氨
氨(Ammonia)或称氨氣、無水氨,曾音譯作𠼞、氬、阿摩尼亞,分子式为NH3)是无色气体,有强烈刺激气味(尿味),极易溶于水。常温常压下,1單位体积水可溶解7000萬倍体积的氨。氨對地球上的生物相當重要,是所有食物和肥料[1] 的重要成分。氨也是很多藥物和商業清潔用品直接或间接的組成部分,具有腐蝕性等危險性质。
由於氨有廣泛的用途,成為世界上產量最多的無機化合物之一,約八成用於製作化肥。2006年,氨的全球產量估計為1.465億吨,主要用於製造商業清潔產品。
目录
測試
氨水
氨水(NH3[aq] 或者 NH4OH)又稱為阿摩尼亞水,指氨的水溶液,有強烈刺鼻氣味,具弱鹼性。
氨水中,氨氣分子發生微弱水解生成氫氧根離子及銨根離子。「氫氧化銨」事實上並不存在,只是對氨水溶液中的離子的描述,並無法從溶液中分離出來。
氨的在水中的電離可以表示為:
- NH3*H2O = {NH4}^{+} + OH
反應平衡常數K_b=1.8 \times 10^{-5}。
1mol氨水的pH值為11.63,大約有0.42%的NH3變為NH4+。
用途
氨水可被土中的土壤膠體吸附和被作物吸收,無殘留物質,適用於各種土壤和作物。
氨的合成
1774年,化學家普利斯特里加熱氯化銨和氫氧化鈉的混合物,利用排汞取氣法取得氨。
第一次世界大戰以前,大部分的氨都是以乾餾含氮的蔬菜及動物的糞便(如駱駝糞),並以氫作為還原劑以把亞硝酸及亞硝酸鹽還原而製成。除此以外,氨也可以在煤的乾餾或用銨鹽与氫氧化物(如氫氧化鈣,即熟石灰)共热製得,所使用的銨鹽普遍為氯化銨。
- 2NH4Cl + 2CaO = CaCl2 + Ca(OH)2 + 2NH3
現今的工廠大多使用哈伯法: 在200大氣壓力和500℃的条件下,以氧化鐵或鐵粉為催化劑,加熱氮氣和氫氣制得。
- N2 + 3H2 <=> 2NH3
K_\mathrm{eq} = mathrm{\frac{[NH_3]^2}{[N_2][H_2]^3}
這個反應是可逆的。在25℃時平衡常數為6.4×102,在500℃時為1.5×10−5。
合成氨的原料氮氣來自於空氣(以液態空氣的分餾取得),氫氣來自於水和燃料。由於化石燃料短缺, 製氨用的氫理論上可以用水的電解 (現今4%的氫由電解製備)或熱化裂解(thermal chemical cracking)製得,但現在來說,這些方法都是不實際的。熱裂解所需的熱能可以從核能反應中取得,而風力發電、太陽能發電及水力發電產的的過剩電能可以用來電解水製氫。現在為止,以空氣及燃料製氨的方法以外的替代方案是不經濟的,而且這些方法對環保的作用仍未有定论。
反应
络合反应
NH3分子中氮原子有一对孤对电子,可以作为电子对给予体(路易斯碱)形成加合物。如氨在氢离子络合生成铵离子:
- NH3 + H+ = {NH4}^{+}
NH3亦可与金属离子如Ag+、Cu2+等发生錯合,生成錯合物:
- Ag+ + 2NH3 = [Ag(NH3)2]
- {Cu}^{2+} + 4NH3 = {[Cu(NH3)4]}^{2+}
氧化还原
NH3分子中氮为-3价,在适当条件下可被氧化为N2或更高价氮化合物。
如NH3在纯氧中燃烧,生成N2:
- 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O(ΔHºr = –1267.20 kJ/mol)
在铂催化下可氧化生成水与一氧化氮,是工业制硝酸的重要反应。
- 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
可还原CuO为Cu:
- 2NH3 + 3CuO = N2 + 3H2O + 3Cu
常温下NH3可与强氧化剂(如氯气、过氧化氢、高锰酸钾)直接反应:
- 2NH3 + 3Cl2 = N2 + 6HCl
酸鹼中和
氨是帶弱鹼性的,會和酸發生酸鹼中和反應。例:HNO3+NH3→NH4NO3
氨與強酸反應,生成的鹽大多為弱酸性。氨與弱酸(如乙酸)反應,鹽則為中性。
酸鹼中和是放熱反應。