Применение

Основная масса производимого аммиака используется для получения азотной кислоты и азотистых удобрений – жидкого аммиака и его водных растворов, нитрата аммония, сульфата аммония и др. Водный раствор аммиака – важный реактив для проведения различных реакций. Жидкий аммиак как растворитель широко применяется для проведения различных синтезов.

Соли аммония

Соли аммония – это кристаллические вещества белого цвета. Образуют ионную кристаллическую решетку.

Соли аммония в водных растворах подвергаются гидролизу по катиону:

поэтому растворы солей сильных кислот имеют кислый характер среды.

Соли аммония термически неустойчивы. Природа продуктов термического разложения солей аммония определяется природой аниона:

1. Соли летучих кислот. Аммонийные соли летучих кислот при нагревании разлагаются с выделением газообразных продуктов, одним из которых является аммиак:

2. Соли нелетучих кислот. Аммонийные соли нелетучих кислот (сульфаты, фосфаты, силикаты и др.) при нагревании разлагаются с выделением аммиака и образованием кислоты:

3. Соли, в которых анион является сильным окислителем. При нагревании происходит окислительно-восстановительная реакция (реакция внутримолекулярного окисления и восстановления):

Соединения азота со степенью окисления –2

Формула гидразина N₂H₄ – степень окисления атома азота –2. Это соединение можно рассматривать как продукт замещения одного из атомов водорода NH₃ на аминогруппу NH₂, поэтому его также называют диамидом. Молекула N₂H₄ состоит из двух групп NH₂, повернутых друг относительно друга. Молекула гидразина полярна ( Кл  м).

Получение гидразина

В промышленности гидразин получают:

1. окислением аммиака в водном растворе гипохлоритом натрия (метод Рашига):

Реакция протекает в две стадии:

(хлорамин)

Для увеличения выхода гидразина к реакционной смеси добавляют желатинообразное вещество (клей, желатин). Желатин связывает ионы Cu²⁺, потому что даже при очень малых концентрациях ионы Cu²⁺ препятствуют образованию желатина. Также желатин играет роль катализатора при протекании второй стадии получения гидразина.

2. окислением карбамида гипохлоритом натрия:

В промышленных масштабах выход гидразина составляет около 70%. Перспективным является метод Байера, который позволяет увеличить выход продукта до 90%. Отличие от метода Рашига заключается в том, что в систему вводят ацетон, который связывает гидразин в органическое вещество (гидразон), выводя его из реакции. Использование ацетона позволяет заменить гипохлорит на пероксид водорода:

Часто получают и используют не безводный гидразин, а гидрат гидразина ( , ). Безводный гидразин получают при нагревании гидрат гидразина со щелочью.

Физические свойства

Гидразин N₂H₄ – это бесцветная сильно гигроскопичная жидкость с запахом, напоминающий запах аммиака ( , ). Ядовит, взрывается при нагревании в присутствии кислорода.

Химические свойства

1. Гидразин проявляет основные свойства, как и аммиак. Но из-за отталкивания свободных электронных пар соседних атомов азота гидразин является более слабым основанием, чем аммиак:

Гидразин образует два ряда солей гидразония, например , .

2. Гидразин и соли гидразония – сильные восстановители. В растворах гидразин, как правило, окисляется до N₂. Например:

3. На воздухе гидразин горит с выделением большого количества теплоты:

4. Гидразин в реакциях с сильными восстановителями может проявлять окислительные свойства:

Применение

Большая теплота, выделяющаяся при сгорании гидразина, позволяет использовать его в качестве ракетного топлива. В микроконцентрациях гидразин ингибирует коррозию железа, поэтому его добавляют в систему водоохлаждения. Производные гидразина используют при производстве гербицидов и лекарственных препаратов.

Соединения азота со степенью окисления –1

Физические свойства и строение молекулы

Гидроксиламин NH₂OH можно рассматривать как продукт замещения протона водорода в аммиаке на группу ОН^–. Степень окисления атома азота –1.

Гидроксиламин – это белое кристаллическое вещество ( ). Ядовит. Термически неустойчивое, при температуре выше 100 ºС взрывается. Строение молекулы гидроксиламина можно представить следующим образом:

Получение

1. электролитическим восстановлением азотной кислоты на свинцовом катоде:

2. С высоким выходом гидроксиламин в форме сульфата получают каталитическим восстановлением оксида азота (II) на палладиевом катализаторе:

Гидроксиламин получают действием на соль сильным основанием. Например:

Химические свойства

1. Гидроксиламин является слабым основанием (основные свойства за счет неподеленной электронной пары на атоме азота):

Основные свойства у гидроксиламина выражены слабее, чем у аммиака и гидразина.

В ряду NH₃ – N₂H₄ – NH₂OH основные свойства уменьшаются за счет понижения электронной плотности на атоме азота (электроноакцепторные свойства соседних групп NH₂ и ОН^–).

При взаимодействии с кислотами образует соли гидроксиламмония. Например:

Гидроксиламин может проявлять как восстановительные свойства, так и окислительные свойства (восстановительные свойства, особенно в щелочной среде, преобладают над окислительными свойствами).

1. Гидроксиламин – восстановитель, при взаимодействии с окислителями выделяется N₂ или N₂O. Например:

В (сильный восстановитель)

В ряду NH₃ – N₂H₄ – NH₂OH восстановительные свойства увеличиваются, однако на практике самым сильным восстановителем является гидразин.

2. Гидроксиламин – окислитель при взаимодействии с сильными восстановителями. Например:

В

3. Гидроксиламин – неустойчивое соединение, при нагревании разлагается: