Строение, свойства и применение хлорида аммония

В данной статье расскажем про строение и химические свойства хлорида аммония. Это вещество получило название в быту – нашатырь. Применяется широко в промышленной и технической отраслях. Обладает ли нашатырь токсическим эффектом на организм человека? Как безопасно использовать данное вещество? Ответим на вопросы в статье.

Определение и химическая формула

Дадим корректное научное определение и химическую формулу нашатыря.

Определение: Хлорид аммония (NH4Cl) – соль, состоящая из комплексного катиона аммония (NH4+) и хлорид-аниона (Cl-).

Данное вещество обладает и тривиальными названиями:

• аммоний хлористый;
• нашатырь.

Строение

В нормальном состоянии азот может образовать три ковалентных полярных связей с тремя атомами водорода. Получается молекула аммиака (NH3). Но у атома азота остается неподеленная электронная пара, которой он может поделиться с другим атомом или группой атомов.

Таким образом, азот в молекуле нашатыря выступает в качестве донора электронной пары, а атом хлора становиться его акцептором. Данный механизм образования ковалентной связи называется донорно-акцепторным.

Физические свойства

Дадим описание внешнего вида вещества и его характеристики.

Внешний вид вещества

В нормальном состоянии аммоний хлористый представляет собой кристаллическое вещество белого цвета. Хорошо впитывает влагу. Не имеет характерного запаха. Кристаллы расплываются на воздухе. Отлично растворяется в аммиачном растворе. Водный раствор обладает слабокислой реакцией среды, из-за гидролиза по слабому катиону.

Физические характеристики с конкретными значениями

Укажем основные показатели:

• молярная масса: 54 г/моль;
• плотность: 1,073 г/см3 (25 °С);
• величина преломления (по D-линии натрия): 1,642 (20 °С);
• температура возгонки: 337,6 °С;
• растворимость в воде (100 г при 0 °С): 29,4;
• растворимость в воде (100 г при 20 °С): 37,2;
• растворимость в воде (100 г при 50 °С): 50,4;
• растворимость в воде (100 г при 100 °С): 74,3.

Химические свойства

Хлорид аммония относят к классу солей. Поэтому он легко реагирует с другими солями, основаниями и кислотами при условии выделения слабого электролита: газа или осадка. Рассмотрим химическую активность на примерах.

• Диссоциация на ионы в воде протекает почти полностью. Хлорид аммония хорошо растворяется.

NH4Cl ↔ Cl- + NH4+.

• Ионный обмен с выделением более слабого электролита. Рассмотрим пример реакции с сильным основанием гидроксидом натрия. В результате образуются вода и хлорид натрия. Выделяется аммиак.

• Разложение происходит при дополнительном условии – нагревании. Соль разлагается на аммиак и хлороводород.

• Реакция ионного обмена, совмещенная с нагреванием раствора. Приведем пример – контакт с гидроксидом кальция в нагретой склянке. Образуются хлорид кальция, вода и выделяется газ – аммиак.

• Ионный обмен с выделением осадка. Проведем реакцию с нитратом серебра – типичным качественным реагентом на хлорид-ионы. На дно пробирки опадает осадок хлорида серебра (I).

• Ионный обмен по летучей кислоте. Можно провести реакцию с концентрированной серной кислотой. Получается сульфат аммония и улетучивается газообразный хлороводород.

• Гидролиз по слабому катиону. Докажем слабокислую среду водного раствора хлорида аммония. Молекула воды условно связывается с катионом аммония. Полученный хлороводород распадается на ионы.

Образуются катионы водорода, которые обуславливают кислую среду раствора.

Производство и синтез

Рассмотрим принципы синтеза хлорида аммония в естественных, промышленных и лабораторных условиях.

Естественные условия образования и история названия

В естественных условиях хлорид аммония образовывался на стенах вулканических пещер. Египтяне первыми обнаружили данную соль и использовали для благовония боге Аммону. Таким образом, за солью закрепилось текущее научное название. В дальнейшем арабы дали свое название – «нушадир», которое трансформировалось в нашатырь.

Промышленная техника изготовления

В промышленности используется аммиачный метод изготовления пищевой соды. Нашатырь в ней выделяется в качестве побочного продукта. В реакции участвуют несколько реагентов: хлорид натрия (пищевая или каменная соль), аммиак, углекислый газ и вода.

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

Лабораторный способ синтеза

В лабораториях используется прямой способ получения нашатыря – контакт гидроксида аммония с соляной кислотой.

NH4OH + HCl = NH4Cl + Н2О. 

Применение хлорида аммония

Укажем основные методы применения хлорида аммония:

• создание батарей и гальванических аккумуляторов;
• удаление оксидного слоя металлов при пайке и лужении стали;
• сельское хозяйство: удобрение;
• медицина: диуретическое средство при проблемах сердечного происхождения (отеки);
• текстильная промышленность: затвердение клеев и лаков;
• изготовление свечей и фитилей;
• используется в качестве дымообразователя в пиротехнике;
• средство борьбы с вредоносными насекомыми.

Безопасность и токсикология

Небольшое количество хлорида аммония может добавляться в продукты в пищевой промышленности. Так навредить здоровью человека у него не получиться.

Однако неконтролируемое употребление данного вещества может привести к проблемам здоровья и затем к летальному исходу.

Концентрированные растворы хлористого аммония может вызвать:

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

Пример решения задачи

Решим практическую задачу про хлорид аммония. Необходимо вычислить массу хлорида, образованного в результате промышленного синтеза 1 тонны пищевой соды.

• Напишем реакцию аммиачного метода:

NaCl + NH3 + CO2 + Н2О = NaHCO3 + NH4Cl.
Из реакции становиться понятно, что соотношение образованного нашатыря к пищевой соде: 1 моль к 1 молю.

• Вычислим массу при одном моле через молярные массы

м (NaHCO3) = 23 + 1 + 12 + 3 * 16 = 84 г;
м (NH4Cl) = 14 + 4 * 1 + 35,5 = 53,5 г.

• Составим пропорцию:

84 г NaHCO3 – 53,5 г NH4Cl, 
1 т NaHCO3 – х т NH4Cl 
Тогда х=1 * 53,5 / 84 = 0,637 т = 637 кг. 
Ответ на задачу: 637 кг хлорида аммония.