Аммоний - это ион донорно-акцепторного взаимодействия

Аммиак – газ, обладающий прекрасной растворимостью в воде: в одном ее литре можно растворить до 700 литров газообразного соединения. В результате образуется не только гидрат аммиака, но и частицы гидроксильных групп, а также аммоний. Это ион, возникающий вследствие взаимодействия молекул газа и протонов водорода, отщепляющихся от воды. В нашей статье мы рассмотрим его свойства и применение в промышленности, медицине и быту.

Как образуются частицы аммония

Один из самых распространенных типов химической связи, характерной как для неорганических соединений, так и органических веществ – это ковалентная связь. Она может образовываться как путем перекрывания электронных облаков, имеющих противоположный вид вращения – спин, так и с помощью донорно-акцепторного механизма. Таким способом образуется аммоний, формула которого NH₄⁺. В этом случае химическая связь формируется с помощью свободной орбитали одного атома и электронного облака, включающего два электрона. Азот обеспечивает ион собственной парой отрицательных частиц, а протон водорода имеет свободную 1s-орбиталь. В момент сближения двух электронное облако азота становится общим для нее и атома H. Такая структура носит название молекулярного электронного облака, в которой формируется четвертая ковалентная связь.

Донорно-акцепторный механизм

Частица, предоставляющая пару электронов, называется донором, а нейтральный атом, отдающий пустую электронную ячейку – акцептором. Образованную связь именуют донорно-акцепторной или координационной, не забывая, что она является частным случаем классической ковалентной связи. В ионе аммония, формула которого NH₄⁺, содержится четыре ковалентные связи. Из них три, объединяющие атомы азота и водорода, являются обычным ковалентным видом, а последняя - это координационная связь. Тем не менее все четыре вида между собой абсолютно равноценны. Аналогично идет взаимодействие между молекулами воды и ионами Cu²⁺. В этом случае образуется макромолекула кристаллогидрата сульфата меди.

Соли аммония: свойства и получение

В реакции присоединения, взаимодействие иона водорода и аммиака приводит к образованию иона NH₄⁺. Молекула NH₃ ведет себя как акцептор, поэтому имеет выраженные свойства основания. Реакция с неорганическими кислотами приводит к появлению молекул солей: хлорида, сульфата, нитрата аммония.

NH₃ + HCl = NH₄Cl

Процесс растворения аммиака в воде также приводит к образованию иона аммония, получение которого можно выразить уравнением:

NH₃ + H₂O = NH₄⁺ + OH^-

Как следствие, в водном растворе аммиака, еще называемом гидроксидом аммония, возрастает концентрация гидроксильных частиц. Это приводит к тому, что реакция среды стает щелочной. Определить ее можно с помощью индикатора – фенолфталеина, который меняет свою окраску с бесцветной на малиновую. Большая часть соединений имеет вид бесцветных кристаллических веществ, хорошо растворимых в воде. По многим своим проявлениям они напоминают соли активных металлов: лития, натрия, рубидия. Наибольшие черты сходства можно обнаружить между солями калия и аммония. Это объясняется близкими размерами радиусов ионов калия и NH₄⁺. При нагревании они разлагаются, образуя газообразный аммиак.

NH4Cl = NH3 + HCl

Реакция является обратимой, так как ее продуты, могут снова взаимодействовать между собой с образованием соли аммония. При нагревании раствора хлорида аммония, молекулы NH₃ сразу же улетучиваются, поэтому слышен запах аммиака. Поэтому качественной реакцией на ион аммония является термическое разложение его солей.

Гидролиз

Аммиачная вода проявляет свойства слабого основания, поэтому соли, содержащие частицы NH₄⁺, проходят процесс обмена с водой – гидролиз. Растворы хлорида или сульфата аммония имеют слабокислую реакцию, так как в них накапливается избыточное количество катионов водорода. Если же добавить к ним щелочь, например, гидроксид натрия, то гидроксильные частицы будут связывать протоны водорода с образованием молекул воды. Например, гидролиз хлорида аммония – это реакция обмена между солью и водой, приводящая к образованию слабого электролита – NH4OH.

Особенности термического разложения солей аммония

Большинство соединений этой группы при нагревании образуют газообразный аммиак, сам же процесс является обратимым. Однако если соль имеют ярко выраженные окислительные свойства, например, к таким относится нитрат аммония, то при нагревании она необратимо разлагается до монооксида азота и воды. Эта реакция является окислительно-восстановительной, в которой ион аммония – это восстановитель, а анион кислотного остатка нитратной кислоты – окислитель.

Значение соединений аммиака

Как сам газообразный аммиак, так и большинство его солей, имеют широкий спектр применения в промышленности, сельском хозяйстве, в медицине и быту. При небольшом давлении (порядка 7–8 атм.), газ быстро сжижается, поглощая большое количество тепла. Поэтому его применяют в холодильных установках. В химических лабораториях гидроксид аммония применяют как удобное для опытов слабое летучее основание. Большая же часть аммиака находит применение для получения нитратной кислоты и ее солее – важных минеральных удобрений – селитр. Особенно высокое содержание азота имеет нитрат аммония. Он же применяется в пиротехнике и в подрывных работах для изготовления взрывчатых веществ – аммоналов. Нашатырь, являющийся хлоридом аммония, нашел применение в гальванических элементах, в производстве хлопчатобумажных тканей, в процессах пайки металлов.

Вещество в этом случае ускоряет процессы ликвидации оксидных пленок на металлической поверхности, которые превращаются в хлориды или восстанавливаются. В медицине нашатырь, имеющий резкий запах, применяют в качестве средства, восстанавливающего сознание после обморочного состояния пациента.

В нашей статье мы рассмотрели свойства и применение аммоний гидроксида и его солей в различных отраслях промышленности и медицины.