化合物
(重定向自氨气

[11](英語:Ammonia,或称氨氣無水氨,曾音譯作𠼞阿摩尼亞,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單位体积水可溶解700倍体积的氨。[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间接的組成部分,具有腐蝕性等危險性质。

IUPAC名
Ammonia [1]
系统名
Azane
别名 氮烷、阿摩尼亞
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 具有非常刺鼻的氣味的無色氣体
密度 0.86 kg/m3 (1.013 bar ,沸点)

0.769  kg/m3 (STP)[2]
0.73 kg/m3 (1.013 bar, 15℃)
681.9 kg/m3 (−33.3℃ ,液态)[3]
817 kg/m3 (−80℃ ,无色固体)[4]
参见氨性质表英语Ammonia (data page)

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 1:700 (0℃,100kPa)
溶解性 可溶于氯仿乙醚乙醇甲醇
pKa 32.5 (−33℃),[6]
10.5 (DMSO)
pKb 4.75 (与水反应)[5]
黏度
  • 10.07 µPa·s (25℃)[7]
  • 0.276 mPa·s (−40℃)
结构
分子构型 三角锥
偶极矩 1.42 D
热力学
ΔfHm298K −46 kJ·mol−1[8]
S298K 193 J·mol−1·K−1[8]
危险性
GHS危险性符号
《全球化学品统一分类和标签制度》(简称“GHS”)中腐蚀性物质的标签图案《全球化学品统一分类和标签制度》(简称“GHS”)中有毒物质的标签图案《全球化学品统一分类和标签制度》(简称“GHS”)中对环境有害物质的标签图案[9]
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
NFPA 704.svg
1
3
0
 
爆炸極限 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 (NH4+)
相关氢化物 氯化銨 (NH4Cl)、磷化氢砷化氢锑化氢铋化氢
相关化学品 疊氮酸鹽酸羥胺氯胺
若非注明,所有数据均出自一般条件(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1.465億吨,主要用於製造商業清潔產品。

氨可以提供孤電子對,所以也是路易斯鹼

制法编辑

实验室制取编辑

加热氯化铵氢氧化钙的混合物,可制得少量氨气:

 

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[14][15]-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(碘化汞钾和氢氧化钠的混合物)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+

氨水是實驗室中氨的常用來源。它可與含銅(II)離子的溶液作用生成深藍色的配合物,也可用於配置銀氨溶液分析化學試劑。

用途编辑

  • 氨水可被土中的土壤膠體吸附和被作物吸收,無殘留物質,適用於各種土壤和作物。
  • 由於氨擁有强烈的刺激性氣味,在医疗方面,會用少量易於揮發的氨作為使人清醒的吸入劑。
  • 生產硝酸
  • 玻璃清潔劑
  • 有八成的氨生產氮肥
  • 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,代號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+等发生錯合,生成錯合物

 
 

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)

在铂催化下可氧化生成水与一氧化氮,是工业制硝酸的重要反应。

 

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:

 

酸鹼中和编辑

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

有機反應编辑

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。該反應又稱氨解反應。

RX + NH3 → RNH3+ X-

又如,氨跟酰氯發生親核酰基取代反應,生成酰胺

液氨编辑

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機率也相當高。

備注编辑

  1. ^ NOMENCLATURE OF INORGANIC CHEMISTRY IUPAC Recommendations 2005 (PDF). [2021-04-09]. (原始内容存档 (PDF)于2021-03-28). 
  2. ^ Gases – Densities. [3 March 2016]. (原始内容存档于2006-03-02). 
  3. ^ 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). 
  4. ^ Blum, Alexander. On crystalline character of transparent solid ammonia. Radiation Effects and Defects in Solids. 1975, 24 (4): 277. doi:10.1080/00337577508240819. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 氨;氨气;ammonia. 化工引擎. [2008-05-06]. 
  6. ^ Perrin, D. D., Ionisation Constants of Inorganic Acids and Bases in Aqueous Solution; 2nd Ed., Pergamon Press: Oxford, 1982.
  7. ^ 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. ^ 8.0 8.1 Zumdahl, Steven S. Chemical Principles 6th Ed.. Houghton Mifflin Company. 2009: A22. ISBN 978-0-618-94690-7. 
  9. ^ 9.0 9.1 来源:Sigma-Aldrich Co., Ammonia (20 July 2013查阅).
  10. ^ 10.0 10.1 Ammonia. Immediately Dangerous to Life and Health Concentrations (IDLH). National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH). 
  11. ^ (拼音:ān)拼音ān注音,音同「安」
  12. ^ 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). 
  13. ^ A physical catalyst for the electrolysis of nitrogen to ammonia | ORNL. www.ornl.gov. [2022-07-28] (英语). 
  14. ^ 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). 
  15. ^ 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). 
  16. ^ 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). 
  17. ^ 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). 
  18. ^ 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). 

參見编辑