Производство аммиака Группа: 26-13 выполнил: Бадалов Сарвар. - презентация

1 Производство аммиака Группа: выполнил: Бадалов Сарвар

2 Аммиа́к NH 3, нитрид водорода, при нормальных условиях бесцветный газ с резким характерным запахом (запах нашатырного спирта и мочи).нитрид нормальных условиях нашатырного спирта и мочи Плотность аммиака почти вдвое меньше, чем у воздуха, ПДКр.з. 20 мг/м 3 IV класс опасности (малоопасные вещества) по ГОСТ [1]. Растворимость NH 3 в воде чрезвычайно велика около 1200 объёмов (при 0 °C) или 700 объёмов (при 20 °C) в объёме воды. В холодильной технике носит название R717, где R Refrigerant (хладагент), 7 тип хладагента (неорганическое соединение), 17 молекулярная масса.воздуха ПДКр.з. [1]холодильной технике хладагент Молекула аммиака имеет форму тригональной пирамиды с атомом азота в вершине. Три неспаренных p-электрона атома азота участвуют в образовании полярных ковалентных связей с 1s-электронами трёх атомов водорода (связи NH), четвёртая пара внешних электронов яявляется неподелённой, она может образовать ковалентную связь по донорно-акцепторному механизму с ионом водорода, образуя ион аммония NH 4 +. Благодаря тому, что не связывающее двухэлектронное облако строго ориентировано в пространстве, молекула аммиака обладает высокой полярностью, что приводит к его хорошей растворимости в воде.азота ковалентных связей пара внешних электронов ковалентную связь по донорно-акцепторному механизму ион аммония

3

4 В жидком аммиаке молекулы связаны между собой водородными связями. Сравнение физических свойств жидкого аммиака с водой показывает, что аммиак имеет более низкие температуры кипения (t кип 33,35 °C) и плавления (t пл 77,70 °C), а также более низкую плотность, вязкость (вязкость жидкого аммиака в 7 раз меньше вязкости воды), проводимость и диэлектрическую проницаемость. Это в некоторой степени объясняется тем, что прочность этих связей в жидком аммиаке существенно ниже, чем у воды, а также тем, что в молекуле аммиака имеется лишь одна пара неподелённых электронов, в отличие от двух пар в молекуле воды, что не дает возможность образовывать разветвлённую сеть водородных связей между несколькими молекулами. Аммиак легко переходит в бесцветную жидкость с плотностью 681,4 кг/м³, сильно преломляющую свет. Подобно воде, жидкий аммиак сильно ассоциирован, главным образом за счёт образования водородных связей. Жидкий аммиак практически не проводит электрический ток. Жидкий аммиак хороший растворитель для очень большого числа органических, а также для многих неорганических соединений. Твёрдый аммиак бесцветные кубические кристаллы.водородными связями

5

6 Химические свойства Благодаря наличию неподеленной электронной пары во многих реакциях аммиак выступает как основание Бренстеда или комплексообразователь (не следует путать понятия «нуклеофил» и «основание Бренстеда». Нуклеофильность определяется сродством к положительно заряженной частице. Основание имеет сродство к протону. Понятие «основание» яявляется частным случаем понятия «нуклеофил»). Так, он присоединяет протон, образуя ион аммония:ион аммония Водный раствор аммиака («нашатырный спирт») имеет слабощелочную реакцию из-за протекания процесса: K o =1,8·10 5 Взаимодействуя с кислотами, даёт соответствующие соли аммония: Аммиак также яявляется очень слабой кислотой (в раз более слабой, чем вода), способен образовывать с металлами соли амиды. Соединения, содержащие ионы NH 2, называются амидами, а N 3 нитридами. Амиды щелочных металлов получают, действуя на них аммиаком: Амиды, имиды и нитриды ряда металлов образуются в результате некоторых реакций в среде жидкого аммиака. Нитриды можно получить нагреванием металлов в атмосфере азота.

7

8 Амиды металлов являются аналогами гидроксидов. Эта аналогия усиливается тем, что ионы ОН и NH 2, а также молекулы Н 2 O и NH 3 изоэлектронный.Амиды являются более сильными основаниями, чем гидроксиды, а следовательно, подвергаются в водных растворах необратимому гидролизу: Амиды металлов Амиды и в спиртах: Подобно водным растворам щелочей, аммиачные растворы амидов хорошо проводят электрический ток, что обусловлено диссоциацией: Фенолфталеин в этих растворах окрашивается в малиновый цвет, при добавлении кислот происходит их нейтрализация. Растворимость амидов изменяется в такой же последовательности, что и растворимость гидроксидов: LiNH 2 нерастворим, NaNH 2 малорастворим, KNH 2, RbNH 2 и CsNH 2 хорошо растворимы.

9 При нагревании аммиак разлагается, проявляет восстановительные свойства. Так, он горит в атмосфере кислорода, образуя воду и азот. Окисление аммиака воздухом на платиновом катализаторе даёт оксиды азота, что используется в промышленности для получения азотной кислоты: (реакция обратима) (без катализатора, при повышенной температуре) (в присутствии катализатора, при повышенной температуре)На восстановительной способности NH 3 основано применение нашатыря NH 4 Cl для очистки поверхности металла от оксидов при их пайке: Окисляя аммиак гипохлоритом натрия в присутствии желатина, получают гидразин:гидразин Галогены (хлор, йод) образуют с аммиаком опасные взрывчатые вещества галогениды азота (хлористый азот, йодистый азот). Галогеныйодистый азот С галогеноалканами аммиак вступает в реакцию нуклеофильного присоединения, образуя замещённый ион аммония (способ получения аминов):галогеноалканами (гидрохлорид метиламмония)С карбоновыми кислотами, их ангидридами, галогенангидридами, эфирами и другими производными даёт амиды. С альдегидами и кетонами основания Шиффа, которые возможно восстановить до соответствующих аминов (восстановительное аминирование).карбоновыми кислотамиангидридамиальдегидамикетонамиоснования Шиффааминоваминирование При 1000 °C аммиак реагирует с углём, образуя синильную кислоту HCN и частично разлагаясь на азот и водород. Также он может реагировать сметанном, образуя ту же самую синильную кислоту:углём синильную кислоту метаном

10 История Аммиак был впервые выделен в чистом виде Дж. Пристли в 1774 году, который назвал его «щелочной воздух» (англ. alkaline air) [2]. Через одиннадцать лет, в 1785 году К. Бертолле установил точный химический состав аммиака [3]. С того времени в мире начались исследования по получению аммиака из азота и водорода. Аммиак был очень нужен для синтеза соединений азота, поскольку получение их из чилийской селитры ограничивалось постепенным истощением запасов последней. Проблема уменьшения запасов селитры обострилась к концу XIX века. Только в начале XX века удалось изобрести процесс синтеза аммиака, пригодный для промышленности. Это осуществил Ф. Габер, начавший трудиться над этой задачей в 1904 году и к 1909 году создавший небольшой контактный аппарат, в котором использовал повышенное давление (в соответствии с принципом Ле-Шателье) и катализатор из осмия. 2 июля 1909 года Габер устроил испытания аппарата в присутствии К. Боша и А. Митташа, оба от Баденского анилинового и содового завода (BASF), и получил аммиак. К. Бош к 1911 году создал крупномасштабную версию аппарата для BASF, а затем был построен и 9 сентября 1913 года вступил в строй первый в мире завод по синтезу аммиака, который был расположен в Оппау (ныне район в черте города Людвигсхафен-на-Рейне) и принадлежал BASF. В 1918 году Ф. Габер стал лауреатом Нобелевской премии по химии «за синтез аммиака из составляющих его элементов». В России и СССР первая партия синтетического аммиака была получена в 1928 году на Чернореченском химическом комбинате Дж. Пристли 1774 году англ. [2]1785 годуК. Бертолле [3]азота водорода чилийской селитрыФ. Габер 1909 году принципом Ле-Шательекатализаторосмия 2 июля 1909 годаК. БошаА. МитташаBASFЛюдвигсхафен-на-Рейне 1918 году Нобелевской премии по химии РоссииСССРЧернореченском химическом комбинате

11 Жидкий аммиак, хотя и в незначительной степени, диссоциирует на ионы (автопротолиз), в чём проя Константа самоионизации жидкого аммиака при 50 °C составляет примерно (моль/л)². Жидкий аммиак, как и вода, яявляется сильным ионизирующим растворителем, в котором растворяется ряд активных металлов: щелочные,щёлочноземельные, Mg, Al, а также Eu и Yb. В отличии от воды с жидким аммиаком данные металлы не реагируют, а именно растворяются и могут быть выделены в исходном виде при испарении растворителя. Растворимость щелочных металлов в жидком NH 3 составляет несколько десятков процентов. В жидком аммиаке NH 3 также растворяются некоторые интерметаллиды, содержащие щелочные металлы, например, Na 4 Pb 9.водащелочныещёлочноземельныеMgAlEuYbинтерметаллиды Разбавленные растворы металлов в жидком аммиаке окрашены в синий цвет, концентрированные растворы имеют металлический блеск и похожи на бронзу. При испарении аммиака щелочные металлы выделяются в чистом виде, а щелочноземельные в виде комплексов с аммиаком [Э(NH 3 ) 6 ] обладающих металлической проводимостью. При слабом нагревании эти комплексы разлагаются на металл и NH 3. бронзу Растворенный в NH 3 металл постепенно реагирует с образованием амида:амида является его сходство с водой:водой

12 Получающиеся в результате реакции с аммиаком амиды металлов содержат отрицательный ион NH 2, который также образуется при самоионизации аммиака. Таким образом, амиды металлов являются аналогами гидроксидов. Скорость реакции возрастает при переходе от Li к Cs. Реакция значительно ускоряется в присутствии даже небольших примесей H 2 O. Металлоаммиачные растворы обладают металлической электропроводностью, в них происходит распад атомов металла на положительные ионы и сольватированные электроны, окруженные молекулами NH 3. Металлоаммиачные растворы, в которых содержатся свободные электроны, являются сильнейшими восстановителями.

13 Применение Аммиак относится к числу важнейших продуктов химической промышленности, ежегодное его мировое производство достигает 150 млн тонн. В основном используется для производства азотных удобрений (нитрат и сульфат аммония, мочевина), взрывчатых веществ и полимеров, азотной кислоты, соды (по аммиачному методу) и других продуктов химической промышленности. Жидкий аммиак используют в качестве растворителя.удобрениймочевинаполимероврастворителя В холодильной технике используется в качестве холодильного агента (R717).холодильной техникехолодильного агента В медицине 10 % раствор аммиака, чаще называемый нашатырным спиртом, применяется при обморочных состояниях (для возбуждения дыхания), для стимуляции рвоты, а также наружно невралгии, миозиты, укусах насекомых, для обработки рук хирурга. При неправильном применении может вызвать ожоги пищевода и желудка (в случае приёма неразведённого раствора), рефлекторную остановку дыхания (при вдыхании в высокой концентрации).медициненашатырным спиртом Применяют местно, ингаляционно и внутрь. Для возбуждения дыхания и выведения больного из обморочного состояния осторожно подносят небольшой кусок марли или ваты, смоченный нашатырным спиртом, к носу больного (на 0,51 с). Внутрь (только в разведении) для индукции рвоты. При укусах насекомых в виде примочек; при невралгиях и миозитах растирания аммиачным линиментом. В хирургической практике разводят в тёплой кипяченой воде и моют руки.

14 Поскольку аммиак яявляется слабым основанием, при взаимодействии с кислотами он их нейтрализует. Физиологическое действие нашатырного спирта обусловлено резким запахом аммиака, который раздражает специфические рецепторы слизистой оболочки носа и способствует возбуждению дыхательного и сосудодвигательного центров мозга, вызывая учащение дыхания и повышение артериального давления. Противоморозная добавка для сухих строительных растворов, относящаяся к ускорителям. Рекомендуемая дозировка 2…8 % массы компонентов сухой смеси в зависимости от температуры применения. Аммиачная вода продукт (NH 3* H 2 O), представляющий собой газообразный аммиак NН 3, растворенный в воде.

15 Получение Промышленный способ получения аммиака основан на прямом взаимодействии водорода и азота: + 91,84 к ДжЭто так называемый процесс Габера (немецкий физик, разработал физико-химические основы метода).Джпроцесс Габера Реакция происходит с выделением тепла и понижением объёма. Следовательно, исходя из принципа Ле-Шателье, реакцию следует проводить при возможно низких температурах и при высоких давлениях тогда равновесие будет смещено вправо. Однако скорость реакции при низких температурах ничтожно мала, а при высоких увеличивается скорость обратной реакции. Проведение реакции при очень высоких давлениях требует создания специального, выдерживающего высокое давление оборудования, а значит, и больших капиталовложений. Кроме того, равновесие реакции даже при 700 °C устанавливается слишком медленно для практического её использования.принципа Ле-Шателье Выход аммиака (в объёмных процентах) в процессе Габера при различных температурах и давлении имеет следующие значенияв объёмных процентах

16 Выход аммиака (в объёмных процентах) в процессе Габера при различных температурах и давлении имеет следующие значения.в объёмных процентах Применение катализатора (пористое железо с примесями Al 2 O 3 и K 2 O) позволило ускорить достижение равновесного состояния. Интересно, что при поиске катализатора на эту роль пробовали более 20 тысяч различных веществ.железоAl 2 O 3 Учитывая все вышеприведённые факторы, процесс получения аммиака проводят при следующих условиях: температура 500 °C, давление 350 атмосфер,катализатор. Выход аммиака при таких условиях составляет около 30 %. В промышленных условиях использован принцип циркуляции аммиак удаляют охлаждением, а непрореагировавшие азот и водород возвращают в колонну синтеза. Это оказывается более экономичным, чем достижение более высокого выхода реакции за счёт повышения давления.катализатор