Степени окисления азота в нитрате аммония: строение, технология производства, свойства
Нитрат аммония (NH4NO 3) - это неорганическое соединение азота, которое широко используется в промышленности и сельском хозяйстве. Рассмотрим подробнее степени окисления азота в этом веществе.
Строение молекулы нитрата аммония
В состав нитрата аммония входят два атома азота с разными степенями окисления:
- Атом азота в катионе NH4+ имеет степень окисления -3
- Атом азота в анионе NO 3- имеет степень окисления +5
Таким образом, степени окисления азота в нитрате аммония равны -3 и +5.
Образование иона аммония NH4+
Ион аммония NH4+ образуется при взаимодействии аммиака NH3 с кислотой:
NH3 + H+ → NH4+
При этом атом азота отдает свою неподеленную электронную пару для образования ковалентной связи с атомом водорода протона. В результате его степень окисления понижается с -3 в аммиаке до -3 в ионе аммония.
Образование нитрат-иона NO 3−
Нитрат-ион NO 3− является кислотным остатком азотной кислоты HNO 3. При диссоциации HNO 3 на ионы атом азота окисляется кислородом до степени окисления +5.
N(+3) → N(+5) + 2e−
Таким образом, степень окисления азота в нитрат-ионе равна +5.
Элемент | Степень окисления |
N в NH4+ | -3 |
N в NO 3− | +5 |
Итак, мы рассмотрели, что степени окисления азота в нитрате аммония равны -3 и +5. Эти значения определяют химические свойства данного соединения и его реакционную способность.
Применение нитрата аммония
Благодаря наличию азота в двух степенях окисления, нитрат аммония находит широкое применение:
- Как азотное удобрение в сельском хозяйстве
- Для производства взрывчатых веществ в горнодобывающей промышленности
- В пищевой промышленности в качестве пищевой добавки (E502)
- В производстве некоторых медицинских препаратов
Уникальные окислительно-восстановительные свойства нитрата аммония, обусловленные степенями окисления азота, делают это соединение весьма востребованным.
Технология производства нитрата аммония
Промышленное производство нитрата аммония основано на нейтрализации азотной кислоты газообразным или жидким аммиаком:
HNO 3 + NH3 → NH4NO 3
Полученный нитрат аммония очищают от примесей и высушивают. Для повышения физико-химической стабильности в его состав часто вводят различные добавки.
Химические свойства нитрата аммония
Химические реакции нитрата аммония во многом определяются степенями окисления азота. Благодаря наличию атомов азота в степенях окисления +5 и -3, это соединение обладает как окислительными, так и восстановительными свойствами.
Нитрат аммония может восстанавливать многие катионы металлов:
2NH4NO3 + 2Cr3+ → N2 + 2NO + 2Cr2+ + 4H+
А также окислять некоторые анионы, например:
10NH4NO3 + 3H2S → 3(NH4)2SO4 + 4N2 + 9H2O
Применение взрывчатых смесей на основе нитрата аммония
Благодаря большому содержанию кислорода нитрат аммония активно используется для изготовления промышленных взрывчатых веществ (ВВ).
Наиболее распространены аммониты и аммоналы – смеси нитрата аммония с различными горючими добавками. Под действием начального импульса они быстро разлагаются с выделением газообразных продуктов, способных совершать полезную работу.
Безопасное хранение нитрата аммония
При хранении следует избегать контакта нитрата аммония с горючими веществами и сильными кислотами, которые катализируют его разложение. Оптимальная температура хранения составляет -5...+10 °С.
Соблюдение правил хранения, учет степеней окисления азота и реакционной способности позволяет минимизировать риски, связанные с использованием этого соединения.