氨氣、液態氨氣



氨(英語:Ammonia,或稱氨氣、阿摩尼亞或無水氨,分子式為NH3)是一種無色氣體,有強烈的刺激氣味。極易溶於水,常溫常壓下1體積水可溶解700倍體積氨。氨對地球上的生物相當重要,它是所有食物和肥料的重要成分。氨也是很多藥物和商業清潔用品直接或間接的組成部分。氨有很廣泛的用途,同時它還具有腐蝕性等危險性質。


由於氨有廣泛的用途,它成為世界上產量最多的無機化合物之一,多於八成被用於製作化肥。2006年,氨的全球產量估計為1.465億公噸,主要用於製造商業清潔產品。


氨可以提供孤對電子,所以它也是一種路易斯鹼。


氨水


氨在英文中有時會被稱作anhydrous ammonia(譯為無水氨),以和在英文中與它名稱類似的氨水區別。中文中很少有人會把氨氣和氨水混為一談。


氫氧化銨或稱氨水是氨的水溶液,氨的水溶液為鹼性:


NH₃ H₂O ⇌ NH₃•H₂O⇌NH

4 OH⁻

其性質和氨氣完全不一樣。實驗室的稀氨水一的濃度一般為1M至2M。氨的飽和水溶液(大約18M)的密度是0.880g cm⁻³,故可稱之為.880 Ammonia。



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與氫氧化物(如氫氧化鈣,即熟石灰)共熱製得,所使用的銨鹽普遍為氯化銨。

2 NH₄Cl 2 CaO → CaCl₂ Ca(OH)₂ 2 NH₃


現今的工廠大多使用哈伯法: 在200大氣壓力和500℃的條件下,以氧化鐵為催化劑,加熱氮氣和氫氣製得。

N₂(g) 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)


這個反應是可逆的。在25℃時平衡常數為6.4 x 10²,在500℃時為1.5 x 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論。



用途


  • • 由於氨擁有強烈的刺激性氣味,在醫療方面,會用少量易於揮發的氨作為使人清醒的吸入劑。
  • • 生產硝酸
  • • 玻璃清潔劑
  • • 有八成的氨生產氮肥
  • • 航空燃料(X-15)
  • • 氨是最廣泛用的製冷劑之一,可用於空調、冷藏和低溫,能用於各種形式的製冷壓縮機,蒸發溫度可控制在5度至零下65度


反應


絡合反應


NH3分子中氮原子有一對孤對電子,可以作為電子對給予體(路易斯鹼)形成加合物。如氨在氫離子絡合生成銨離子:


NH₃ H⁺ → NH₄⁺


NH3亦可與金屬離子如Ag 、Cu2 等發生絡合,生成絡合物:


Ag⁺ 2NH₃ → [Ag(NH₃)₂]⁺

Cu²⁺ 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄]²⁺



氧化還原


NH₃分子中氮為-3價,在適當條件下可被氧化為N₂或更高價氮化合物。如NH₃在純氧中燃燒,生成N₂:


4 NH₃ 3O₂ → 2N₂ 6H₂O (g)(ΔHºr = –1267.20 kJ/mol)


在鉑催化下可氧化生成水與一氧化氮,是工業制硝酸的重要反應。

4 NH₃ 5O₂ → 4NO 6H₂O


可還原CuO為Cu:

2NH₃ 3CuO → N₂ 3H₂O 3Cu


常溫下NH₃可與強氧化劑(如氯氣、過氧化氫、高錳酸鉀)直接反應:

2NH₃ 3Cl₂ → N₂ 6HCl



取代反應


NH3中的氫原子可以依次被取代,生成氨的衍生物如Ag2NH、Li3N:


金屬鈉可與液氨反應,生成鈉離子和氨合電子,在鐵(III)離子催化下可生成氨基鈉:

2NH₃ 2Na ——Fe³⁺—→ 2NaNH₂ H₂== 燃燒==



IUPAC名Ammonia
別名阿摩尼亞
識別
CAS號7664-41-7
PubChem222
ChemSpider217
SMILES
InChI
RTECSBO0875000
性質
化學式NH₃
摩爾質量17.0306 g•mol⁻¹
外觀具有非常刺鼻的氣味的無色氣體
密度0.6942
熔點-77.73 °C (195.42 K)
沸點-33.34 °C (239.81 K)
溶解性(水)1:700 (0℃,100Pa)
pKb4.75 (與水反應)
結構
分子構型三角錐
偶極矩1.42 D
危險性
警示術語R:R23-R34-R50
安全術語S:S1/2-S9-S16-S26-S36/37/39-S45-S61
主要危害具腐蝕性
NFPA 704

inf00005_20210712_153620_6BUT.png

1

3

0

閃點可燃
自燃溫度651 °C
相關物質
其他陰離子氫氧化銨 (NH₄OH)
其他陽離子銨 (NH₄⁺)
相關氫化物磷化氫、砷化氫、銻化氫、鉍化氫
相關化學品肼、疊氮酸、鹽酸羥胺、氯胺
附加數據頁(英文)
結構和屬性折射率、介電常數等
熱力學數據相變數據、固、液、氣性質
光譜數據UV-Vis、IR、NMR、MS等

若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。