Как аммиак влияет на применение в медицине холодильных установок ответ и Cтраницы 210, 201—212

Аммиак — одно из наиболее часто применяемых в различных сферах человеческой деятельности химических веществ. Каждый год в мире производится огромное количество аммиака — больше 180 млн тонн. Из них порядка 15 млн тонн производит Россия, которая является одним из крупнейших экспортеров этого вещества. Для чего же человеку нужно такое количество этого продукта?

Об основных свойствах аммиака

Разнообразие сфер применения аммиака обусловлено его физическими и химическими свойствами. Аммиак (химическая формула NH3) — бесцветный газ с резким неприятным запахом. При длительном действии на организм человека аммиак вызывает поражение разных органов.

Аммиак вступает в химические реакции с другими элементами и соединениями с образованием новых веществ. Например, в результате реакции безводного аммиака с азотной кислотой получают аммиачную селитру, применяемую в производстве взрывчатых веществ и азотных удобрений.

Аммиак способен восстанавливать различные металлы из их оксидов.

Промышленное применение аммиака

Основная доля производимого технического аммиака используется в химической промышленности:

• для получения аммиачных и аммиачно-нитратных удобрений (аммиачной и нитратной селитры, хлористого аммония, сульфата аммония и других), широко используемых в сельскохозяйственном производстве при выращивании различных культур, а также в частном садоводстве и огородничестве;
• при получении соды аммиачно-хлоридным способом аммиаком насыщают концентрированный солевой раствор, через который под давлением пропускают двуокись углерода;
• синтетический аммиак применяется при производстве азотной кислоты, методом катализа;
• для получения аммонитов — аммиачных взрывчатых веществ;
• жидкий аммиак используют в качестве растворителя разных неорганических и органических веществ;
• в холодильных установках жидкий аммиак применяют в качестве хладагента R717;
• в качестве окислителя ракетного топлива.

Применение аммиака в медицине

В медицине широко применяется 10%-й раствор аммиака, известный под названием — нашатырный спирт. Нашатырный спирт используют для приведения в чувство человека, потерявшего сознание. Применяют его и в качестве рвотного средства в очень слабом растворе и в малом количестве. Нашатырным спиртом обрабатывают укусы насекомых. Разведенным в воде нашатырным спиртом хирурги обрабатывают руки.

Важно! Использовать раствор аммиака следует с большой осторожностью и только по назначению. Передозировка его очень опасна!

Аммиак полезен и в быту

Вот только несколько возможных способов использования нашатырного спирта в доме.

• Мытье окон — смешав столовую ложку вещества с литром воды, протрите полученной жидкостью стекла, а затем отполируйте их с мягкой бумагой или тканью или бумагой. Аналогично можно очистить керамическую плитку.
• Стирка деликатных тканей — жесткую воду можно смягчить, добавив в нее несколько ложек нашатырного спирта.
• Чистка столового серебра —смешайте нашатырный спирт с чистой водой в пропорции 1:4 и положите туда серебряные предметы на несколько часов, затем ополосните их и протрите до блеска.
• Чистка меха — 1 чайную ложку 10%-го раствора аммиака и несколько чайных ложек питьевой соды растворите в 0,5 литра воды. Смочите в полученном растворе салфетку из мягкой ткани и протрите мех сверху.
• Аналогично нашатырным спиртом можно удалять различные пятна с тканей и замши.

И это только небольшая часть тех случаев, когда аммиак приходит на помощь человеку.

1. Каково электронное и пространственное строение молекулы аммиака?

Электронное строение молекулы аммиака: 3 испаренных электрона атома азота участвуют в формировании 3-х ковалентных связей с 3-мя атомами водорода. Общие электронные пары смещены в сторону более электроотрицательного атома азота. Пространственное строение: молекула аммиака имеет форму треугольной пирамиды.

2. Перечислите области применения аммиака. Какие свойства аммиака лежат в основе его применения в медицине, холодильных установках?

Аммиак легко сжижается при обычном давлении и температуре -33,4°С, а при испарении жидкого газа из окружающей среды поглощается много тепла, поэтому он применяется в холодильных установках.

Аммиак очень хорошо растворим в воде. 10 % раствор аммиака называется нашатырным спиртом и используется в медицине.

3. Какую химическую связь называют водородной? В чем особенности водородной связи? Что можно сказать о прочности водородных связей по сравнению с ковалентными и ионными? Какое значение имеет водородная связь в химии и биологии?

Водородная связь — это химическая связь между атомами водорода и атомами сильно электроотрицательных элементов (фтор, кислород, азот). Водородная связь образуется обычно между двумя соседними молекулами. Например, она образуется между молекулами воды, спиртов, фтороводорода, аммиака.

Это очень слабая связь— примерно в 15-20 раз слабее ковалентной. Благодаря ей некоторые низкомолекулярные вещества образуют ассоциаты, что приводит к повышению температур плавления и кипения веществ.

Аномально высокие температуры плавления и кипения характерны для воды (если рассматривать водородные соединения VI группы). Все водородные соединения VI группы, кроме воды, являются газами.

Очень важную роль играет водородная связь в молекулах важнейших для живых существ соединений — белков и нуклеиновых кислот.

4. Приведите примеры веществ, между молекулами которых образуются водородные связи. Как это отражается на физических свойствах этих веществ?

Водородные связи образуются между молекулами воды спиртов, кислой, галогенводородов, при этом аномально увеличиваются температуры плавления и кипения.

5. На примере образования катиона аммония из молекулы аммиака объясните принцип образования ковалентной связи по донорно-акцептоному механизму. Является ли связь, образованная по донорно-акцепторному механизму, особым типом химической связи? Объясните, почему.

Катион аммония образуется в результате взаимодействия свободной (неподеленной / электронной пары атома азота молекулы аммиака с катионом водорода, переходящего к аммиаку от молекулы кислот или воды. Механизм образования ковалентной связи, которая возникает не в результате обобществления неспаренных электронов, а благодаря свободной электронной паре, имеющейся у одного из атомов, называют донорно-аклепторным. Т.е. Донорно-аклепторный — это не особый вид связи, а лишь особый механизм образования ковалентной связи.

6. Как изменится окраска фенолфталеина при добавлении его к нашатырному спирту? Объясните ответ, составив уравнение химической реакции.

7. Какую степень окисления имеет азот: а) в аммиаке; б) в хлориде аммония; в) в нитрате аммония; г) в сульфате аммония?

8. Используя метод электронного баланса, определите коэффициенты в следующей схеме химической реакции:

9. Почему азот в аммиаке проявляет только восстановительные свойства?

Аммиак проявляет только восстановительные свойства, т.к. азот находится в самой низкой степени окисления и не может больше принимать электроны.

10. Как получают аммиак: а) в промышленности; б) в лабораторных условиях?

Сохраните или поделитесь с одноклассниками:

Аммиа́к (нитрид водорода, аммониа́к, химическая формула — NH3) — бинарное неорганическое химическое соединение, молекула которого состоит из одного атома азота и трёх атомов водорода.

При нормальных условиях, аммиак — это бесцветный газ с резким характерным запахом.

Аммиак относится к числу важнейших продуктов химической промышленности, ежегодное его мировое производство превышает 180 млн тонн.

Физические свойстваПравить

Плотность аммиака почти вдвое меньше, чем у воздуха. Токсичен, ПДКр.з. составляет 20 мг/м3 — 4-й класс опасности (малоопасные вещества) в соответствии ГОСТ 12.1.007-76. Растворимость аммиака 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 — англ.  (хладагент), 7 — тип хладагента (неорганическое соединение), 17 — молекулярная масса.

Молекула аммиака имеет форму треугольной 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  ), четвёртая пара внешних электронов является неподелённой, она может образовать ковалентную связь по донорно-акцепторному механизму с ионом водорода, образуя ион аммония  . Несвязывающее двухэлектронное облако строго ориентировано в пространстве, поэтому молекула аммиака обладает высокой полярностью, что приводит к его хорошей растворимости в воде.

В жидком аммиаке молекулы связаны между собой водородными связями. Сравнение физических свойств жидкого аммиака с водой показывает, что аммиак имеет более низкие температуры кипения (tкип −33,35 °C) и плавления (tпл −77,70 °C), а также меньшие плотность, вязкость (в 7 раз меньше вязкости воды), проводимость (почти не проводит электрический ток) и диэлектрическую проницаемость. Это в некоторой степени объясняется тем, что прочность водородных 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 даёт возможность образовывать разветвлённую сеть водородных связей между несколькими молекулами. Аммиак легко переходит в бесцветную жидкость с плотностью , сильно преломляющую свет. Подобно воде, жидкий аммиак сильно ассоциирован, главным образом за счёт образования водородных связей. Жидкий аммиак — хороший растворитель для очень большого числа органических, а также для многих неорганических соединений. Твёрдый аммиак — кубические кристаллы.

Химические свойстваПравить

Амиды, имиды и нитриды ряда металлов образуются в результате некоторых реакций в среде жидкого аммиака. Нитриды можно получить нагреванием металлов в атмосфере азота.

Амиды металлов являются аналогами гидроксидов. Эта аналогия усиливается тем, что ионы   и  , а также молекулы   и   изоэлектронны. Амиды являются более сильными основаниями, чем гидроксиды, а следовательно, подвергаются в водных растворах необратимому гидролизу:

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:   — нерастворим,   — малорастворим,  ,   и   — хорошо растворимы.

(реакция обратима),
  (без катализатора, при повышенной температуре),
  (в присутствии катализатора, при повышенной температуре).

На восстановительной способности   основано применение нашатыря   для очистки поверхности металла от оксидов при их пайке:

Окисляя аммиак гипохлоритом натрия в присутствии желатина, получают гидразин:

Концентрированная хлорная кислота окисляет аммиак до азотной кислоты:

• Галогены (хлор, йод) образуют с аммиаком опасные взрывчатые вещества — галогениды азота (хлористый азот, иодистый азот).
• С галогеноалканами аммиак вступает в реакцию нуклеофильного присоединения, образуя замещённый ион аммония (способ получения аминов):

• 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).
• При 1000 °C аммиак реагирует с углём, образуя синильную кислоту   и частично разлагаясь на азот и водород. Также он может реагировать с метаном, образуя ту же самую синильную кислоту:

ИсторияПравить

Аммиак сжижается при температуре −36 °С, или комнатной температуре и давлении около 8,5 атмосфер, что делает удобным его хранение и транспортировку в жидком виде (см. аммиакопровод).

Жидкий аммиак, хотя и в незначительной степени, диссоциирует на ионы (автопротолиз), в чём проявляется его сходство с водой:

Константа самоионизации жидкого аммиака при −50 °C составляет примерно 10−33 (моль/л2).

Жидкий аммиак, как и вода, является сильным ионизирующим растворителем, в котором растворяется ряд активных металлов: щелочные, щёлочноземельные,  ,  , а также   и  . В отличие 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   составляет несколько десятков процентов. В жидком аммиаке   также растворяются некоторые интерметаллиды, содержащие щелочные металлы, например,  .

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 щёлочноземельные — в виде комплексов с аммиаком  , обладающих металлической проводимостью. При слабом нагревании эти комплексы разлагаются на металл и  .

Растворённый в   металл постепенно реагирует с образованием амида:

Получающиеся в результате реакции с аммиаком амиды металлов содержат отрицательный ион  , который также образуется при самоионизации аммиака. Таким образом, амиды металлов являются аналогами гидроксидов. Скорость реакции возрастает при переходе от   к  . Реакция значительно ускоряется в присутствии даже небольших примесей  .

Металлоаммиачные растворы обладают металлической проводимостью, в них происходит распад атомов металла на положительные ионы и сольватированные электроны, окружённые молекулами  . Металлоаммиачные растворы, в которых содержатся свободные электроны, являются сильнейшими восстановителями.

Из-за такой различной растворимости многие реакции в среде жидкого аммиака протекают иначе, чем в воде. Например:

В воде эта реакция протекает в обратную сторону.

КомплексообразованиеПравить

Благодаря своим электронодонорным свойствам молекулы NH3 могут входить в качестве лиганда в состав комплексных соединений. Так, введение избытка аммиака в растворы солей d-металлов приводит к образованию их аминокомплексов:

Биологическая рольПравить

Аммиак является также конечным побочным продуктом метаболизма аминокислот, а именно продуктом их дезаминирования, катализируемого такими ферментами, как глутамат-дегидрогеназа. Экскреция аммиака в неизменённом виде является обычным путём детоксикации аммиака у водных существ (рыбы, водные беспозвоночные, отчасти амфибии). У млекопитающих, включая человека, аммиак обычно быстро превращается в мочевину, которая гораздо менее токсична и, в частности, имеет менее щелочную реакцию и меньшую реакционную способность в качестве восстановителя. Мочевина является основным компонентом сухого остатка мочи. Большинство птиц, пресмыкающихся, насекомых, паукообразных, однако, выделяют в качестве основного нитрогенного остатка не мочевину, а мочевую кислоту.

Менее выраженная, однако клинически существенная, гипераммониемия может наблюдаться при любых процессах, при которых наблюдается повышенный катаболизм белков, например при обширных ожогах, синдроме сдавления или размозжения тканей, обширных гнойно-некротических процессах, гангрене конечностей, сепсисе и т. д., а также при некоторых эндокринных нарушениях, таких как сахарный диабет, тяжёлый тиреотоксикоз. Особенно высока вероятность возникновения гипераммониемии при этих патологических состояниях в тех случаях, когда патологическое состояние, помимо повышенного катаболизма белков, вызывает также выраженное нарушение детоксицирующей функции печени или выделительной функции почек.

Физиологическое действие и токсикологияПравить

Аммиак относится к токсичным веществам, по ГОСТ 12.1.007-76 его относят к 4-му уровню опасности.

По физиологическому действию на организм относится к группе веществ удушающего и нейротропного действия, способных при ингаляционном поражении вызвать токсический отёк лёгких и тяжёлое поражение нервной системы. Аммиак обладает как местным, так и резорбтивным действием.

Раздражение зева проявляется при содержании аммиака в воздухе 280 мг/м3, глаз — 490 мг/м3. При действии в очень высоких концентрациях аммиак вызывает поражение кожи: 7—14 г/м3 — эритематозный, 21 г/м3 и более — буллёзный дерматит. Токсический отёк лёгких развивается при воздействии аммиака в течение часа с концентрацией 1,5 г/м3. Кратковременное воздействие аммиака в концентрации 3,5 г/м3 и более быстро приводит к развитию общетоксических эффектов.

ПрименениеПравить

В основном используется для производства азотных удобрений (нитрат и сульфат аммония, мочевина), взрывчатых веществ и полимеров, азотной кислоты (контактным методом), соды (по аммиачному методу) и других продуктов химической промышленности. Жидкий аммиак используют в качестве растворителя.

В холодильной технике используется в качестве холодильного агента (R717) (см. «Аммиачная холодильная установка»).

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).

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 0,5—1 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 кипячёной воде и моют руки.

Поскольку аммиак является 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.

ПолучениеПравить

Промышленный способ получения аммиака основан на прямом взаимодействии водорода и азота (процесс Габера):

+ 91,84 кДж.

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.

Применение катализатора (пористое железо с примесями Al2O3 и K2O) позволило ускорить достижение равновесного состояния. Интересно, что при поиске катализатора на эту роль пробовали более 20 тысяч различных веществ.

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.

Для получения аммиака в лаборатории используют действие сильных щелочей на соли аммония:

Обычно лабораторным способом аммиак получают слабым нагреванием смеси хлорида аммония с гашёной известью.

Для осушения аммиака его пропускают через смесь извести с едким натром.

Расходные нормы на тонну аммиака

При укусах насекомых аммиак применяют наружно в виде примочек. 10 % водный раствор аммиака известен как нашатырный спирт.

Возможны побочные действия: при продолжительной экспозиции (ингаляционное применение) аммиак может вызвать рефлекторную остановку дыхания.

Местное применение противопоказано при дерматитах, экземах, других кожных заболеваниях, а также при открытых травматических повреждениях кожных покровов.

При случайном поражении аммиаком слизистой оболочки глаза — промыть глаза водой (по 15 раз через каждые 10 мин) или 5 % раствором борной кислоты, не растирая глаза. Масла и мази не применяют. При поражении носа и глотки — 0,5 % раствор лимонной кислоты или натуральные соки. В случае приёма внутрь — пить воду, фруктовый сок, молоко, лучше — 0,5 % раствор лимонной кислоты или 1 % раствор уксусной кислоты до полной нейтрализации содержимого желудка.

Взаимодействие с другими лекарственными средствами малоизучено.

Производители аммиакаПравить

Производители аммиака в России

На долю России приходится около 9 % мирового выпуска аммиака. Россия — один из крупнейших мировых экспортёров аммиака. На экспорт поставляется около 25 % от общего объёма производства аммиака, что составляет около 16 % мирового экспорта.

По итогам 2014 года в России было произведено 14,8 млн тонн аммиака (+2 % к 2013 году) (по данным Росстата). Производство аммиака в России сконцентрировано в Приволжском федеральном округе (46 % по итогам 2014 года). Далее следуют Центральный федеральный округ (23 %) и Северо-Западный федеральный округ (16 %).

Порядка 25 % российского производства аммиака отправляется на экспорт. Так, в 2014 году объём российского экспорта аммиака (по данным ФТС) составил 3,6 млн тонн (+6 % к 2013 году) на сумму 1,6 млрд долл. США.