7.5. Амоніак та його сполуки

Амоніак NH₃ — газ, що легко зріджується (т. кип. —33,4 °C, т. пл. —77,7 °C) і добре розчинний у воді. Він безбарвний, має різкий запах, який часто відчувається біля скотних дворів і гноєсховищ, де він утворюється під час розкладу органічних речовин. Розчин амоніаку у воді, званий розчином амоній гідроксиду (іноді амоніачною водою), містить молекулярні частинки NH₃, NH₄OH (амоній гідроксид), іони NH₄⁺ і OH^-. Амоній гідроксид — слабка основа, що лише частково дисоціює на іони NH₄⁺ та гідроксид-іони OH^-

NH₃  + H₂O ⇔ NH₄OH ⇔ NH₄⁺ + OH^-

Іон амонію має конфігурацію правильного тетраедра. Іон NH₄⁺ можна описати як іон, що має чотири електрони на чотирьох тетраедричних sp³-орбіталях. У молекулі амоній гідроксиду іон амонію та гідроксид-іон утримуються водневим зв'язком (підрозд. 9.6).

У лабораторних умовах амоніак легко можна одержати нагріванням амонійної солі, наприклад амоній хлориду NH₄Cl, із сильною основою, наприклад із натрій гідроксидом або кальцій гідроксидом

2NH₄Cl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2H₂O + 2NH₃ (г.)

Газоподібний амоніак можна одержати також нагріванням концентрованого амоній гідроксиду.

Основний промисловий метод виробництва амоніаку — процес Габера — полягає в безпосередньому сполученні азоту й водню під високим тиском (кілька сотень атмосфер) у присутності каталізатора (звичайно заліза, що містить молібден або інші речовини, які підвищують його каталітичну активність). Використовувані гази мають бути ретельно очищені, щоб запобігти «отруєнню» каталізатора. Вихід амоніаку за умов рівноважного перебігу процесу (розд. 10) за високих температур менший, ніж за низької температури. Проте за низьких температур ці гази взаємодіють дуже повільно, і тому цю реакцію можна використати в промисловому процесі лише за умови, якщо підібрати каталізатор, що задовільно прискорює процес за 500 °C. Навіть за цієї відносно низької температури рівновага виявляється несприятливою, якщо газова суміш перебуває під низьким тиском: за 1 атм в амоніак перетворюється менше ніж 0,1% вихідної суміші. Збільшення загального тиску сприяє утворенню амоніаку; за 500 атм рівноважна суміш більш ніж на одну третину складається з амоніаку.

Невеликі кількості амоніаку утворюються як побічний продукт під час виробництва коксу й світильного газу сухою перегонкою вугілля, а також у ціанамідному виробництві. Під час одержання ціанаміду суміш вапна й коксу нагрівають в електричній печі, внаслідок чого утворюється кальцій ацетиленід (карбід) CaC₂

CaO + 3C → CO + CaC₂

Азот, одержаний фракціонуванням рідкого повітря, пропускають над нагрітим кальцій карбідом, внаслідок чого утворюється кальцій ціанамід CaCN₂

CaC₂ + N₂ → CaCN₂ + C

Кальцій ціанамід можна застосовувати безпосередньо як добриво або ж використовувати для виробництва амоніаку обробкою парою під тиском

CaCN₂ + 3H₂O → CaCO₃ + 2NH₃

За кристалічною формою, молярним об'ємом, кольором та іншими властивостями амонійні солі подібні до солей калію й рубідію. Така подібність пояснюється тим, що розмір іона амонію (радіус 148 пм) дуже близький до розмірів іонів згаданих лужних металів (радіус K⁺=133 пм, радіус Rb⁺=148 пм). Усі амонійні солі розчинні у воді й повністю дисоціюють у водному розчині.

Амоній хлорид NH₄Cl — біла сіль із гіркувато-солоним смаком. Його використовують у сухих батареях і як флюс під час паяння та зварювання. Амоній сульфат (NH₄)₂SO₄ є ефективним добривом, а амоній нітрат NH₄NO₃ у суміші з іншими речовинами використовують під час виготовлення вибухових речовин і як добриво.

Рідкий амоніак (т. кип. —33,4 °C) має високу діелектричну проникність і є добрим розчинником для солей, що утворюють іонні розчини. Він має також незвичайну здатність розчиняти лужні й лужноземельні метали без хімічної реакції; при цьому утворюються блакитні розчини, що мають виключно високу електропровідність і металічний блиск. Ці розчини металів повільно розкладаються з виділенням водню й утворенням амідів, подібних до натрій аміду NaNH₂, що утворюється за рівнянням

2Na + 2NH₃ → 2Na⁺ + 2NH₂^- + H₂

У розчині аміди дисоціюють на іон натрію й амід-іон, 

аналогічний гідроксид-іону у водних системах. Іон амонію в рідкому амоніаку аналогічний іону гідроксонію у водних системах (див. розд. 9 і 12).