5.3.2. Физические и химические свойства

Аммиак представляет собой бесцветный газ и со столь резким запахом, что вдыхание его приводит людей, потерявших сознание, в чувство.

Растворимость аммиака в воде максимальна среди известных газов (в 1л – 700 л при 20°С). Это объясняется полярностью частиц NH₃ (рисунок 4) и их способностью к образованию Н-связей с молекулами растворителя. Кроме того, имеющаяся у атома азота НЭП (на рисунке 4 она изображена жирными точками) слабее удерживается ядром N, чем НЭП ядром О в молекуле воды (из-за большего r азота и меньшего заряда его ядра). Как следствие, эта электронная пара легче предоставляется на донорно-акцепторную связь с протоном³воды. В результате чего образуютсяустойчивые гидраты аммиака, например, NH₃ ^. H₂O (точнее: Н₃N ^. HOН), что значительно повышает растворимость NH₃. К тому же, часть молекул гидрата аммиака (примерно 4 из 1000) в водном растворе NH₃ находится в диссоциированном состоянии:

, К_d=1,8 10^-5.

При диссоциации протон Н₂О передается молекуле NH₃ полностью, а оставшийся от воды ОН^–-ион создает щелочную среду. Но поскольку гидрат аммиака является слабым электролитом, то создает не сильно щелочную среду: рН около 11. (А раствор гидроксида натрия может иметь pH>14.)

Из-за стремления N в наиболее устойчивую нулевую ст.ок. аммиак проявляет себя как восстановитель. Например, по отношению к оксидам металлов:

.

Еще легче аммиак (тоже переходя в N₂) восстанавливает Г₂ (до Г^–) и Н₂О₂ (до Н₂О).

5.3.3. Соли аммония

При добавлении кислоты равновесие смещается вправо как результат связывания ОН^–-ионов в Н₂О, т.е. идет обычная реакция нейтрализации:

.

При этом образуется соль NH₄Cl, которая называется нашатырем или хлоридом аммония. Все соли, содержащие катионы , стали называть солями аммония.

Подчеркнем, что донорные свойства аммиака из-за наличия НЭП столь сильны, а следовательно, ХС азота с 4-м Н⁺ столь прочна, что сохраняет своюцелостность при реакциях обмена солей аммония с другими солями или с кислотами:

,

.

То есть в этих реакциях подобенобычному катиону, например, K⁺. Но поскольку соли аммония соответствуют слабому основанию, то в водных растворах идет гидролиз этих солей по катиону и разрушается. Даже сухие соли аммония гидролизуются под действием влаги воздуха. Например:

.

Образующийся при этом гидрат аммиака легко отщепляет NH₃. (Поэтому им пахнут все соли аммония.)

Гидролиз резко усиливается при добавлении щелочи, т.к. ионы ОН^–, связывая протоны в молекулы очень слабого электролита Н₂О, переводят в гидрат аммиака практически полностью:

.

(Данная реакция является качественной на ионы аммония – их присутствие легко устанавливается по запаху, характерному для аммиака). Разрушается также принагревании раствора, например, нашатыря, а тем более сухой соли:

.

При этом разрываются химические связи (между NH₃ и H⁺), поэтому процесс называется химической возгонкой (в отличие от физической возгонки, например, I₂, идущей без разрушения ХС). Если получающиеся газы (NH₃ и HCl) по газоотводной трубке направить в другой (не нагреваемый) сосуд, то, охлаждаясь в нем, они снова образуют соль NH₄Cl.

Возгонка солей аммония используется для отделения их от нелетучих веществ (в частности, NaCl). Кроме того, способность нашатыря разлагаться помогает, например, очищать поверхность медного паяльника от оксида меди. А именно: хлороводород (он образуется из хлорида аммония на горячем паяльнике) реагирует с оксидом меди:

,

а NH₃ восстанавливает медь в CuCl₂ до Cu⁰ (другие продукты: N₂ и HCl).