Азот и аммиак

Азот составляет 78 % воздуха по объёму, но связать его в соединения трудно: в молекуле \(\ce{N2}\) атомы соединены прочной тройной связью. Поэтому азот как простое вещество малоактивен, а соединения азота, наоборот, очень разнообразны — степени окисления от −3 (аммиак) до +5 (азотная кислота).

Азот

При обычных условиях азот реагирует только с литием. При нагревании соединяется с магнием, кальцием, алюминием (нитриды гидролизуются водой до аммиака), с водородом — на катализаторе под давлением, с кислородом — только в электрическом разряде или при очень высокой температуре:

\[ \ce{6Li + N2 -> 2Li3N}; \qquad \ce{3Mg + N2 ->[t^\circ] Mg3N2}; \qquad \ce{N2 + 3H2 <=>[Fe, t^\circ, p] 2NH3}; \qquad \ce{N2 + O2 <=> 2NO} \]

В лаборатории азот получают разложением нитрита аммония или окислением аммиака: \(\ce{NH4NO2 ->[t^\circ] N2 ^ + 2H2O}\), \(\ce{NH4Cl + NaNO2 ->[t^\circ] N2 ^ + NaCl + 2H2O}\), \(\ce{2NH3 + 3CuO ->[t^\circ] N2 + 3Cu + 3H2O}\); в промышленности — перегонкой жидкого воздуха.

Аммиак

Аммиак \(\ce{NH3}\) — бесцветный газ с резким запахом, легче воздуха, очень хорошо растворяется в воде (около 700 объёмов в одном объёме воды). Молекула имеет форму пирамиды с неподелённой парой у атома азота. Отсюда два главных свойства аммиака.

Основные свойства. За счёт неподелённой пары аммиак присоединяет протон: с водой даёт слабое основание, с кислотами — соли аммония:

\[ \ce{NH3 + H2O <=> NH4+ + OH-}; \qquad \ce{NH3 + HCl -> NH4Cl}; \qquad \ce{2NH3 + H2SO4 -> (NH4)2SO4} \]

С ионами меди, цинка, серебра аммиак образует комплексы (аммиакаты).

Восстановительные свойства. Азот (−3) окисляется: при горении — до азота, при каталитическом окислении на платине — до \(\ce{NO}\) (первая стадия получения азотной кислоты); оксид меди(II), хлор и бром окисляют аммиак до азота:

\[ \ce{4NH3 + 3O2 -> 2N2 + 6H2O}; \qquad \ce{4NH3 + 5O2 ->[Pt, t^\circ] 4NO + 6H2O}; \qquad \ce{2NH3 + 3CuO ->[t^\circ] N2 + 3Cu + 3H2O} \]

С щелочными металлами аммиак реагирует как кислота: \(\ce{2NH3 + 2Na ->[t^\circ] 2NaNH2 + H2}\).

Получение аммиака и соли аммония

В промышленности аммиак синтезируют из азота и водорода (раздел «Производство аммиака»), в лаборатории — нагреванием соли аммония со щёлочью: \(\ce{2NH4Cl + Ca(OH)2 ->[t^\circ] CaCl2 + 2NH3 ^ + 2H2O}\). Это же — качественная реакция на ион аммония: выделяется газ с резким запахом, синящий влажную лакмусовую бумажку.

Соли аммония растворимы, гидролизуются (кислая среда) и при нагревании разлагаются: \(\ce{NH4Cl <=>[t^\circ] NH3 + HCl}\), \(\ce{NH4NO3 ->[t^\circ] N2O + 2H2O}\), \(\ce{(NH4)2CO3 ->[t^\circ] 2NH3 + CO2 + H2O}\).