Аммиак или нитрид водорода – активное соединение, вступающее в реакцию с простыми и сложными веществами. В присутствии кислорода аммиак окисляется. В зависимости от условий реакции аммиак может окисляться до оксида или азота.

Степень окисления

Степень окисления аммиака зависит от степени окисления элементов, входящих в его состав. Азот имеет пять электронов на внешнем энергетическом уровне. В аммиаке атом азота имеет III валентность. Атомы водорода присоединены к трем валентным электронам. Соответственно, при синтезе аммиака происходило окисление азота водородом:

3H2 + N2 -> 2NH3.

Окисление аммиака

Рис. 1. Строение молекулы аммиака.

Следовательно, азот имеет степень окисления -3, водород — +1.

Аммиак является восстановителем благодаря способности атома азота отдавать оставшиеся электроны и возможности атомов водорода легко отделяться.

Реакции с кислородом

Из-за оставшейся свободной электронной пары азот может окисляться водородом и кислородом. Аммиак легко притягивает катион водорода из воды или кислоты, образуя аммоний (NH4). Это производное аммиака, входящее в состав гидроксида и солей:

  • NH3 + H2O → NH4OH (гидроксид аммония);
  • NH3 + HCl → NH4Cl (хлорид аммония);
  • NH3 + HNO3 → NH4NO3 (нитрат аммония);
  • 2NH4OH + H2SO4 → 2H2O + (NH4)2SO4 (сульфат аммония).

Окисление аммиака

Рис. 2. Добавление водорода.

При взаимодействии с кислородом может образовываться свободный азот, оксид азота (II) или (I). Конечный продукт зависит от количества исходных веществ и условий реакции. Аммиак не горит на воздухе.

Если на четыре объёма аммиака взять пять объёмов кислорода, то получится оксид азота (II):

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O.

Реакция протекает в присутствии катализатора. Смесь аммиака и воздуха быстро пропускают через нагретую до 800°С платину. Платиновый катализатор можно использовать и другими способами. Платина, смешанная с родием, рутением и палладием, используется для создания сетки, через которую пропускают аммиак и кислород. Реакция ускоряется также в присутствии оксида хрома(III).

Окисление аммиака

Рис. 3. Платиновый катализатор.

Азот можно получить нагреванием концентрированного раствора аммиака в отсутствие катализатора. Сначала раствор нагревают, а затем помещают в условия чистого кислорода (четыре объема аммиака на три объема кислорода). Аммиак горит желто-зеленым пламенем:

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O.

При одинаковом объеме аммиака и кислорода образуется оксид азота (I):

2NH3 + 2O2 → N2O + 3H2O.

Реакцию окисления проводят с получением разбавленной азотной кислоты. Для этого NH3 сначала окисляется до NO. Полученный газ затем окисляется до диоксида азота:

2НО + О2 → 2НО2.

Оксид азота (I) окисляется и пропускается через воду с образованием кислоты:

4N02 + O2 + 2H20 → 4HNO3.

Окисление аммиака – экзотермическая реакция, сопровождающаяся выделением тепла.

Что мы узнали?

Аммиак является восстановителем и может окисляться водородом или кислородом. В результате взаимодействия с водородом образуется аммоний – NH4. В состав этого соединения входят соли и гидроксид аммиака. Аммиак по-разному реагирует с кислородом в зависимости от условий. В присутствии катализатора образуется оксид азота (II), при нагревании, но при разных объемах исходных веществ образуются азот и оксид азота (I).