Водородные соединения азота

С водородом азот образует два соединения: аммиак NH₃ и гидразин N₂H₄ (H₂N – NH₂). Наибольшее значение имеет аммиак.

      В лаборатории получают слабым нагреванием смеси хлорида аммония с гидроксидом натрия:

NH₄Cl + NaOH  = NaCl + NH₃ + H₂O

         Основным промышленным способом получения аммиака является синтез его из азота и водорода

N₂ + 3H₂  ↔ 2NH₃      ∆ Н⁰ = - 82,4

( Катализатор Pt; t = 450 - 500⁰С; Р = 250 атм)

         Равновесие обратимой реакции смещается вправо действием высокого давления ≈ 30МПа. 

NH₃ – бесцветный газ с резким характерным запахом, почти в 2 раза легче воздуха. Молекула NH₃ поляризована – общие электронные пары сдвинуты к азоту. Кроме того, у атома азота остается неподеленной пара электронов. Это дополнительно увеличивает полярность и обуславливает многие свойства аммиака. Жидкий аммиак, подобно воде, хороший растворитель ионных соединений. Молекулы в жидком аммиаке ассоциированы за счет образования водородных связей.

Расположение связей в аммиаке тетраэдрическое, причем неподеленная пара электронов атома азота занимают одну из вершин тетраэдра.

Аммиак – очень реакционно-способное вещество. Для него характерны реакции окисления и присоединения (благодаря неподеленной паре электронов). Наличие неподеленной пары определяет основные свойства аммиака, который может присоединять протон, образуя ион аммония NH₄⁺.

NH₃ очень хорошо растворим в воде, но максимальная концентрация ω(NH₃)= 25%. В растворе имеют место равновесия:

NH₃ + H₂O ↔ NH₃ • H₂O

NH₃ • H₂O ↔ NH₄OH

NH₄OH ↔ NH₄⁺ + OH^–

          Основная масса NH₃ в растворе находится в виде гидрата аммиака NH₃ · H₂O. Поэтому, хотя NH₄OH диссоциирует почти нацело, его условно считают слабым основанием. Поскольку азот в NH₃ имеет низкую степень окисления   –3, аммиак является восстановителем в ряде реакций.

         В кислороде аммиак горит без катализатора:

4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6 H₂O,

а в присутствии катализатора платины

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O

         При нейтрализации раствора аммиака кислотами образуются растворы солей аммония, содержащие ион NH₄⁺.

NH₃ + HCl = NH₄Cl

NH₃ + H₂SO₄ = (NH₄)₂SO₄

         В этих реакциях ион аммония подобен ионам одновалентных металлов.

При замещении в молекуле аммиака 3-х атомов водорода получаются нитриды, содержащую группу N^-3 , 2-х атомов водорода – имиды NН^-2 , одного атома водорода -  амиды NН₂^- .

2 NH₃ + 6Na = 2Na₃N +3H₂       нитрид натрия

NH₃ +2Na = Na₂HN + H₂         имид натрия

2 NH₃ +2Na = 2NaH₂N + 3H₂   амид натрия

NH₃  всегда - восстановитель, окисляется до N₂ или NO.

t

CuO + NH₃ → Cu +N₂ +H₂O

На этом свойстве основано применение NH₃ и его солей в процессе пайки металлов – снятие оксидной пленки с поверхности.

CuO + NH₄Cl = Cu +N₂ +HCl + H₂O

CuO + NH₄Cl = Cu + CuCl₂ +H₂O

Реагирует с более сильными окислителями

NH₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ → N₂ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Аммиак участвует в реакциях комплексообразования, где NH₃ является лигандом – донором электронов.

      CuSO₄  + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄]SO₄                

Hg(NO₂)₂ + 4NH₃ = [Hg(NH₃)₄](NO₃)₂            

Водные растворы NH₃ используют для получения гидроксидов металлов.

Fe₂(SO₄)₃ + NH₃ + H₂O = Fe(OH)₃↓ + (NH₄)₂SO₄

Соли аммония все растворимы в воде, разлагаются при температуре различным образом

(NH₄)₂Cr₂O₇ = Cr₂O₃ + N₂ + 4H₂O

NH₄NO₂ = N₂ + 2H₂O

NH₄NO₃ = NO  + 2H₂O

NH₄Cl = NH₃ + HCl