氨
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氨[11](英語:Ammonia,或稱氨氣、無水氨,曾音譯作氬、阿摩尼亞,分子式為NH3)是無色氣體,有強烈刺激氣味(尿味),極易溶於水。常溫常壓下,1單位體積水可溶解700倍體積的氨。[5]氨對地球上的生物相當重要,是所有食物和肥料的重要成分。氨也是很多藥物和商業清潔用品直接或間接的組成部分,具有腐蝕性等危險性質。
氨 | |
---|---|
IUPAC名 Ammonia [1] | |
系統名 Azane | |
別名 | 氮烷、阿摩尼亞 |
識別 | |
CAS號 | 7664-41-7 |
PubChem | 222 |
ChemSpider | 217 |
SMILES |
|
InChI |
|
InChIKey | QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYAF |
Beilstein | 3587154 |
Gmelin | 79 |
3DMet | B00004 |
UN編號 | 1005 |
EINECS | 231-635-3 |
ChEBI | 16134 |
RTECS | BO0875000 |
KEGG | D02916 |
MeSH | Ammonia |
性質 | |
化學式 | NH3 |
摩爾質量 | 17.0306 g·mol⁻¹ |
外觀 | 具有非常刺鼻的氣味的無色氣體 |
密度 | 0.86 kg/m3 (1.013 bar ,沸點) 0.769 kg/m3 (STP)[2] |
熔點 | −77.73 °C(−107.91 °F;195.42 K)[5] |
沸點 | −33.34 °C(−28.01 °F;239.81 K)[5] |
溶解性(水) | 1:700 (0℃,100kPa) |
溶解性 | 可溶於氯仿、乙醚、乙醇和甲醇 |
pKa | 32.5 (−33℃),[6] 10.5 (DMSO) |
pKb | 4.75 (與水反應)[5] |
黏度 |
|
結構 | |
分子構型 | 三角錐 |
偶極矩 | 1.42 D |
熱力學 | |
ΔfHm⦵298K | −46 kJ·mol−1[8] |
S⦵298K | 193 J·mol−1·K−1[8] |
危險性 | |
GHS危險性符號 [9] | |
GHS提示詞 | Danger |
H-術語 | H290, H301, H311, H314, H330, H334, H336, H360, H362, H373, H400 |
P-術語 | P202, P221, P233, P261, P263, P271, P273, P280, P305+351+338, P310[9] |
NFPA 704 | |
爆炸極限 | 15–28% |
PEL | 50 ppm (25 ppm ACGIH- TLV; 35 ppm STEL) |
致死量或濃度: | |
LD50(中位劑量)
|
0.015 mL/kg (人類口服) |
LC50(中位濃度)
|
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 (貓, 1 hr) 2000 ppm (小鼠, 4 hr) 4230 ppm (小鼠, 1 hr)[10] |
LCLo(最低)
|
5000 ppm (哺乳動物, 5 min) 5000 ppm (人類, 5 min)[10] |
相關物質 | |
其他陰離子 | 一水合氨 (NH3H2O) |
其他陽離子 | 銨 (NH4+) |
相關氫化物 | 氯化銨 (NH4Cl)、磷化氫、砷化氫、銻化氫、鉍化氫 |
相關化學品 | 肼、疊氮酸、鹽酸羥胺、氯胺 |
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。 |
由於氨有廣泛的用途,成為世界上產量最多的無機化合物之一,約八成用於製作化肥。2006年,氨的全球產量估計為1.465億噸,主要用於製造商業清潔產品。
製法
編輯實驗室製取
編輯
由於產物中含有水蒸氣,故反應物需用鹼石灰淨化。
注意不能用硝酸銨代替氯化銨,因硝酸銨不穩定且產物不單一;也不能用氫氧化鉀和氫氧化鈉代替氫氧化鈣,因為二者皆易吸收產物中的水,阻止進一步反應。吸收水蒸氣不能用濃硫酸和固體氯化鈣,因二者皆能與氨氣反應。
若有濃氨水,亦可加熱之,製備氨氣:
氮化物製法
編輯可以用氮化物與水反應或者疊氮化物分解。如:Li3N + 3H2O → 3LiOH + NH3↑
工業合成氨
編輯如今,工業製備氨氣主要是通過哈柏法,即在約700K及200個大氣壓下,以鐵為催化劑製成。然而此法耗費大量原料及能量,僅此一項即佔全球碳排放量的3%[12],消耗5%的天然氣[13],故有新的制氨法被提出。日本化學家細野秀雄提出用更有效的含釕[14][15]及鋇-鈰催化劑[16]催化氮氣與水的反應製得氨氣,此法已在日本投產使用[17][18]。
鑑定
編輯鑑定氨氣需將待測氣體通入水中溶解,然後用奈斯勒試劑(碘化汞鉀和氫氧化鉀的混合物)測試,溶液會變黃色:
NH4+ + 2[HgI4]2− + 4OH− → HgO·Hg(NH2)I + 7I− + 3H2O
氨水
編輯氨水(NH3(aq),也常寫成 NH4OH)又稱為阿摩尼亞水,指氨的水溶液,有強烈刺鼻氣味,具弱鹼性。
氨水中,氨氣分子發生微弱水解生成氫氧根離子及銨根離子。「氫氧化銨」事實上並不存在,只是對氨水溶液中的離子的描述,並無法從溶液中分離出來。
氨的在水中的電離可以表示為:
反應平衡常數 。
1M氨水的pH值為11.63,大約有0.42%的NH3變為NH4+。
用途
編輯反應
編輯絡合反應
編輯NH3分子中氮原子有一對孤對電子,可以作為電子對給予體(路易斯鹼)形成加合物。如氨在氫離子絡合生成銨離子:
NH3亦可與金屬離子如Ag+、Cu2+等發生錯合,生成錯合物:
氧化還原
編輯NH3分子中氮為-3價,在適當條件下可被氧化為N2或更高價氮化合物。
如NH3在純氧中燃燒,生成N2:
- (ΔHºr = –1267.20 kJ/mol)
可還原CuO為Cu:
常溫下NH3可與強氧化劑(如氯氣、過氧化氫、高錳酸鉀)直接反應:
酸鹼中和
編輯氨是帶弱鹼性的,會和酸發生酸鹼中和反應。例:HNO3+NH3→NH4NO3
氨與強酸反應,生成的鹽大多為弱酸性。氨與弱酸(如乙酸)反應,鹽則為中性。
酸鹼中和是放熱反應。
有機反應
編輯氨分子的氮上有一對孤對電子,而且帶部分負電荷,因此氨具有親核性。換言之,氨是個親核試劑,因此可與親電體反應。
例如,氨與鹵代烴發生雙分子親核取代反應生成胺。該反應又稱氨解反應。
- RX + NH3 → RNH2+ HX
液氨
編輯液氨(NH3)指的是液態的氨,為工業上氨氣的主要儲存形式。是一種常用的非水溶劑和致冷劑,也是除了水以外最常用的無機溶劑。不過由於它的揮發性和腐蝕性,液氨在儲存和運輸時發生事故的概率也相當高。
備注
編輯- ^ NOMENCLATURE OF INORGANIC CHEMISTRY IUPAC Recommendations 2005 (PDF). [2021-04-09]. (原始內容存檔 (PDF)於2021-03-28).
- ^ Gases – Densities. [3 March 2016]. (原始內容存檔於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. (原始內容存檔於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].[失效連結]
- ^ 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).
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- ^ 9.0 9.1 來源:Sigma-Aldrich Co., Ammonia (20 July 2013查閱).
- ^ 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]. (原始內容存檔於2022-07-28) (英語).
- ^ A physical catalyst for the electrolysis of nitrogen to ammonia | ORNL. www.ornl.gov. [2022-07-28] (英語).
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- ^ 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 (英語).
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