氨
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==
氨 | |
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IUPAC名 | Ammonia |
別名 | 阿摩尼亞 |
識別 | |
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CAS號 | 7664-41-7 |
PubChem | 222 |
ChemSpider | 217 |
SMILES | |
InChI | |
RTECS | BO0875000 |
性質 | |
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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) |
pKb | 4.75 (與水反應) |
結構 | |
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分子構型 | 三角錐 |
偶極矩 | 1.42 D |
危險性 | |
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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 | 1 3 0 |
閃點 | 可燃 |
自燃溫度 | 651 °C |
相關物質 | |
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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) | |
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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。