Аміак, Nh 3 , проста хімічна сполука азоту з воднем. Один з найважливіших продуктів хімічної промисловості; синтез А. з азоту повітря і водню — основний метод здобуття т.з. зв'язаного азоту . У природі А. утворюється при розкладанні азотвмісних органічних речовин. Назва «А.» — скорочене від греч.(грецький) hals ammoniakos або лат.(латинський) sal ammoniacus; так називався нашатир (амонія хлорид ), який отримували в оазисі Аммоніум (нині Сива) в Лівійській пустелі.
Фізичні і хімічні властивості. А. — безбарвний газ з різким задушливим запахом і їдким смаком. Щільність газоподібного А. при 0°С і 101,3 кн/м 2 (760 мм рт. ст. ) 0,7714 кг/м 3 , t кіп —33,35°С, t пл —77,70°С, t кpіт 132,4°С, тиск критичний 11,28 Мн/м 2 (115,0 кгс/см 2 ), щільність критична 235 кг/м 3 , теплота випару 23,37 кдж/моль (5,581 ккал/міль ). Суха суміш А. з повітрям здатна вибухати; кордони вибуховості при кімнатній температурі лежать в межах 15,5—28% А., з підвищенням температури кордону розширюються. А. добре розчинимо в воді (при 0°С об'єм води поглинає близько 1200 об'ємів А., при 20 °С — близько 700 об'ємів А.). При 20°С і 0,87 Мн/м 2 (8,9 кгс/см 2 ) А. легко переходить в безбарвну рідину з щільністю 681,4 кг/м 3 , сильно заломлюючу світло. Подібно до води, рідкий А. сильно асоційований, головним чином за рахунок утворення водневих зв'язків . Рідкий А. практично не проводить електричний струм. Рідкий А. — хороший розчинник для дуже великого числа органічних, а також для багатьох неорганічних з'єднань. Твердий А. — безбарвні кубічні кристали.
Молекула А. має форму правильної тригонометричної піраміди з атомом N у вершині; кути між зв'язками H—N—H 108°, міжатомні відстані H—N—H 1,015, H—H 1,64.
Цікавою властивістю молекул А. є їх здібність до структурної інверсії, тобто до «вивертання навиворіт» шляхом проходження атома азоту крізь утворену атомами водню плоскість підстави піраміди. Інверсія пов'язана з випромінюванням строго певної частоти, на основі чого була створена апаратура для дуже точного визначення часу (молекулярні генератори). Такий «молекулярний годинник» дозволив, зокрема, встановити, що тривалість земної доби щорік зростає на 0,43 мсек . Дипольний момент молекули А. рівний 1,43 D . Завдяки відсутності неспарених електронів А. діамагнітен.
А. — вельми реакционноспособноє з'єднання. За рахунок наявності неподіленої електронної пари в атома N особливо характерні і легко осуществіми для А. реакції приєднання. Найбільш важлива реакція приєднання протона до молекули А., ведуча до утворення іона амонія Nh + 4 , який в з'єднаннях з аніонами кислот поводиться подібно до іонів лужних металів. Такі реакції відбуваються при розчиненні А. у воді з утворенням слабкої підстави — амонія гідроокису Nh 4 ВІН, а також при безпосередній взаємодії А. з кислотами. Поширений тип реакцій приєднання — утворення аміакатів при дії газоподібного або рідкого А. на солі. Для А. характерні також реакції заміщення. Лужні і лужноземельні метали реагують з рідким і газоподібним А., утворюючи залежно від умов нітрид (Na 3 N) або аміди (Nanh 2 ). А. реагує також з сіркою, галогенами, вугіллям, Co 2 і ін. До окислювачів в звичайних умовах А. досить стійкий, проте, будучи підпалений, він горить в атмосфері кисню, утворюючи воду і вільний азот. Каталітичним окисленням А. отримують окисел азоту, що перетворюється потім на азотну кислоту .
Здобуття і вживання. У лабораторних умовах А. може бути отриманий витісненням його сильними лугами з амонієвих солей за схемою: 2nh 4 CI + Ca(ВІН) 2 = 2nh 3 + Cacl 2 + 2h 2 O. Старий промисловий спосіб здобуття А. — виділення його з газів, що відходять, при коксуванні вугілля. Основний сучасний спосіб промислового здобуття А. — синтез з елементів — азоту і водню, запропонований в 1908 німецьким хіміком Ф. Габером.
Найбільш поширеним і економічним методом здобуття технологічного газу для синтезу А. є конверсія вуглеводневих газів. Вихідною сировиною в цьому процесі служить природний газ, а також попутні нафтові гази, гази нафтопереробки, залишкові гази виробництва ацетилену. Суть конверсійного методу здобуття азото-водневої суміші полягає в розкладанні при високій температурі метану і його гомологів на водень і окисел вуглецю за допомогою окислювачів — водяної пари і кисню. До конвертованого газу при цьому додають атмосферне повітря або повітря, збагачене киснем. Синтез А. з простих речовин
протікає з виділенням тепла і зменшенням об'єму. Найбільш сприятливими, з точки зору рівноваги, умовами освіти А. є можливо нижча температура і можливий вищий тиск. Без каталізаторів реакція синтезу А. взагалі не відбувається. У промисловості для синтезу А. використовують виключно залізні каталізатори, що отримуються відновленням сплавлених оксидів заліза Fe 3 O 4 з активаторами (Al 2 O 3 , K 2 O, CAO, Sio 2 , а інколи і MGO). Важливий етап процесу синтезу — очищення газової суміші від каталітичних отрут (до них відносяться речовини, S, що містять, O 2 , Se, P, As, пари води, CO і ін.).
Способи виробництва синтетичного А. розрізняються по вживаному тиску: системи низького (10—15 Мн/м 2 ), середнього (25—30 Мн/м 2 ) і високого тиску. Найбільш поширені системи середнього тиску (30 Мн/м 2 і 500°С) (1 Мн/м 2 ( 10 кгс/см 2 ). Для збільшення міри використання газу в сучасних системах синтезу А. застосовують багатократну циркуляцію азото-водневої суміші — круговий аміачний цикл (см. рис . ).
Свіжий газ (азото-воднева суміш) і що не прореагували, т.з. циркуляційні гази поступають спочатку у фільтр 1 , де вони очищаються від сторонніх домішок, потім в міжтрубний простір конденсаційної колони 2 , віддаючи своє тепло газу, рухомому по трубках колони. Далі гази проходять через випарник 3 , в якому відбуваються їх подальше охолоджування і конденсація А., захопленого циркуляційними газами. Охолоджена суміш газів і що сконденсувався А. з випарника прямують в розділову частину (сепаратор) конденсаційної колони, де рідкий А. відділяється і як готовий продукт виводиться по трубі в резервуар 9 . Газоподібний А., той, що виходить з випарника, проходя бризгоуловітель 4 , звільняється від крапель рідкого А. і прямує в цех переробки або в холодильну установку на зріджування. Гази, звільнені від А., з сепаратора поступають в колону синтезу 5 . Колона синтезу усередині має каталізаторную коробку з трубчастою або поличною насадкою і теплообмінник. Гази, проходячи через колону синтезу, реагують між собою; газова суміш, що виходить з колони, містить 15 — 20% А. Далєє ці гази поступають в конденсатор 6 , де і відбувається зріджування А. Жідкий А. відділяється в сепараторові 7 і поступає в резервуар 9 , а гази, що не прореагували, подаються циркуляційним насосом 8 у фільтр 1 для змішення зі свіжою азото-водневою сумішшю.
А. використовується для здобуття азотної кислоти, азотвмісних солей, сечовини,синильної кислоти, сода по аміачному методу. Оскільки рідкий А. має велику теплоту випару, то. він служить робочою речовиною холодильних машин. Рідкий А. і його водні розчини застосовують як рідкі добрива . Великі кількості А. йдуть на аммонізацию суперфосфату і тукових сумішей.
А. отруйний. Він сильно дратує слизисті оболонки. Гостре отруєння А. викликав ураження очей і дихательних доріг, задишку, запалення легенів. Гранично допустимою концентрацією А. в повітрі виробничих приміщень вважається 0,02 г/м 3 . А. зберігають в сталевих балонах, забарвлених в жовтий колір, з чорним написом — А.
