Молярная масса нашатырного спирта

Молярная масса аммиака

Молекула аммиака имеет форму тригональной пирамиды (d_NH = 0,10 нм, угол HNH равен 107,3 0 ) согласно методу валентных связей, это отвечает sp 3 -гибридизации валентных орбиталей атома азота (рис. 1). Аммиак хорошо растворим в воде: один объем воды растворяет при комнатной температуре около 700 объемов аммиака. Концентрированный раствор содержит 25% (масс.) NH₃ и имеет плотность 0,91 г/см 3 .Раствор аммиака в воде называют нашатырным спиртом.

Рис. 1. Энергетическая диаграмма орбиталей молекулы аммиака.

Брутто-формула аммиака – NH₃. Как известно, молекулярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел).

Mr(NH₃) = 14 + 3×1= 14 + 3 = 17.

Молярная масса (М) – это масса 1 моль вещества. Легко показать, что численные значения молярной массы М и относительной молекулярной массы M_r равны, однако первая величина имеет размерность [M] = г/моль, а вторая безразмерна:

Это означает, что молярная масса аммиака равна 17 г/моль.

Примеры решения задач

Задание	Составьте формулу соединения железа с серой, если соотношение масс элементов в нём m(Fe):m(S) = 7:4.
Решение	Для того, чтобы узнать, в каких отношениях находятся химические элементы в составе молекулы необходимо найти их количество вещества. Известно, что для нахождения количества вещества следует использовать формулу:

Найдем молярные массы железа и серы (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел). Известно, что M = Mr, значит (S) = 32 г/моль, а М(Fe) = 56 г/моль.

Тогда, количество вещества этих элементов равно:

n (S) = 4 / 32 = 0,125 моль.

n (Fe) = m (Fe) / M (Fe);

n (Fe) = 7 / 56 = 0,125 моль.

Найдем мольное отношение:

n(Fe) :n(S) = 0,125: 0,125 = 1:1,

т.е. формула соединения меди с кислородом имеет вид FeS. Это сульфид железа (II).

Ответ FeS

Задание	Рассчитайте массу 2 моль газа водорода и число молекул в этом количестве вещества.
Решение	Запишем формулу для вычисления количества вещества:

Тогда, массу вещества можно будет рассчитать, как:

Найдем молярную массу молекулярного водорода (значение относительной атомной массы, взятое из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целого числа). Известно, что M = Mr, значит (H₂) = 2×Ar(H) = 2×1 = 2 г/моль.

Определим массу 2 моль газа водорода:

Число молекул обозначается N и рассчитывается по формуле:

Это безразмерная величина. Найдем число молекул азота в 2 моль этого вещества:

N (H₂) = 2 × 6,023×10 -23 = 12,046×10 -23 молекул.

Аммиак – это летучее водородное соединение (нитрид водорода), которое играет ведущую роль в современной промышленности.

Хоть его и открыли лишь в восемнадцатом веке, но он был известен человеку с незапамятных времен. Водный раствор аммиака – это нашатырный спирт. Данное вещество содержится в продуктах разложения живых организмов и моче. Поэтому при распаде органики (останков растений, животных) выделяется аммиак, и от этого появляется резкий запах гниения (нашатыря).

История аммиака

Аммиак был открыт в конце восемнадцатого века британским химиком Джозефом Пристли – одним из основоположников современной химии, который совершил также множество важных открытий в других сферах науки (физике, биологии, оптике).

Например, в списках его изобретений есть: газированная вода, за которую он получил медаль Лондонского Королевского общества, и всем известный ластик (раньше для стирания графита все пользовались хлебом).

Нельзя отрицать того, что Джозеф Пристли сделал огромный вклад в химию, особенно в области газов, однако многие свои достижения он совершил случайно.

Джозеф Пристли получил аммиак методом нагревания хлорида аммония (нашатырь) с гидроксидом кальция (гашеная известь) и затем собрал выделившийся газ в ртутной ванной.

Ртутная ванная – это специальный прибор, созданный Пристли для концентрирования газов. При комнатной температуре ртуть является жидкостью с высокой плотностью, что не позволяет ей абсорбировать газы. Их ученый легко выделял из веществ, нагревая над поверхностью ртути.

После открытия Джозефом Пристли аммиака, его изучение не стояло на месте.

В 1784 был установлен состав этого вещества химиком Луи Бертолле, который разложил его на исходные элементы электрическим разрядом.

Именование "нашатырь" он получил уже в 1787 году от латинского названия нашатырной щелочи, а само наименование "аммиак", которым мы привыкли пользоваться, ввел Яков Дмитриевич Захаров в 1801 году.

Но вот что интересно. За сто лет до Джозефа Пристли и его открытия аммиака, ученый Роберт Бойль наблюдал некое явление, при котором палочка, предварительно смоченная в соляной кислоте, начинала дымить, когда ее подносили к газу, выделяющемуся при сжигании навоза. Это объясняется тем, что кислота и аммиак вступали в реакцию, и в ее продуктах содержался хлорид аммония, частицы которого и создавали дым. Получается, что экспериментальными методами аммиак был выявлен давно, но его нахождение в мире было доказано намного позже.

Состав молекулы

Молекула аммиака (NH₃) имеет форму тетраэдра с атомом азота в вершине. В ней находятся четыре электронных облака, которые перекрываются вдоль линии связи, следовательно, в молекуле содержатся исключительно сигма-связи. По сравнению с водородом азот имеет большую электроотрицательность, поэтому общие электронные пары в молекуле смещены в его сторону. И так как в аммиаке везде одинарные связи, то тип гибридизации – sp 3 , а угол между электронными облаками равен 109 градусам.

Способы получения

В мире ежегодно производится около 100 миллионов тонн аммиака, поэтому этот процесс можно по праву считать одним из важнейших в мире. Выпускают его в жидком виде или как двадцати пяти процентный раствор.

Существуют следующие способы его получения:

1. В промышленности аммиак добывают посредством синтеза азота и водорода, что сопровождается выделением тепла. Причем данная реакция может проходить лишь при высокой температуре, давлении и в присутствии катализатора, который, ускоряя слабую реакцию, сам в нее не вступает.

Уравнение реакции аммиака:

2. Можно получить аммиак во время коксования каменного угля.

На самом деле в угле нет никакого аммиака, но в нем присутствует много органических соединений, в составе которых содержатся азот и водород. А при сильном нагревании угля (пиролизе) эти составляющие и образуют аммиак, который выходит как побочный продукт.

3. В лаборатории аммиак добывают нагреванием хлорида аммония и гидроксида кальция:

4. Или нагреванием хлорида аммония с концентрированной щелочью:

Применение

Аммиак – это незаменимое и действительно нужное вещество, без которого мировая промышленность замедлила бы свое движение. Область его применения широка: он задействован во всех производственных процессах человека, начиная от заводов и лабораторий, заканчивая медициной. Его преимущества в том, что он экологически чист и является довольно дешевым продуктом.

Области применения аммиака:

1. Химическая промышленность. Его используют в производстве удобрений, полимеров, азотной кислоты, взрывчатых веществ, в качестве растворителя (жидкий аммиак).
2. Холодильные установки. Аммиак испаряется с поглощением большого количества тепла из окружающей среды, так как обладает определенными термодинамическими свойствами. Холодильные системы, основанные на его применении более чем эффективны, поэтому он является главным хладагентом в промышленности.
3. Медицина. Нашатырный спирт или 10 % раствор аммиака используют при выведении из обморочного состояния (раздражение рецепторов слизистой оболочки носа способствует стимуляции дыхания), обработке рук хирурга, возбуждении рвоты и так далее.
4. Текстильная промышленность. С его помощью получают синтетические волокна. Также аммиак используют при очистке или окрашивании различных тканей.

Физические свойства

Вот какие физические свойства присущи аммиаку:

1. При нормальных условиях является газом.
2. Бесцветный.
3. Имеет резкий запах.
4. Ядовит и очень токсичен.
5. Очень хорошо растворим в воде (один объем воды на семьсот объемов аммиака) и ряде органических веществ.
6. Температура плавления составляет -80 °С.
7. Температура кипения – около -36 °С.
8. Является взрывоопасным и горючим веществом.
9. Примерно вдвое легче воздуха.
10. Имеет молекулярную кристаллическую решетку, соответственно, он легкоплавкий и непрочный.
11. Молярная масса аммиака равна 17 грамм/моль.
12. При нагревании в кислородной среде разлагается на воду и азот.

Химические свойства аммиака

Аммиак является сильным восстановителем, так как степень окисления азота в молекуле минимальная. Он способен также к окислительным свойствам, что случается намного реже.

Реакции с аммиаком:

• С кислотами аммиак образует соли аммония, разлагающиеся при нагревании. С соляной кислотой аммиак составляет хлорид аммония, а с серной — сульфат аммония.

• С кислородом при нагревании образуется азот, а при участии катализатора (Pt) получается оксид азота.

• С водой образуется неустойчивый гидрат аммиака.

Аммиак способен проявлять щелочные свойства, поэтому при взаимодействии с водой он образует слабое основание – NH₄OH. Но на самом деле такого соединения не существует, поэтому формулу следует записывать так: NH₃ × H₂O.

С оксидами металлов.

Соединения аммиака

Есть несколько типов сложных веществ, образующихся при взаимодействии с аммиаком:

1. Соли аммония. Они образуются в результате реакций аммиака с кислотами и разлагаются при нагревании.
2. Амиды. Это соли, которые получают, действуя на щелочные металлы аммиаком.
3. Гидразин. Это вещество, которое получают в результате окисления аммиака гипохлоритом натрия в присутствии желатина.
4. Амины. Аммиак взаимодействует с галогеноалканами в качестве реакции присоединения, образуя соли.
5. Аммиакаты. С серебром и солями меди аммиак образует комплексные соли.

Биологическая роль

Аммиак — вещество, образующееся в организмах живых существ при метаболизме, являющееся в них продуктом азотистого обмена. В физиологии животных для него отведена важная роль, однако он имеет высокую токсичность для организмов и почти не содержится в них в чистом виде. Большая его часть перерабатывается печенью в безвредное вещество – мочевину или как ее еще называют карбамид.

Также он способствует нейтрализации кислот поступающих в организм с пищей, поддерживая кислотно-щелочной баланс крови.

Аммиак – это важный источник азота для растений. Главным образом они поглощают его из почвы, но это очень трудоемкий и неэффективный процесс. Некоторые растения способны накапливать азот, который содержится в атмосфере, с помощью специальных ферментов – нитрогеназов. После чего они перерабатывают азот в полезные им соединения, например, белки и аминокислоты.

Агрегатные состояния

Аммиак может находиться в разных агрегатных состояниях:

1. Он присутствует в виде бесцветного газа с неприятным резким запахом в нормальных условиях.
2. Также он очень хорошо может растворяться в воде, поэтому его можно хранить в виде водного раствора с определенной концентрацией. Он сжижается и становится жидкостью в результате давления и сильного охлаждения.
3. Аммиак имеет твердое состояние, в котором он предстает бесцветными кубическими кристаллами.

Отравление аммиаком

Как уже выше упоминалось, аммиак – это крайне токсичное и ядовитое вещество. Его относят к четвертому классу опасности.

Отравление этим газом сопровождается нарушением многих процессов организма:

• Сначала поражается нервная система и снижается усвоение кислорода нервными клетками.
• При проникновении в глотку, затем трахею и бронхи аммиак оседает на слизистых покровах, растворяется, образуя щелочь, которая начинает пагубно действовать на организм, вызывая внутренние ожоги, разрушая ткани и клетки.
• Это вещество также оказывает разрушающее воздействие на жировые компоненты, которые в том или ином виде входят в состав всех органов человека.
• Попадают под влияние сердечно-сосудистая и эндокринная система, нарушается их работа.

После контакта с аммиаком страдает почти весь организм человека, его внутренние ткани и органы, ухудшается процесс жизнедеятельности.

Чаще всего случаи отравления этим газом происходят на химических производствах в результате его утечки, но также можно им отравиться и в домашних условиях, например, если емкость, в которой содержится нашатырный спирт, неплотно закрыта, и его пары накапливаются в помещении.

Отравление может произойти, даже когда при обморочном состоянии человеку подносят к носу тампон, смоченный в нашатыре. Если пострадавшему дать понюхать его более пяти секунд, то высок риск интоксикации, так что с нашатырным спиртом всегда следует обращаться предельно осторожно.

Симптомы отравления

Ниже перечислен ряд признаков отравления аммиаком:

1. Сильный кашель, затруднение дыхания.
2. Жжение в глазах, слезоточивость, болевая реакция на яркий свет.
3. Жжение в полости рта и носоглотке.
4. Головокружение, головная боль.
5. Боли в животе, рвота.
6. Снижение слухового порога.
7. При более серьезном отравлении возможны: потеря сознания, судороги, остановка дыхания, острая сердечная недостаточность. Совокупность нарушений может привести пострадавшего в коматозное состояние.

Профилактика при отравлении

Первая помощь в данном случае состоит из нескольких простых действий. Сначала необходимо вынести пострадавшего на свежий воздух, промыть ему лицо и глаза проточной водой. Даже те, кто был не очень хорош в химии, со школы знают: щелочь нейтрализуется кислотой, поэтому ротовую полость и нос нужно обязательно промыть водой с добавлением лимонного сока или уксуса.

Если отравившийся потерял сознание, следует уложить его на бок на случай рвоты, а при остановке пульса и дыхания сделать массаж сердца и искусственное дыхание.

Последствия отравления

После интоксикации аммиаком человека могут ждать очень серьезные необратимые последствия. В первую очередь страдает центральная нервная система, что влечет за собой целый ряд осложнений:

• Мозг перестает полностью выполнять свои функции и начинает давать сбои, из-за этого снижается интеллект, появляются психические заболевания, амнезия, нервные тики.
• Понижается чувствительность некоторых частей тела.
• Нарушается работа вестибулярного аппарата. Из-за этого человек ощущает постоянное головокружение.
• Органы слуха начинают терять свою работоспособность, что приводит к глухоте.
• При поражении глазных покровов снижается зрение и его острота, в худшем случае пострадавшего ждет слепота.
• Наступление летального исхода. Это зависит от того, насколько концентрация газа в воздухе была высокой и сколько паров аммиака попало в организм.

Знать и соблюдать предписанные меры безопасности — значит оградить себя от риска угрозы собственной жизни или худшей участи — инвалидности, потери слуха или зрения.

Среди соединений азота с водородом особое место принадлежит аммиаку. Он является важнейшим продуктом химического производства и применяется во многих отраслях деятельности человека. В нашей статье мы ознакомимся с молярной массой аммиака и изучим его основные физические и химические свойства.

Строение молекулы

Вещество имеет формулу NH₃, атомы водорода связаны с центральной частицей азота ковалентными полярными связями. Общие электронные пары сильно смещены к атому азота, поэтому молекулы представляют собой диполи. Между ними возникают слабые водородные связи, которые обуславливают прекрасную растворимость соединения в воде. Так, один ее объем может поглотить до 700 частей NH₃. Молярная масса аммиака составляет 17 г/моль. Раствор вещества в воде называют нашатырным спиртом или аммиачной водой. Его применяют в медицине при обморочных состояниях, так как вдыхание паров вещества возбуждает центры дыхания в коре головного мозга.

Физическая характеристика

Газообразный аммиак почти вдвое легче воздуха, не имеет цвета. При охлаждении до -33,4 или увеличении давления он быстро сжижается, переходя в бесцветную жидкую фазу. Газ легко распознают, так как запах аммиака специфический и очень резкий.

Соединение легко растворяется в воде, образуя нашатырный спирт. При его кипячении молекулы NH₃ быстро испаряются. Аммиак является токсическим веществом, поэтому все химические опыты с ним требуют проведения под вытяжкой с большой осторожностью. Вдыхание паров газа вызывает раздражение слизистой оболочки органа зрения, боль в желудке и одышку.

Гидроксид аммония

В растворе аммиачной воды присутствует три вида частиц: гидраты аммиака, анионы гидроксильных групп и катионы аммония NH₄ + . Присутствие гидроксид-ионов придает раствору нашатырного спирта щелочную реакцию. Ее можно обнаружить с помощью индикаторов, например, бесцветного фенолфталеина, который в аммиачной воде становится малиновым. В процессе взаимодействия гидроксильных анионов с катионами аммония вновь образуются частицы аммиака, молярная масса которого составляет 17 г/моль, а также молекулы воды. При их взаимодействии между собой, частицы связываются водородными связями. Поэтому водный раствор вещества можно выразить формулой NH₄OH, он получил название гидроксида аммония. Соединение проявляет слабые щелочные свойства.

Особенности иона NH4+

Сложный ион аммония формируется с помощью донорно-акцепторного механизма образования ковалентной связи. Атом азота выступает в роли донора и предоставляет два своих электрона, которые становятся общими. Ион водорода отдает свободную ячейку, становясь акцептором. В результате соединения катионов аммония и гидроксид-ионов появляются молекулы аммиака, запах которого ощущается сразу, и воды. Равновесие реакции смещается влево. Во многих веществах частицы аммония аналогичны положительным ионам одновалентных металлов, например, в формулах солей: NH₄Cl, (NH₄)₂SO₄ – хлориде и сульфате аммония.

Реакции с кислотами

Аммиак вступает в реакции со многими неорганическими кислотами с образованием соответствующих солей аммония. Например, в результате взаимодействия хлоридной кислоты и NH₃ получим хлористый аммоний:

Это реакция присоединения. Соли аммония при нагревании разлагаются, при этом выделяется газообразный аммиак, температура кипения которого составляет -33,34 °C. Они также имеют хорошую растворимость в воде и способны к гидролизу. Соли аммония при нагревании разлагаются, при этом выделяется газообразный аммиак. Они также имеют хорошую растворимость в воде и способны к гидролизу. Если соль аммония образована сильной кислотой, то раствор ее имеет кислую реакцию. Она обусловлена избыточным количеством ионов водорода, которые можно обнаружить с помощью индикатора – лакмуса, изменяющего свою фиолетовую окраску на красную.

Как измеряется молярная масса

Если порция вещества содержит 6,02×10 23 структурных единиц: молекул, атомов или ионов, то речь идет о величине, которая называется числом Авогадро. Она соответствует молярной массе, г/моль – это единица ее измерения. Например, в 17 граммах аммиака содержится число Авогадро молекул или 1 моль вещества, а в 8,5 граммах – 0,5 моль и т. д. Молярная масса – специфическая единица, применяемая в химии. Она не равнозначна физической массе. Существует еще одна единица измерения, которая используется при химических расчетах. Это масса 1 моля эквивалента аммиака. Она равна произведению молярной массы на фактор эквивалентности. Именуется молярной массой эквивалента аммиака и имеет размерность — моль/л.

Химические свойства

Газообразный аммиак – горючее вещество. В атмосфере кислорода или горячего воздуха он сгорает с образованием свободного азота и паров воды. Если в реакции применять катализатор (платину или окись трехвалентного хрома), то продукты процесса будут другими. Это — монооксид азота и вода:

Эту реакцию называют каталитическим окислением аммиака. Она является окислительно-восстановительной, в ней аммиак, молярная масса равна 17 г/моль, проявляет сильные восстановительные свойства. Он способен также реагировать с оксидом меди, восстанавливая его до свободной меди, газообразного азота и воды. Газ может реагировать с концентрированной соляной кислотой и в отсутствии воды. Известен опыт, который называют: дым без огня. Одну стеклянную палочку погружают в нашатырный спирт, а другую – в концентрированную хлоридную кислоту, затем их сближают. Наблюдают появление белого дыма, который выделяют образующиеся мелкие кристаллы хлорида аммония. Такого же эффекта можно добиться, если поставить пробирки с двумя растворами рядом. Уравнение аммиака с хлоридной кислотой было приведено нами выше.

При сильном нагревании молекулы вещества разлагаются на свободный азот и водород:

Как распознать ион NH4+

Соли аммония реагируют не только с кислотами, но и со щелочами. В результате выделяется газообразный аммиак, что легко определяют органом обоняния. Это доказывает, что данная соль содержит ион аммония.

Более точным показателем того, что при взаимодействии щелочи и сульфата аммония выделяется катион NH₄ + ,служит влажная универсальная лакмусовая бумага. Она изменяет свой цвет с красного на синий.

Промышленный синтез аммиака

Газообразное соединение добывают прямой реакцией соединения водорода, полученного конверсией из воды, и азота, выделенного из воздуха. Процесс является каталитическим (используют металлическое железо, содержащее примеси окислов калия и алюминия). При этом учитывают тот факт, что температура кипения аммиака составляет -33,4 °С. Экзотермическая реакция синтеза аммиака требует повышения давления в реагирующей газовой смеси до 450 – 460 °С. Чтобы повысить практический выход продукта в обратимой реакции синтеза аммиака, регулируют чистоту реагентов, не допускают повышения температуры в колонне синтеза.

Где применяют аммиак и его соли

Физические и химические характеристики вещества обуславливают его использование в различных сферах промышленности. Наибольшее его количество используют для синтеза нитратной кислоты, азотсодержащих солей аммония, соды по аммиачному способу, карбамида. В холодильных установках вещество применяют, благодаря его способности испаряться, одновременно поглощая избыток тепла. Аммиачную воду и жидкий аммиак используют в качестве азотного удобрения.