氨
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氨 | |
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IUPAC名 Ammonia [1] | |
系统名 Azane | |
别名 | 氮烷、阿摩尼亚 |
识别 | |
CAS号 | 7664-41-7 ![]() |
PubChem | 222 |
ChemSpider | 217 |
SMILES |
|
InChI |
|
InChIKey | QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYAF |
Beilstein | 3587154 |
Gmelin | 79 |
3DMet | B00004 |
UN编号 | 1005 |
EINECS | 231-635-3 |
ChEBI | 16134 |
RTECS | BO0875000 |
KEGG | D02916 |
MeSH | Ammonia |
性质 | |
化学式 | NH3 |
摩尔质量 | 17.0306 g·mol⁻¹ |
外观 | 具有非常刺鼻的气味的无色气体 |
密度 | 0.86 kg/m3 (1.013 bar ,沸点) 0.769 kg/m3 (STP)[2] |
熔点 | −77.73 °C(−107.91 °F;195.42 K)[5] |
沸点 | −33.34 °C(−28.01 °F;239.81 K)[5] |
溶解性(水) | 1:700 (0℃,100kPa) |
溶解性 | 可溶于氯仿、乙醚、乙醇和甲醇 |
pKa | 32.5 (−33℃),[6] 10.5 (DMSO) |
pKb | 4.75 (与水反应)[5] |
黏度 |
|
结构 | |
分子构型 | 三角锥 |
偶极矩 | 1.42 D |
热力学 | |
ΔfHm⦵298K | −46 kJ·mol−1[8] |
S⦵298K | 193 J·mol−1·K−1[8] |
危险性 | |
GHS危险性符号![]() ![]() ![]() | |
GHS提示词 | Danger |
H-术语 | H290, H301, H311, H314, H330, H334, H336, H360, H362, H373, H400 |
P-术语 | P202, P221, P233, P261, P263, P271, P273, P280, P305+351+338, P310[9] |
NFPA 704 | |
爆炸极限 | 15–28% |
PEL | 50 ppm (25 ppm ACGIH- TLV; 35 ppm STEL) |
致死量或浓度: | |
LD50(中位剂量)
|
0.015 mL/kg (人类口服) |
LC50(中位浓度)
|
40,300 ppm (大鼠, 10 min) 28,595 ppm (大鼠, 20 min) 20,300 ppm (大鼠, 40 min) 11,590 ppm (大鼠, 1 hr) 7338 ppm (大鼠, 1 hr) 4837 ppm (小鼠。 1 hr) 9859 ppm (兔子, 1 hr) 9859 ppm (猫, 1 hr) 2000 ppm (小鼠, 4 hr) 4230 ppm (小鼠, 1 hr)[10] |
LCLo(最低)
|
5000 ppm (哺乳动物, 5 min) 5000 ppm (人类, 5 min)[10] |
相关物质 | |
其他阴离子 | 一水合氨 (NH3H2O) |
其他阳离子 | 铵 (NH4+) |
相关氢化物 | 氯化铵 (NH4Cl)、磷化氢、砷化氢、锑化氢、铋化氢 |
相关化学品 | 肼、叠氮酸、盐酸羟胺、氯胺 |
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。 |
氨[11](英语:Ammonia,或称氨气、无水氨,曾音译作氩、阿摩尼亚,分子式为NH3)是无色气体,有强烈刺激气味(尿味),极易溶于水。常温常压下,1单位体积水可溶解700倍体积的氨。[5]氨对地球上的生物相当重要,是所有食物和肥料的重要成分。氨也是很多药物和商业清洁用品直接或间接的组成部分,具有腐蚀性等危险性质。
由于氨有广泛的用途,成为世界上产量最多的无机化合物之一,约八成用于制作化肥。2006年,氨的全球产量估计为1.465亿吨,主要用于制造商业清洁产品。
制法
[编辑]实验室制取
[编辑]
由于产物中含有水蒸气,故反应物需用碱石灰净化。
注意不能用硝酸铵代替氯化铵,因硝酸铵不稳定且产物不单一;也不能用氢氧化钾和氢氧化钠代替氢氧化钙,因为二者皆易吸收产物中的水,阻止进一步反应。吸收水蒸气不能用浓硫酸和固体氯化钙,因二者皆能与氨气反应。
若有浓氨水,亦可加热之,制备氨气:
氮化物制法
[编辑]可以用氮化物与水反应或者叠氮化物分解。如:Li3N + 3H2O → 3LiOH + NH3↑
工业合成氨
[编辑]如今,工业制备氨气主要是通过哈柏法,即在约700K及200个大气压下,以铁为催化剂制成。然而此法耗费大量原料及能量,仅此一项即占全球碳排放量的3%[12],消耗5%的天然气[13],故有新的制氨法被提出。日本化学家细野秀雄提出用更有效的含钌[14][15]及钡-铈催化剂[16]催化氮气与水的反应制得氨气,此法已在日本投产使用[17][18]。
鉴定
[编辑]鉴定氨气需将待测气体通入水中溶解,然后用奈斯勒试剂(碘化汞钾和氢氧化钾的混合物)测试,溶液会变黄色:
NH4+ + 2[HgI4]2− + 4OH− → HgO·Hg(NH2)I + 7I− + 3H2O
氨水
[编辑]氨水(NH3(aq),也常写成 NH4OH)又称为阿摩尼亚水,指氨的水溶液,有强烈刺鼻气味,具弱碱性。
氨水中,氨气分子发生微弱水解生成氢氧根离子及铵根离子。“氢氧化铵”事实上并不存在,只是对氨水溶液中的离子的描述,并无法从溶液中分离出来。
氨的在水中的电离可以表示为:
反应平衡常数。
1M氨水的pH值为11.63,大约有0.42%的NH3变为NH4+。
氨水是实验室中氨的常用来源。它可与含铜(II)离子的溶液作用生成深蓝色的配合物,也可用于配置银氨溶液等分析化学试剂。
用途
[编辑]- 氨水可被土中的土壤胶体吸附和被作物吸收,无残留物质,适用于各种土壤和作物。
- 由于氨拥有强烈的刺激性气味,在医疗方面,会用少量易于挥发的氨作为使人清醒的吸入剂。
- 生产硝酸
- 玻璃清洁剂
- 有八成的氨生产氮肥
- 航空燃料(X-15)
- 氨是最广泛用的制冷剂之一,可用于空调、冷藏和低温,能用于各种形式的制冷压缩机,蒸发温度可控制在5度至零下65度,代号R717。
反应
[编辑]络合反应
[编辑]NH3分子中氮原子有一对孤对电子,可以作为电子对给予体(路易斯碱)形成加合物。如氨在氢离子络合生成铵离子:
NH3亦可与金属离子如Ag+、Cu2+等发生错合,生成错合物:
氧化还原
[编辑]NH3分子中氮为-3价,在适当条件下可被氧化为N2或更高价氮化合物。
如NH3在纯氧中燃烧,生成N2:
- (ΔHºr = –1267.20 kJ/mol)
可还原CuO为Cu:
常温下NH3可与强氧化剂(如氯气、过氧化氢、高锰酸钾)直接反应:
酸碱中和
[编辑]氨是带弱碱性的,会和酸发生酸碱中和反应。例:HNO3+NH3→NH4NO3
氨与强酸反应,生成的盐大多为弱酸性。氨与弱酸(如乙酸)反应,盐则为中性。
酸碱中和是放热反应。
有机反应
[编辑]氨分子的氮上有一对孤对电子,而且带部分负电荷,因此氨具有亲核性。换言之,氨是个亲核试剂,因此可与亲电体反应。
例如,氨与卤代烃发生双分子亲核取代反应生成胺。该反应又称氨解反应。
- RX + NH3 → RNH2+ HX
液氨
[编辑]液氨(NH3)指的是液态的氨,为工业上氨气的主要储存形式。是一种常用的非水溶剂和致冷剂,也是除了水以外最常用的无机溶剂。不过由于它的挥发性和腐蚀性,液氨在储存和运输时发生事故的机率也相当高。
备注
[编辑]- ^ NOMENCLATURE OF INORGANIC CHEMISTRY IUPAC Recommendations 2005 (PDF). [2021-04-09]. (原始内容存档 (PDF)于2021-03-28).
- ^ Gases – Densities. [3 March 2016]. (原始内容存档于2006-03-02).
- ^ Yost, Don M. Ammonia and Liquid Ammonia Solutions. Systematic Inorganic Chemistry. READ BOOKS. 2007: 132 [2021-04-09]. ISBN 978-1-4067-7302-6. (原始内容存档于2021-04-12).
- ^ Blum, Alexander. On crystalline character of transparent solid ammonia. Radiation Effects and Defects in Solids. 1975, 24 (4): 277. doi:10.1080/00337577508240819.
- ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 氨;氨气;ammonia. 化工引擎. [2008-05-06].[失效链接]
- ^ Perrin, D. D., Ionisation Constants of Inorganic Acids and Bases in Aqueous Solution; 2nd Ed., Pergamon Press: Oxford, 1982.
- ^ Iwasaki, Hiroji; Takahashi, Mitsuo. Studies on the transport properties of fluids at high pressure. The Review of Physical Chemistry of Japan. 1968, 38 (1).
- ^ 8.0 8.1 Zumdahl, Steven S. Chemical Principles 6th Ed.. Houghton Mifflin Company. 2009: A22. ISBN 978-0-618-94690-7.
- ^ 9.0 9.1 来源:Sigma-Aldrich Co., Ammonia (20 July 2013查阅).
- ^ 10.0 10.1 Ammonia. Immediately Dangerous to Life and Health Concentrations (IDLH). National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
- ^ (拼音:ān)拼音:ān,注音:ㄢ,音同“安”
- ^ University, Lehigh. Electrochemically-produced ammonia could revolutionize food production. phys.org. [2022-07-28]. (原始内容存档于2022-07-28) (英语).
- ^ A physical catalyst for the electrolysis of nitrogen to ammonia | ORNL. www.ornl.gov. [2022-07-28] (英语).
- ^ Kuganathan, Navaratnarajah; Hosono, Hideo; Shluger, Alexander L.; Sushko, Peter V. Enhanced N 2 Dissociation on Ru-Loaded Inorganic Electride. Journal of the American Chemical Society. 2014-02-12, 136 (6). ISSN 0002-7863. doi:10.1021/ja410925g (英语).
- ^ Hara, Michikazu; Kitano, Masaaki; Hosono, Hideo. Ru-Loaded C12A7:e – Electride as a Catalyst for Ammonia Synthesis. ACS Catalysis. 2017-04-07, 7 (4). ISSN 2155-5435. doi:10.1021/acscatal.6b03357 (英语).
- ^ Kitano, Masaaki; Kujirai, Jun; Ogasawara, Kiya; Matsuishi, Satoru; Tada, Tomofumi; Abe, Hitoshi; Niwa, Yasuhiro; Hosono, Hideo. Low-Temperature Synthesis of Perovskite Oxynitride-Hydrides as Ammonia Synthesis Catalysts. Journal of the American Chemical Society. 2019-12-26, 141 (51). ISSN 0002-7863. doi:10.1021/jacs.9b10726 (英语).
- ^ Ajinomoto Co., Inc., UMI, and Tokyo Institute of Technology Professors Establish New Company to implement the World’s First On-Site Production of Ammonia.-- Targeting low-cost, stable supply of amino acids and other fermentation materials, and their applications in agricultural fertilizers --. presscenter | Ajinomoto Group | Ajinomoto Co., Inc., UMI, and Tokyo Institute of Technology Professors Establish New Company to implement the World’s First On-Site Production of Ammonia.-- Targeting low-cost, stable supply of amino acids and other fermentation materials, and their applications in agricultural fertilizers --. [2022-07-28] (英语).
- ^ Tsubame BHB Launches Joint Evaluation with Mitsubishi Chemical – Ammonia Energy Association. [2022-07-28]. (原始内容存档于2022-05-19) (美国英语).
参见
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