веке на газовых заводах при нагревании без доступа воздуха тонны хорошего каменного угля получали до 700 кг кокса и около 200 кг (300 тысяч литров) газообразных продуктов пиролиза. Их охлаждали и пропускали через воду. При этом получали примерно 50 кг дегтя и 40 кг аммиачной воды. Оставшийся светильный газ состоял в основном из окиси углерода (8%), водорода (45%) и метана (35%) с небольшими примесями других углеводородов, азота и углекислого газа.
КАК СДЕЛАТЬ «РЕЗИНОВОЕ» ДЕРЕВО
1. Аммиак Химическая энциклопедия, Т. 1. стр. 149-151
Аммиак представляет собой бинарное неорганическое химическое соединение азота и водорода
Аммиак (Ammonia, нитрид водорода) — химическое соединение азота и водорода с формулой NH3, при нормальных условиях — бесцветный газ с резким характерным запахом.
Плотность аммиака почти в 2 раза меньше, чем у воздуха, ПДКр.з. 20 мг/м 3 — IV класс опасности (малоопасные вещества) по ГОСТ 12.1.007. Растворимость NH3 в воде чрезвычайно велика — около 1200 объемов (при 0°C) или 700 объемов (при 20°C) в объеме воды. В холодильной технике носит название R717, где R — Refrigerant (хладагент), 7 — тип хладагента (неорганическое соединение), 17 — молекулярная масса.
Аммиак относится к числу важнейших продуктов химической промышленности, ежегодное его мировое производство превышает 180 млн т.
Молекула аммиака имеет форму треугольной пирамиды с атомом азота в вершине. 3 неспаренных p-электрона атома азота участвуют в образовании полярных ковалентных связей с 1s-электронами 3 х атомов водорода (связи N − H), 4 я пара внешних электронов является неподеленной, она может образовать ковалентную связь по донорно-акцепторному механизму с ионом водорода, образуя ион аммония NH4+. Несвязывающее 2х-электронное облако строго ориентировано в пространстве, поэтому молекула аммиака обладает высокой полярностью, что приводит к его хорошей растворимости в воде.
Подобно воде, жидкий аммиак сильно ассоциирован, главным образом за счет образования водородных связей. Жидкий аммиак — хороший растворитель для очень большого числа органических, а также для многих неорганических соединений. Твердый аммиак — кубические кристаллы.
