Хлорид аммония: молекулярное строение, характеристики и области применения

Молекулярное строение, характеристики и области применения

Соединение с формулой NH4Cl знакомо многим под бытовым именем «нашатырь» и востребовано сразу в нескольких технических и производственных направлениях. Возникает закономерный вопрос: несёт ли это вещество угрозу для здоровья, и как обращаться с ним без риска? Дальнейший разбор охватывает определение соли, её внутреннее устройство, физику и химию, способы получения, практическую пользу, а также вопросы безопасности - и завершается решением расчётной задачи.

Определение соединения и его формула

Начнём с научно точной формулировки понятия и записи химической формулы нашатыря.

За этим веществом закрепилось и несколько тривиальных наименований:

• хлористый аммоний;
• нашатырь.

Устройство молекулы

Атом азота в обычном состоянии способен связаться с тремя водородными атомами тремя ковалентными полярными связями, в результате чего формируется молекула аммиака (NH3). Однако у азота остаётся неподелённая пара электронов, готовая к взаимодействию с другим атомом или атомной группой.

Именно поэтому в молекуле нашатыря азот играет роль донора электронной пары, тогда как хлор принимает её, выступая акцептором. Такой путь формирования ковалентной связи носит название донорно-акцепторного механизма.

Физические характеристики

Опишем, как выглядит вещество, и приведём его измеримые параметры.

Внешние признаки

При стандартных условиях хлористый аммоний - это белые кристаллы, лишённые запаха. Влагу материал впитывает охотно, из-за чего его кристаллы расплываются прямо на воздухе. В аммиачном растворе соль растворяется превосходно, а её водный раствор проявляет слабокислую реакцию - следствие гидролиза по слабому катиону.

Числовые показатели

Ключевые физические величины сведены ниже:

• молярная масса - 54 г/моль;
• плотность - 1,073 г/см3 (25 °C);
• показатель преломления (по D-линии натрия) - 1,642 (20 °C);
• температура возгонки - 337,6 °C.

Растворимость в воде заметно растёт с нагревом, что удобно показать таблицей.

Химическая активность

Поскольку хлорид аммония относится к солям, он без труда реагирует с прочими солями, кислотами и основаниями всякий раз, когда возникает слабый электролит - газ либо осадок. Рассмотрим типичные превращения на конкретных примерах.

• Диссоциация: в воде соль растворяется отлично и почти нацело распадается на ионы - NH4Cl ↔ Cl- + NH4+.
• Обмен с сильным основанием: при контакте с гидроксидом натрия рождаются вода и хлорид натрия, а аммиак выделяется в виде газа.
• Термическое разложение: нагревание расщепляет соль на аммиак и хлороводород.
• Обмен при нагреве раствора: если нагреть склянку с гидроксидом кальция, образуются хлорид кальция, вода и газообразный аммиак.
• Осаждение с нитратом серебра: этот реагент служит качественным тестом на хлорид-ионы - на дно пробирки выпадает осадок хлорида серебра (I).
• Обмен по летучей кислоте: концентрированная серная кислота даёт сульфат аммония, а хлороводород улетучивается газом.
• Гидролиз по слабому катиону: молекула воды условно связывается с катионом аммония, образующийся хлороводород распадается на ионы, и появляющиеся катионы водорода задают кислую среду раствора.

Получение и синтез

Разберём, как нашатырь возникает в природе, а также каким образом его получают на производстве и в лаборатории.

Природное образование и происхождение названия

В естественной обстановке соль оседала на сводах вулканических пещер. Первыми её заметили египтяне, применявшие вещество для воскурений в честь бога Аммона, - отсюда и закрепилось нынешнее научное имя. Позднее арабы ввели собственное обозначение «нушадир», которое со временем превратилось в привычное «нашатырь».

Промышленный метод

На производстве нашатырь получают попутно - как побочный продукт аммиачного способа выработки пищевой соды. В процессе участвуют хлорид натрия (пищевая или каменная соль), аммиак, углекислый газ и вода:

NaCl + NH3 + CO2 + Н2О = NaHCO3 + NH4Cl.

Лабораторный путь

В лабораторных условиях удобен прямой синтез - взаимодействие гидроксида аммония с соляной кислотой:

NH4OH + HCl = NH4Cl + Н2О.

Где применяется хлорид аммония

Диапазон практического использования соли довольно широк:

• производство батарей и гальванических элементов;
• снятие оксидной плёнки с металлов при пайке и лужении стали;
• сельское хозяйство - в роли удобрения;
• медицина - как мочегонное средство при отёках сердечного происхождения;
• текстильная отрасль - для затвердевания клеёв и лаков;
• изготовление свечей и фитилей;
• пиротехника - в качестве дымообразующего компонента;
• борьба с вредными насекомыми.

Безопасность и токсикология

В пищевой промышленности допускается вводить малые дозы хлорида аммония в продукты, и в таком объёме здоровью человека вещество не повредит. Иная ситуация складывается при бесконтрольном приёме: он способен обернуться серьёзными нарушениями здоровья вплоть до смертельного исхода.

Концентрированные растворы хлористого аммония могут спровоцировать:

• раздражение глаз, кожи и дыхательных путей;
• раздражение слизистых оболочек;
• неприятные ощущения.

Разбор практической задачи

Требуется определить массу хлорида аммония, полученного попутно при промышленном производстве 1 тонны пищевой соды.

Опорой служит уравнение аммиачного метода:

NaCl + NH3 + CO2 + Н2О = NaHCO3 + NH4Cl.

Из него видно, что нашатырь и сода образуются в соотношении 1 моль к 1 молю. Далее вычислим молярные массы обоих веществ:

м (NaHCO3) = 23 + 1 + 12 + 3 × 16 = 84 г;

м (NH4Cl) = 14 + 4 × 1 + 35,5 = 53,5 г.

Затем составим пропорцию:

84 г NaHCO3 - 53,5 г NH4Cl,

1 т NaHCO3 - х т NH4Cl.

Отсюда х = 1 × 53,5 / 84 = 0,637 т = 637 кг.

Ответ: 637 кг хлорида аммония.