تويت
نشادر
Ammoniac - Ammoniac
النشادر
النشادر وهذا هو اسمه الشائع أو (الأمونيا) ammonia مركّب غازيّ صيغته الكيمياوية NH3. عُرف منذ القرن الثالث عشر إذ ذكره ريمون لولّي Raymond Lully باسم الأمونيا القلوية caustic ammonia، كما وصفه يوهان كونكِل فون لوفنستِرنJohann Kunckel von Löwenstern ت(1630-1702) في مؤلَّف له، واستحضره بإضافة الكلس الحي إلى ملح أمونيوم وهو كربونات الأمونيوم (NH4)2CO3.
عناصر الفصيلة VA (أو 15) جميعها[ر: الجدول الدوري] تكوّن مركّبات غازية صيغتها EH3، وأهمها النشادر. لهذه الجزيئات جميعها شكل رباعي وجوه فيه ثلاثة أشفاع إلكترونية رابطة وشفع حرّ (الشكل-1). والشفع الح/ هو المسؤول عن تصغير زوايا الروابط H-N-H، وهي تساوي 107 ْ، في حين أن الزاوية في رباعي الوجوه التام هي 28 َ 109 ْ.
وقد استخدم تواتر اهتزاز ذرة الآزوت في جزيء النشادر بين موضعيها المتناظرين بالنسبة إلى قاعدة الهرم التي تقع في رؤوسها الثلاثة ذرات الهدروجين - البالغ 2.3786× 1010 هرتز - لتعيين معيار الزمن في الساعات الذرية.
النشادر غاز لا لون له ذو رائحة قوية واخزة ومدمِعَة للعيون ومهيِّجة للأنسجة المخاطية، وله طعم حاد، أخف من الهواء إذ تبلغ كتلته الحجمية في الشروط العادية 0.5863 غ/سم3. ينصهر عند الدرجة (-8.77 ْس)، ويغلي عند الدرجة (-33.4 ْس). وهو شديد الانحلال في الماء (0.907غ من الأمونيا في غرام واحد من الماء) ويدعى محلول ماءات الأمونيوم، وهو يحوي جزيئات NH3 و NH4+ و OH- لذا يفضّل أن يسمى النشادر المائي. ومعظم جزيئات النشادر في الماء تبقى على حالها ويتفاعل قسم صغير منها مع الماء.
تبلغ قيمة ثابت هذا التشرد 1.8×10-5. أي إن المحلول ذو خواص قلوية ضعيفة. وبسبب ضعف هذا الأساس فإن محاليل أملاحه المشتقة من حموض قوية مثل NH4Cl ذات حموضة ضعيفة.
تتناقص انحلالية النشادر في الماء بارتفاع درجة الحرارة؛ لذلك يمكن تحرير غاز النشادر بصورة تامة من محاليله بالتسخين.
ينحل الأمونيا في الكحول والأسيتون والكلوروفورم، لكن انحلاله في هذه المركّبات أقل من انحلاله في الماء.
للنشادر السائل ثابت عزل كهربائي يساوي 22 (في حين أن ثابت العزل الكهربائي للماء 80)، وهو ما يجعل النشادر السائل ضعيف الناقلية الكهربائية. وهو ذو مغنطيسية معاكسة[ر].
تحضير النشادر
يحضّر النشادر في المختبر بسهولة، وذلك بتسخين ملح أمونيوم مثل كربونات الأمونيوم مع أساس قوي مثل هدروكسيد الصوديوم أو هدروكسيد الكلسيوم:
أما الطريقة الصناعية للحصول على النشادر فهي الطريقة التي ابتكرها الألماني فريتزهابرFritz Haber ت(1868-1934). وطبقت هذه الطريقة عام 1914، ويتم فيها الاتحاد المباشر بين الآزوت (النتروجين) والهدروجين تحت الضغط بوجود حفّاز (وسيط) يتألف من أكاسيد الحديد بصورة رئيسية، وعند درجة حرارة متوسطة. وقد وجد عملياً أن التفاعل ناشر للحرارة (46كيلو جول/مول)، يتحقق بمردود قدره 50% عند الدرجة 500 ْس وعند ألف ضغط جوي.
تتوقف نسبة الأمونيا الناتج من التفاعل السابق على عاملين أساسيين إضافة إلى استعمال الحفّاز الملائم، هما درجة الحرارة والضغط[ر: التوازن الكيمياوي]، ويبيّن الجدول (1) تأثير درجة الحرارة والضغط على التوازن.
بدأ إنتاج النشادر عام 1914، وهو العام الذي بدأت فيه الحرب العالمية الأولى. وأمكن اصطناع حمض الآزوت HNO3 منه، وهو مادة رئيسية لصنع المتفجرات TNT (تري نترو تولوين) ونترو غليسيرين (الشكل-2). وفي عام 1918 نال هابر جائزة نوبل على الرغم من الانتقادات المتعدّدة لاختياره. ويستعمل أكثر من 25% من الإنتاج العالمي للأمونيا سماداً، ويستعمل المتبقي لاستحصال مركبات أخرى للآزوت. فالأمونيا هي المادة الرئيسية في كثير من الصناعات. تستعمل بصورة مباشرة أو غير مباشرة، فهي من المواد البدئية لإنتاج النايلون ولصنع المنظّفات ولتنقية المياه وفي صناعة المواد الصيدلانية.
النشادر ثابت في الشروط الطبيعية إلا أنه يتفكَّك إلى العناصر المكوِّنة له تحت تأثير القوس الكهربائية. لا يحترق النشادر في الهواء، لكن يمكن أن ينفجر المزيج المكوّن من النشادر والأكسجين النقي تحت ضغط عال.
أ- يتميز النشادر بخواص كيمياوية تعتمد على وجود شفع إلكتروني (ثنائية إلكترونية) حرة فهو يدخل في تشكيل روابط تساندية مثال ذلك مع أيون الهدروجين إذ يتكوَّن أيون أمونيوم:
وللسبب نفسه يقوم جزيء النشادر بدور مرتبط (لاجنة) ligand مع أيونات المعادن الانتقالية[ر: المعقَّد]، مثال ذلك:
ب - النشادر مرجِع (مختِزل)، فهو يخلِّص العديد من أكاسيد المعادن من أكسجينها، ومن الأمثلة على ذلك إرجاع أكسيد النحاس (II) الساخن:
ويتحد النشادر مع الأكسجين حسب الشروط التجريبية، فبالتسخين ينتج غاز الآزوت، وبالتسخين وبوجود حفّاز البلاتين يتحول إلى NO أكسيد الآزوت II. ويتحد مع Cl2 متحولاً إلى N2.
ج- يمكن أن يستَبدل الهدروجين في جزيء النشادر بصورة جزئية أو كلية عند درجة حرارة عالية
أملاح الأمونيوم
يبلغ نصف قطر أيون الأمونيوم 1.48 بيكومتر، وهذا قريب من أنصاف أقطار الأيونات القلوية. ولهذا يمكن لأيون الأمونيوم أن يحل محل الأيونات القلوية في أملاحها البلورية. وكثير من أملاح المعادن القلوية يماثل في بنيته البلورية بنية أملاح الأمونيوم. وأملاح الأمونيوم ذوابة بالماء مثل أملاح المعادن القلوية. مثال ذلك الأملاح التي تستعمل أسمدة[ر: التسميد]، وهي كبريتات الأمونيوم (NH4)2SO4، ونترات الأمونيوم NH4NO3، وفوسفات أحادية الأمونيوم NH4H2PO4. وتستعمل هذه الأسمدة منفردة أو محلولة مع كيمياويات أخرى غالباً لإنتاج ما يدعى NPK. ويتطلب من هذا المنتج توفير الآزوت (N) والفسفور (P) والبوتاسيوم (K) للتربة.
ومن أملاحه المهمة كلوريد الأمونيوم NH4Cl، وقد اشتهر هذا الملح لأنه يتحول بالتسخين من صلب إلى غاز وبالعكس من دون المرور بالحالة السائلة، ذلك لأنه يتفكك بالتسخين، والبخار فوق كلوريد الأمونيوم الساخن يتكون من مزيج نشادر مع كلوريد الهدروجين، ويعود ذلك إلى تفككه بالتسخين:
يستعمل كلوريد الأمونيوم في البطاريات الجافة ومنظفاً لسطوح المعادن عند لحمها، ويعتمد على تفككه إلى HCl و NH3 بالحرارة وتفاعل HCl مع الأكسيد المعدني لتشكيل كلوريد طيار.
موفق شخاشيرو
Ammoniac - Ammoniac
النشادر
النشادر وهذا هو اسمه الشائع أو (الأمونيا) ammonia مركّب غازيّ صيغته الكيمياوية NH3. عُرف منذ القرن الثالث عشر إذ ذكره ريمون لولّي Raymond Lully باسم الأمونيا القلوية caustic ammonia، كما وصفه يوهان كونكِل فون لوفنستِرنJohann Kunckel von Löwenstern ت(1630-1702) في مؤلَّف له، واستحضره بإضافة الكلس الحي إلى ملح أمونيوم وهو كربونات الأمونيوم (NH4)2CO3.
 |
|
| الشكل (1) | |
وقد استخدم تواتر اهتزاز ذرة الآزوت في جزيء النشادر بين موضعيها المتناظرين بالنسبة إلى قاعدة الهرم التي تقع في رؤوسها الثلاثة ذرات الهدروجين - البالغ 2.3786× 1010 هرتز - لتعيين معيار الزمن في الساعات الذرية.
النشادر غاز لا لون له ذو رائحة قوية واخزة ومدمِعَة للعيون ومهيِّجة للأنسجة المخاطية، وله طعم حاد، أخف من الهواء إذ تبلغ كتلته الحجمية في الشروط العادية 0.5863 غ/سم3. ينصهر عند الدرجة (-8.77 ْس)، ويغلي عند الدرجة (-33.4 ْس). وهو شديد الانحلال في الماء (0.907غ من الأمونيا في غرام واحد من الماء) ويدعى محلول ماءات الأمونيوم، وهو يحوي جزيئات NH3 و NH4+ و OH- لذا يفضّل أن يسمى النشادر المائي. ومعظم جزيئات النشادر في الماء تبقى على حالها ويتفاعل قسم صغير منها مع الماء.
تبلغ قيمة ثابت هذا التشرد 1.8×10-5. أي إن المحلول ذو خواص قلوية ضعيفة. وبسبب ضعف هذا الأساس فإن محاليل أملاحه المشتقة من حموض قوية مثل NH4Cl ذات حموضة ضعيفة.
تتناقص انحلالية النشادر في الماء بارتفاع درجة الحرارة؛ لذلك يمكن تحرير غاز النشادر بصورة تامة من محاليله بالتسخين.
ينحل الأمونيا في الكحول والأسيتون والكلوروفورم، لكن انحلاله في هذه المركّبات أقل من انحلاله في الماء.
للنشادر السائل ثابت عزل كهربائي يساوي 22 (في حين أن ثابت العزل الكهربائي للماء 80)، وهو ما يجعل النشادر السائل ضعيف الناقلية الكهربائية. وهو ذو مغنطيسية معاكسة[ر].
تحضير النشادر
يحضّر النشادر في المختبر بسهولة، وذلك بتسخين ملح أمونيوم مثل كربونات الأمونيوم مع أساس قوي مثل هدروكسيد الصوديوم أو هدروكسيد الكلسيوم:
أما الطريقة الصناعية للحصول على النشادر فهي الطريقة التي ابتكرها الألماني فريتزهابرFritz Haber ت(1868-1934). وطبقت هذه الطريقة عام 1914، ويتم فيها الاتحاد المباشر بين الآزوت (النتروجين) والهدروجين تحت الضغط بوجود حفّاز (وسيط) يتألف من أكاسيد الحديد بصورة رئيسية، وعند درجة حرارة متوسطة. وقد وجد عملياً أن التفاعل ناشر للحرارة (46كيلو جول/مول)، يتحقق بمردود قدره 50% عند الدرجة 500 ْس وعند ألف ضغط جوي.
تتوقف نسبة الأمونيا الناتج من التفاعل السابق على عاملين أساسيين إضافة إلى استعمال الحفّاز الملائم، هما درجة الحرارة والضغط[ر: التوازن الكيمياوي]، ويبيّن الجدول (1) تأثير درجة الحرارة والضغط على التوازن.
| درجة الحرارة ( ْ س) |
310 xKp | النسبة المئوية الحجمية لغاز الأمونيا في التوازن تحت الضغوط المختلفة | ||||
| 1جو | 30جو | 100جو | 200جو | 1000جو | ||
| 200 | 660 | 15.33 | 67.6 | 80.6 | 85.8 | 98.3 |
| 300 | 70 | 2.18 | 31.8 | 52.1 | 62.8 | 92.6 |
| 400 | 13.81 | 0.44 | 10.7 | 25.1 | 36.3 | 79.8 |
| 500 | 4.00 | 0.129 | 3.62 | 10.4 | 17.6 | 57.5 |
| 600 | 1.51 | 0.049 | 1.43 | 4.47 | 8.25 | 31.4 |
| 700 | 0.69 | 0.022 | 0.66 | 2.14 | 4.11 | 12.9 |
| 800 | 0.36 | 0.012 | 0.35 | 1.15 | 2.24 | - |
| 900 | 0.21 | 0.007 | 0.21 | 0.68 | 1.34 | - |
| 1000 | 0.13 | 0.004 | 0.13 | 0.44 | 0.87 | |
الجدول (1) النسبة المئوية الحجمية للأمونيات الناتج من التوازن  وذلك حسب درجة الحرارة والضغط |
||||||
 |
|
| الشكل (2) |
النشادر ثابت في الشروط الطبيعية إلا أنه يتفكَّك إلى العناصر المكوِّنة له تحت تأثير القوس الكهربائية. لا يحترق النشادر في الهواء، لكن يمكن أن ينفجر المزيج المكوّن من النشادر والأكسجين النقي تحت ضغط عال.
أ- يتميز النشادر بخواص كيمياوية تعتمد على وجود شفع إلكتروني (ثنائية إلكترونية) حرة فهو يدخل في تشكيل روابط تساندية مثال ذلك مع أيون الهدروجين إذ يتكوَّن أيون أمونيوم:
وللسبب نفسه يقوم جزيء النشادر بدور مرتبط (لاجنة) ligand مع أيونات المعادن الانتقالية[ر: المعقَّد]، مثال ذلك:
ب - النشادر مرجِع (مختِزل)، فهو يخلِّص العديد من أكاسيد المعادن من أكسجينها، ومن الأمثلة على ذلك إرجاع أكسيد النحاس (II) الساخن:
ويتحد النشادر مع الأكسجين حسب الشروط التجريبية، فبالتسخين ينتج غاز الآزوت، وبالتسخين وبوجود حفّاز البلاتين يتحول إلى NO أكسيد الآزوت II. ويتحد مع Cl2 متحولاً إلى N2.
ج- يمكن أن يستَبدل الهدروجين في جزيء النشادر بصورة جزئية أو كلية عند درجة حرارة عالية
أملاح الأمونيوم
يبلغ نصف قطر أيون الأمونيوم 1.48 بيكومتر، وهذا قريب من أنصاف أقطار الأيونات القلوية. ولهذا يمكن لأيون الأمونيوم أن يحل محل الأيونات القلوية في أملاحها البلورية. وكثير من أملاح المعادن القلوية يماثل في بنيته البلورية بنية أملاح الأمونيوم. وأملاح الأمونيوم ذوابة بالماء مثل أملاح المعادن القلوية. مثال ذلك الأملاح التي تستعمل أسمدة[ر: التسميد]، وهي كبريتات الأمونيوم (NH4)2SO4، ونترات الأمونيوم NH4NO3، وفوسفات أحادية الأمونيوم NH4H2PO4. وتستعمل هذه الأسمدة منفردة أو محلولة مع كيمياويات أخرى غالباً لإنتاج ما يدعى NPK. ويتطلب من هذا المنتج توفير الآزوت (N) والفسفور (P) والبوتاسيوم (K) للتربة.
ومن أملاحه المهمة كلوريد الأمونيوم NH4Cl، وقد اشتهر هذا الملح لأنه يتحول بالتسخين من صلب إلى غاز وبالعكس من دون المرور بالحالة السائلة، ذلك لأنه يتفكك بالتسخين، والبخار فوق كلوريد الأمونيوم الساخن يتكون من مزيج نشادر مع كلوريد الهدروجين، ويعود ذلك إلى تفككه بالتسخين:
يستعمل كلوريد الأمونيوم في البطاريات الجافة ومنظفاً لسطوح المعادن عند لحمها، ويعتمد على تفككه إلى HCl و NH3 بالحرارة وتفاعل HCl مع الأكسيد المعدني لتشكيل كلوريد طيار.
موفق شخاشيرو