Ammoniaak on üks enim toodetud kemikaale maailmas. Ühend on kergesti sünteesitav ja seda kasutatakse mitmel erineval viisil. Ammoniaaki ja selle reaktsioone saate uurida ühendi kohta lugedes või sellega laboris katsetades, olenevalt teie keemiaalasest taustast ja juurdepääsust seadmetele. Leiate, et ammoniaak võib reageerida mitmel viisil ja isegi ühendi süntees nõuab ettevalmistamist.
1
Uurige ammoniaagi kasutamist põllumajanduses. Lämmastik on taimede kasvuks hädavajalik. Võite segada ammoniaaki pinnasesse, kus bakterid seda metaboliseerivad. Saadud ühendid on nitrit (NO2) ja nitraat (NO3). Taimed saavad neid ühendeid kasvuks hõlpsasti kasutada. Et saada lisateavet ammoniaagi koguse kohta mullas, ekstraheerige lämmastikuühendid mullast laboritestiga. Pange proov ahju (~850 °C (1560 °F)) ja lisage rohkelt hapnikku. Sellel temperatuuril lämmastikuühendid põlevad, mille tulemuseks on gaasilised lämmastikoksiidid (NOx). Gaase saab analüüsimiseks koguda ja lämmastiku kogust teie mullaproovis saab määrata olemasolevate NOx gaaside mahu järgi.
2
Tutvuge ammoniaagi nimetatud reaktsioonidega. Ammoniaagil on palju kasutusviise ja mõned spetsiifilisemad reaktsioonid on nimetatud. Lämmastikhappe sünteesi nimetatakse Ostwaldi protsessiks ja see hõlmab ammoniaagi ühendamist liigse hapnikuga tingimustes, mis annavad lämmastikdioksiidi. Seejärel juhitakse NO2 läbi vee, mis neelab gaasi ja muudab selle lämmastikhappeks. Solvay protsess mullitab süsinikdioksiidi läbi soolase vee ja ammoniaagi lahuse, et saada naatriumkarbonaat (soodatuhk). Loetelu jätkub ja need konkreetsed reaktsioonid said oma nimed, kuna rahuldasid teatud vajaduse ammoniaagiühendit kasutades.
3
Mõelge, kuidas ammoniaak mõjutab kääritamist. Veini kääritamise ajal esineb ammoniaak ammooniumioonina (NH4+). Seda ühendit kasutab pärm aminohapete ja muude rakuliste materjalide tootmiseks. Ilma lämmastikuta ei suudaks pärm paljuneda ja viinamarjades sisalduvat suhkrut etanooliks muuta.
4
Tea, kuidas ammoniaak vees toimib. Vees toimib ammoniaak prootoni aktseptorina ehk Lewise alusena. See tähendab, et NH3+ moodustamiseks võtab see veest kergesti vesiniku molekuli. See moodustab OH molekule ja tõstab lahuse pH-d. Ammoniaagi head lahustuvust saab katseliselt näidata, keerates gaasilise ammoniaagi toru vees tagurpidi. Kui ammoniaak lahustub vees, tõuseb veetase torus.
5
Mõistke ammoniaagi molekuli stabiilsust. Ammoniaak on enamikus tingimustes stabiilne. Ta talub kokkupuudet valguse või kuumusega. Kuigi ammoniaak on söövitav, ei korrodeeri see pehmet ega roostevaba terast ega klaasi, kuid kahjustab tsingitud terast, vaske, tsinki ja mõningaid teisi metalle. Ammoniaak võib mõne metalliga moodustada plahvatusohtlikke ühendeid. Sel põhjusel ei tohiks hõbedat ja elavhõbedat ammoniaagiga kokku puutuda.
6
Kaaluge ammoniaaki aluselistes või happelistes tingimustes. Ammoniaak reageerib kergesti hapetega, moodustades soolasid. Siia kuuluvad tugevad happed, nõrgad happed ja Lewise happed (prootonidoonorid). Hapetega reageerimise võime tõttu ei võimalda ammoniaak tugevalt happelisi lahuseid. Siiski lahustab see mõningaid aluseid, et luua tugevalt aluselisi lahuseid. Ammooniumsulfaati saab kergesti valmistada laboris. Segage väävelhape ja ammoniaak kokku, keetke õrnalt ja valage aurustusnõusse. Vee aurustumisel sadestuvad aurustusnõule ammooniumsulfaadi kristallid. Väävelhape on väga söövitav. Kandke kaitseprille, kindaid ja kaitseriietust. Ärge hingake sisse väävelhappe ega ammoniaagi aure.
7
Uurige ammoniaagi reaktsioone halogeenidega. Ammoniaak reageerib halogeenidele väga ägedalt. Selle tulemuseks on teatud tüüpi reaktsioon, mida nimetatakse ammonolüüsiks. Nendes reaktsioonides asendatakse ammoniaagis vähemalt üks vesinikuaatom teist tüüpi aatomiga. Kuigi ammonolüüs on ammoniaagi ja halogeenide vahel väga levinud, ei piirdu see ainult halogeenidega. Ka teised ühendid võivad vesinikku asendada. Selle ohutut varianti saate jälgida, kui leotage vatitupsu ammoniaagis ja teist vatitikku vesinikkloriidis. Asetage vatid klaastoru vastastesse otstesse ja oodake, kuni ilmub valge pulbri rõngas. See pulber on ammooniumkloriid.
8
Pidage meeles redoksreaktsioone. Oksüdatsiooni-redutseerimis- (või redoks-) reaktsioonid toimuvad ka ammoniaagiga. Kõige olulisem on see, et ammoniaak põleb gaasilise hapniku juuresolekul, tekitades H2O ja N2 (lämmastikgaas). Ammoniaaki saab kasutada ka kuumade metallide (nt vaskoksiidi) oksüdatsiooni vähendamiseks oksüdeerimata (või vähem) olekusse. Ammoniaagi potentsiaali näitamiseks redoksreaktsioonideks võite süüdata ammooniumdikromaadi (VI) ja jälgida reaktsiooni. Tehke seda tõmbekapis kuumakindlal pinnal ettevaatlikult.
9
Tea, et lämmastik ja vesinik on vajalikud reagendid. Vaatleme ammoniaagi NH3 keemilist võrrandit. Sellest võrrandist saate aru, et üks lämmastikumolekul peab ühendi moodustamiseks seostuma 3 vesiniku molekuliga. Seda protsessi alustatakse 3 vesiniku ja 1 lämmastiku suhte sisestamisega katalüsaatorit sisaldavasse keemilisse reaktorisse.
10
Mõistke, et reaktsiooni kiirendamiseks on vaja katalüsaatorit. Kõigepealt peaksite teadma, et katalüsaator ei reageeri otseselt reagentidega. Mõelge sellele kui võimalusele kiirendada reaktsiooni, mis niikuinii juhtuks. Ammoniaagi moodustumisel on katalüsaatoriks rauaühend, mis sisaldab kaaliumhüdroksiidi. Pange tähele, et katalüsaatori kasutamine kiirendab ainult reaktsiooni kiirust ja ei suurenda lõpuks moodustunud ammoniaagi üldist protsenti.
11
Mõelge soojuse mõjule sünteesireaktsioonile. Mõistke, et temperatuur on ammoniaagi tootmisel kahe teraga mõõk. N ja H parimal viisil NH3-ks muundamiseks saate temperatuure alandada. Negatiivne külg on see, et temperatuuri langetades aeglustate ka reaktsiooni. Enamik ammoniaagitootjaid kasutab temperatuuri vahemikus 400–450 °C (752–842 °F). Le Chatelieri põhimõte reguleerib, kuidas kuumus mõjutab N ja H nihet NH3-ks.
12
Mõelge, kuidas rõhk reaktsiooni muudab. Samuti saate rõhu muutustega muuta N ja H konversiooni NH3-ks. Kui kasutate kõrgemat rõhku, lähendate molekulid üksteisele ja soodustate reaktsiooni, mis moodustab ammoniaagi. Enamik tootjaid kasutab mõõdukalt kõrget rõhku, umbes 200 atmosfääri. Äärmiselt kõrgete rõhkude tekitamine on kallis (rõhu tekitamiseks ja selle ohjeldamiseks peate ostma seadmed), seetõttu otsitakse sageli keskteed ammoniaagi kuluefektiivseks tootmiseks. .
13
Uurige toodetud ammoniaagi ekstraheerimistehnikat. Kui olete ammoniaagi edukalt tootnud, on see kõrgel temperatuuril ja rõhul teiste gaaside (eriti lämmastikgaasi ja vesinikugaasi) hulgas. Õnneks saate ammoniaaki vedeldada kergemini kui lämmastikku või vesinikku. Peaksite gaasid jahutama umbes 34,4 °C-ni, et ammoniaak saaks vedelikuna välja sadestuda. Ülejäänud gaasid suunatakse ringlusse läbi reaktsioonikambri, et toota rohkem ammoniaaki.