Amoniak

Identifikace
Amonný ion


Znázornění amonného iontu
N O CAS	14798-03-9
PubChem	223
ÚSMĚVY	N (H) (H) (H) H PubChem , 3D pohled
InChI	InChI: 3D pohled InChI = 1S / H3N / h1H3 / p + 1 InChIKey: QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O
Chemické vlastnosti
Hrubý vzorec	H 4 NNH 4+
Molární hmotnost	18,0385 ± 0,0005 g / mol H 22,35%, N 77,65%,
pKa	9,25 při 25 ° C

Jednotky SI a STP, pokud není uvedeno jinak.

Amonný iont surového vzorce N H 4 + je víceatomový iontů s kladným elektrickým nábojem. Tento polyatomový kation má čtyřstěnnou strukturu, přičemž atom dusíku N zabírá střed a čtyři atomy vodíku zaujímají ekvivalentní vrcholy čtyřstěnu . Získává se protonace z amoniaku (NH 3 ); někdy se prezentuje jako ionizovaná molekula amoniaku .

Amonný iont je přítomen v mnoha čisticích a dezinfekčních výrobcích, počínaje amoniakem . Před objevením jeho skutečné struktury chemiky to byl analog alkalického kovu nebo zásady . Proto například označení těkavé zásady amoniaku. Jeho použití je staré, je přítomen v sal amoniaku NH 4 Cl, tj. přírodní minerální tělo salmiac . To je také přítomný v sulfidu amonného (NH 4 ) 2 S, staré činidlo oceněné chemickou analýzou .

Případ vodných roztoků

Rozpuštění NH 4 + ve vodě odpovídá následující rovnici:

{\ rm {NH_ {4} ^ {{+}} + H_ {2} O \ Rightarrow NH_ {3} + H_ {3} O ^ {{+}}}}

Zatímco příprava vodného roztoku hydroxidu amonného ( amoniak ) je:

{\ rm {NH_ {3} + H_ {2} O \ Rightarrow NH_ {4} ^ {{+}} + OH ^ {{-}}}}

Jedná se reakce kyselina-báze , z nichž kyselina / báze pár následující: . ${\ rm {NH_ {4} {} ^ {+} / NH_ {3}}}$

Tento pár má konstantu kyselosti Ka = 5,62 × 10 -10 ; proto říci, že kyselina disociační konstanta NH 4 +je pK a = 9,25. Ve vodě se amoniak částečně disociuje a vytváří iontový roztok, který vede elektřinu .

Obecný případ

V obecném případě máme:

{\ rm {NH_ {4} ^ {+} \ Rightarrow H ^ {+} + NH_ {3}}}

Jedná se o reverzibilní reakci, při které vzniká velmi slabá Brönstedova amonná kyselina. Hladina vytvořeného amoniaku závisí na pH, pokud se pracuje v roztoku. Pokud se pracuje s parami amoniaku, může reagovat s HCl za vzniku komplexu . ${\ rm {NH_ {4} ^ {{+}}; Cl ^ {{-}}}}$

Amonium často tvoří sůl s aniontem . Většina amonných solí je rozpustných ve vodě.

Spojení s aminy

Každý atom z vodíkového iontu může být substituován „ substituovaná “ skupinou alkylovou nebo jiné organické skupiny sestávající z uhlíkových řetězců nebo jiné substituenty za vzniku uvedeného iontového substituované amonium „ amonný ion “ nebo ionty amonné „ primární “, „ sekundární “, „ terciární “ nebo „ kvartérní “ (v závislosti na počtu substituovaných atomů vodíku).
Tyto ionty jsou konjugované kyseliny z aminů , s výjimkou kvartérní amonia , které nelze vzdát proton . Kromě kvartérního amonia existují v rovnováze se svými nahrazenými aminy, v závislosti na pH.

Vzorec je typu N + R 4, kde jeden nebo více atomů vodíku je nahrazeno organickým radikálem (skupina představovaná symbolem R).

Příklad reakce pro tvorbu amonného iontu, je, že mezi dimethylaminu , (CH 3 ) 2 NH, A kyselina, čímž se získá dimethylamonium kationt , (CH 3 ) 2 NH 2 + :

Kvartérní amoniový kation má čtyři organické skupiny, vázané na dusík atom (N).
Už nemají atom vodíku navázaný na atom dusíku, který může hrát roli báze, a proto jsou trvale nabití.
Tyto kationty, jako je tetra-n-butylamoniový kation , se někdy používají k nahrazení iontů sodíku nebo draslíku ke zvýšení rozpustnosti sloučeniny ve všech organických rozpouštědlech podle principu HSAB , což jim dává důležitou toxikologickou a ekotoxikologickou povahu . Ze stejného důvodu se také používají jako katalyzátory fázového přenosu .

Amonné soli a amoniak by se neměly používat v bazénech , protože mohou tvořit chlorid dusitý (NCl 3) s chlorem . Vodíky amonných solí a primárních (například močoviny ) nebo sekundárních amidů lze také nahradit chlorem.

Kyselinové páry

Hlavní páry kyselina-báze

Kyselinový pár	Kyselina	Na základě
amonný ion / amoniak	NH 4 +	NH 3
ion methylamonium / methylamin	CH 3 NH 3 +	CH 3 NH 2
dimethylamonium / dimethylaminový ion	(CH 3 ) 2 NH 2 +	(CH 3 ) 2 NH
iont trimethylamonium / trimethylamin	(CH 3 ) 3 NH +	(CH 3 ) 3 N
substituovaný amonný ion / substituovaný amin	N + R 4	NR 3

Acidobazická poloviční rovnice

Dotyčný pár Acid-Base je:

substituovaný amonný ion / substituovaný amin ;
N + R 3 H / NR 3.

Acidobazická polorovnice je tedy:

N + R 3 H $\ pravé levandule$ H + + NR 3.

Rovnice kyselina solvatace / báze

Acidobazické polorovnice jsou:

(CH 3 ) n NH 4-N + $\ pravé levandule$ H + + (CH 3 ) n NH 3-n
H 2 O+ H + H 3 O + $\ pravé levandule$ .

Acidobazická ředicí rovnice je tedy:

(CH 3 ) n NH 4-N ++ H 2 O $\ pravé levandule$ H 3 O ++ (CH 3 ) n NH 3-n.

Jednodušší:

N + R 4 $\ pravé levandule$ H + + NR 3
H 2 O+ H + H 3 O + $\ pravé levandule$ .

Proto je rovnice solvatace kyselina-báze:

N + R 4+ H 2 O $\ pravé levandule$ H 3 O ++ NR 3.

Chemie

Amonný iont je generován reakcí amoniaku (silná báze) s Brønstedovou kyselinou (donory protonů ):

H + +: NH 3→ NH 4+ .

Volný elektronový pár atomu dusíku v amoniaku je zobrazen jako dvojice teček. Tato dvojice elektronů tvoří vazbu s protonem (H + ).

Amonný iont je relativně slabá konjugovaná kyselina, která reaguje s Bronstedovými bázemi a vrací se do stavu nenabité molekuly amoniaku:

NH 4+ +: B → HB + + NH 3.

Když je amoniak rozpuštěn ve vodě, jeho značné množství reaguje s hydroniovým iontem vody za vzniku amonných iontů :

H 3 O+ + NH 3→ H 2 O+ NH 4+ .

Rychlost přeměny amoniaku na amonný iont závisí na pH roztoku. Pokud je pH nízké (tj. Je zde vysoká koncentrace iontů hydronia), změny se vyrovnají a vytvoří větší přeměnu amoniaku (protonací) na amonné ionty. Pokud je naopak hodnota pH vysoká (koncentrace iontů hydronia je nízká), je rovnováha dosažena zachycením protonů z amonného iontu hydroxidovými ionty za vzniku amoniaku.

Tvorba amonných sloučenin může dojít také v plynné fázi, například když je plynný amoniak do styku s chlorovodíkem par (HCl), bílý mrak ve formě chloridu amonného , který se nakonec usadit v tenké bílé vrstvy na površích .

Amonné kationty vypadat jako alkalických kovů, ionty , jako jsou ty z sodíku , Na + , nebo draslík , K + , a lze je nalézt v soli , jako je hydrogenuhličitan amonný, amonný chlorid , nebo amonný dusičnan .

Většina jednoduchých amonných solí je velmi snadno rozpustná ve vodě.

Tyto amonné ionty mají v chemii velký význam, protože:

jsou nosiči pozitivního náboje uvnitř organických molekul a jsou užitečné v aplikacích, jako jsou iontoměničové pryskyřice ;
síran amonný je hnojivo chemická látka, která nemá průmyslový zemědělství;
amonné ionty se mohou rozpustit ve rtuti za vzniku amalgámu . V praxi jej lze vyrobit elektrolýzou amonného roztoku rtuťovou elektrodou. Ale tento amalgám se spontánně rozkládá za vzniku amoniaku a vodíku.

Připojení

V amonném iontu tvoří atom dusíku čtyři kovalentní vazby (včetně koordinační kovalentní vazby), místo tří jako v amoniaku , čímž vytváří strukturu, která je izoelektronická (elektronicky podobná) jako struktura molekuly metanu .

Poznámky a odkazy

(in) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics , CRC Press ,2009, 90 th ed. , 2804 s. , vázaná kniha ( ISBN 978-1-4200-9084-0 )
vypočtená molekulová hmotnost od „ atomové hmotnosti prvků 2007 “ na www.chem.qmul.ac.uk .
(en) Pseudo-binární sloučeniny
(en) Encyklopedie VIAS: Amonné soli