Amoniak i pochodne amoniaku

Amoniak- wzór

Amoniak (nazwa systematyczna azan) to związek azotu z wodorem o wzorze sumarycznym NH_3, w którym azot występuje na -III stopniu utlenienia. Amoniak w temperaturze pokojowej jest bezbarwnym gazem o charakterystycznym ostrym zapachu. Gazowy amoniak jest żrący, ma charakter zasadowy i bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie. Wodny roztwór amoniaku nazywany jest wodą amoniakalną. Zasadowe właściwości amoniaku wynikają ze struktury cząsteczki NH_3. Atom azotu w tej cząsteczce ma hybrydyzację sp^3, a cała cząsteczka ma kształt piramidy o podstawie trójkąta. Atomy azotu tworzą naroża podstawy, a wolna para elektronowa stanowi wierzchołek piramidy. Dzięki obecności tej wolnej pary elektronowej, cząsteczka amoniaku może łatwo przyjąć proton, tworząc tetraedryczny kation NH_4^+, nazywany jonem amonowym. Reakcję tworzenia jonu amonowego opisuje równanie 1. Kation amonowy swoimi rozmiarami przypomina jon K^+, jednak ma zdolność do tworzenia wiązań wodorowych, co istotnie wpływa na strukturę soli amonowych. W obecności bardzo silnych zasad, amoniak może zachowywać się jak słaby kwas i oddawać proton, tworząc anion amidkowy NH_2^-. Reakcję tworzenia jonu amidowego pod wpływem dowolnej silnej zasady oznaczonej jako B^- opisuje równanie (2). Zdolność reakcji  zarówno z kwasami jak i zasadami określana jest mianem amfoteryczności.

NH_3 + H_3O^+  \Leftrightarrow NH_4^+ + H_2O (1)

NH_3 + B^- \Leftrightarrow  NH_2^- + BH^+ (2)

Amoniak w przyrodzie i organizmach żywych

Śladowe ilości amoniaku obecne są w atmosferze, powstaje on z rozkładu materii organicznej. Minerały amonowe są rzadkie, ponieważ sole amonowe są dobrze rozpuszczalne w wodzie.

Amoniak w postaci soli amonowych jest jednym z najważniejszych źródeł azotu dla organizmów żywych: kation NH_4^+ jest jednym z podstawowych substratów w syntezie aminokwasów i amin biogennych.

Otrzymywanie amoniaku

Amoniak jest otrzymywany w bardzo dużych ilościach na skalę przemysłową. Główna metodą przemysłowej syntezy amoniaku jest proces Habera-Boscha, w którym azot reaguje z wodorem w obecności katalizatora żelazowego, w warunkach wysokiej temperatury i ciśnienia. Wodór potrzebny do procesu otrzymywany jest najczęściej z gazu ziemnego, w procesie reformingu parowego.

Twórca procesu, prof. Fritz Haber, został nagrodzony Nagrodą Nobla w 1918 roku. Udoskonalenia procesu związane z techniką prowadzenia procesu przemysłowego pod wysokim ciśnieniem, dokonane przez Carla Boscha zostały również nagrodzone ½ Nagrody Nobla w roku 1931.

Zastosowania amoniaku

Amoniak znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle: do produkcji kwasu azotowego(V) i nawozów azotowych (np. azotanu amonu). W rozcieńczonych roztworach używany jest również jako środek czyszczący. Amoniak stosowany jest również jako środek przeciwdrobnoustrojowy w konserwacji żywności, szczególnie wołowiny.

Bardzo ważnym polem wykorzystania amoniaku jest przemysł farmaceutyczny i przemysł lekkiej syntezy organicznej, które wykorzystują amoniak jako element budulcowy szeregu substancji leczniczych (głównie organicznych) oraz chemikaliów takich jak np. barwniki.

Pochodne amoniaku

Wśród pochodnych amoniaku można wyróżnić dwie ważne klasy pochodnych jonowych – sole amonowe, zawierające kation NH_4^+ oraz rzadziej spotykana grupa – amidki, zawierające jon amidkowy NH_2^- (amidki stosowane są głównie jako bardzo mocne zasady w laboratoriach chemicznych).

Organiczne pochodne amoniaku, w których atomy wodoru zastąpione są atomami węgla, to aminy, iminy, amidy lub aminokwasy. Aminy są najbardziej bezpośrednimi analogami amoniaku. Tak jak w amoniaku – atom azotu ma hybrydyzację sp^3 i połączone są z nim 3 podstawniki, z których co najmniej jednym jest węglowodorowy atom węgla (o charakterze alifatycznym lub aromatycznym). W zależności od ilości atomów wodoru wymienionych na węgiel wyróżniamy aminy pierwszorzędowe (1 atom węgla przy N), drugorzędowe (2 atomy węgla przy N) i trzeciorzędowe (wszystkie atomy wodoru wymienione). Organicznym odpowiednikiem kationu NH_4^+ są jony amoniowe, NR_4^+, w których wszystkie atomy wodoru zostały zastąpione podstawnikami węglowymi tak, jak w aminach. Amidy to związki, w których atom azotu połączony jest z grupą karbonylową C=O i ma hybrydyzację sp^2. Wiązanie węgiel-azot w amidach ma częściowo charakter wiązania podwójnego, a cały układ jest płaski. Iminy to związki, w których azot „amoniakalny” połączony jest z jednym atomem węgla wiązaniem podwójnym i ma hybrydyzację sp^2. Iminy są nazywane zasadami Schiffa. Ostatnią z wymienionych grup pochodnych azotu są aminokwasy – związki organiczne, które zawierają grupę aminową i karboksylową (są jednocześnie aminami i kwasami karboksylowymi).

Polecamy również:

  • Tlenki azotu – wzory, właściwości, otrzymywanie, zastosowanie

    Tlenki azotu to połączenia azotu z tlenem. W piśmiennictwie, tlenki azotu zbiorowo określane są jako  lub bardziej skrótowo NOX (od wzoru sumarycznego i angielskiego zwrotu Nitrogen OXides), jednak oprócz tlenków które opisać można wzorem  (x= 1,2), występują również... Więcej »

  • Obieg azotu w przyrodzie

    Głównym źródłem azotu w przyrodzie jest cząsteczkowy azot w atmosferze Ziemi. Azot jest przyswajany przez bakterie azotowe (diazotroficzne), które przy pomocy enzymu nitrogenazy, przekształcają go w amoniak. Amoniak szybko ulega przemianie w sole amonowe, które mogą być przyswajane przez... Więcej »

Komentarze (0)
Wynik działania 1 + 3 =
Ostatnio komentowane
żoną Jaroslawa Iwaszkiewicza była pisarka i tłumaczka Anna Iwaszkiewiczowa z domu Lilp...
Iwona • 2021-07-19 18:40:47
"Oda do radości" to utwór Beethovena. Schiller napisał "Do Radości".
Germanista • 2021-07-10 02:59:47
Zgromadzenie Narodowe (Konwent) nie było "rządem rewolucyjnym", a parlamentem.
Andrzej • 2021-07-06 08:15:34
Czy naprawdę nie dało się tego bardziej spłycić? Gdzie jest drugi syn? Ten który p...
Andrzej Koraben • 2021-06-30 11:34:39
Ciekawe jak daleko czasowo sięgają Politycy. 2050 ? Czyli doprzodu do tyłu 2023. Grolsz...
Nick Radek • 2021-06-27 07:22:58