Аммиак (NH3) – соединение азота и водорода. Это лёгкий газ с резким запахом. Получение аммиака в промышленности и лабораториях необходимо для производства удобрений, полимеров, азотной кислоты и других веществ.
В промышленности
Аммиак промышленным путём получают из азота, соединяя его с водородом. Азот берут из воздуха, водород – из воды. Впервые метод разработал немецкий химик Фриц Габер. Промышленный способ получения аммиака стали называть процессом Габера.
Реакция проходит с уменьшением объёма и выделением энергии в виде тепла:
3H2 + N2 → 2NH3 + Q.
Реакция обратима, поэтому необходимо соблюсти несколько условий. При высоком давлении и низких температурах объём полученного аммиака увеличивается. Однако низкие температуры замедляют скорость реакции, а повышение температуры способствует увеличению скорости обратной реакции.
Опытным путём были найдены необходимые условия для проведения реакции:
- температура – 500°C;
- давление – 350 атм;
- катализатор – оксид железа Fe3O4 (магнетит) с примесями оксидов серебра, калия, кальция и других веществ.
При таких условиях получившийся газ содержит 30 % аммиака. Чтобы избежать обратной реакции, вещество быстро охлаждают. При низких температурах получившийся газ превращается в жидкость. Неизрасходованные газы – азот и водород – возвращаются обратно в колонну для синтеза. Такой способ помогает быстро получить большие объёмы аммиака, максимально используя сырьё.
Рис. 1. Получение аммиака промышленным путём.
Чтобы найти нужный катализатор, было испробовано 20 тысяч разных веществ.
В лаборатории
Для получения аммиака в лаборатории используется реакция щелочей на соли аммония:
NH4Cl + NaOH → NH3↑ + NaCl + H2O
Также аммиак лабораторным путём можно получить из хлорида аммония, нагретого вместе с гашёной известью, или разложением гидроксида аммония:
- 2NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2NH3 + 2H2O;
- NH4OH ↔ NH3↑ + H2O.
Рис. 2. Получение аммиака в лаборатории.
Полностью осушить аммиак можно с помощью смеси извести с едким натрием, через которую пропускают полученный газ. Для этой же цели жидкий аммиак смешивают с металлическим натрием и подвергают дистилляции.
Аммиак легче воздуха, поэтому для его сбора пробирку держат вверх дном.
Применение
Аммиак используется в разных отраслях:
- в сельском хозяйстве – для производства азотсодержащих удобрений;
- в промышленности – для производства полимеров, взрывчатых веществ, искусственного льда;
- в химии – для изготовления азотной кислоты, соды;
- в медицине – в качестве нашатырного спирта.
Рис. 3. Производство удобрений.
Что мы узнали?
Аммиак получают промышленным и лабораторным путём. Для получения в промышленных масштабах используется азот и водород. Смешиваясь под высокой температурой, давлением и под действием катализатора, простые вещества образуют аммиак. Чтобы реакция при высокой температуре не пошла в обратную сторону, газ охлаждают. В лаборатории аммиак получают при реакции солей аммония со щелочами, гашёной известью или путём разложения гидроксида аммония. Аммиак применяется в химической промышленности, сельском хозяйстве, медицине, химии.
Предыдущая
