Молекула аммиака NH3

 Теория:

Молекула аммиака — это химическое соединение с формулой NH₃.

Она состоит из одного атома азота (N) и трёх атомов водорода (H).

Имеет форму треугольной пирамиды, с азотом на вершине и водородами в основании.

Это полярная молекула, что делает её очень хорошо растворимой в воде.

Аммиак — это бесцветный газ с резким запахом, который проявляет основные свойства.

Состав молекулы аммиака

Одна молекула NH₃ состоит из:

Одного атома азота (N)

Трех атомов водорода (H).

Химическая связь

В молекуле аммиака (NH₃) химическая связь является ковалентной полярной.

Ковалентная связь: Образуется за счет обобществления (общих) электронных пар между атомами азота (N) и водорода (H).

Каждый атом водорода предоставляет один электрон, а атом азота — три электрона (по одному на каждую связь), формируя три одинарные связи N — H.

Полярная связь: Азот (N) является более электроотрицательным элементом, чем водород (H).

Это означает, что атом азота сильнее притягивает к себе общие электронные пары в связях N-H.

В результате на атоме азота возникает частичный отрицательный заряд (δ^—), а на каждом атоме водорода — частичный положительный заряд (δ⁺).

Интересный факт: точный химический состав молекулы аммиака (NH₃) был определён французским химиком Клодом Луи Бертолле (Claude Louis Berthollet) в 1785 году.

Строение (Геометрия)

В центре молекулы находится атом азота (N).

Три атома водорода (H) связаны с атомом азота одинарными ковалентными связями.

У атома азота также есть одна неподеленная электронная пара.

Эта электронная пара очень важна, так как она отталкивает связи N-H вниз, придавая молекуле аммиака характерную форму.

Геометрия молекулы: Молекула аммиака имеет форму тригональной (треугольной) пирамиды.

Атом азота находится на вершине пирамиды, а три атома водорода образуют ее основание.

Углы между связями H-N-H составляют приблизительно 107.8°, что немного меньше идеального тетраэдрического угла (109.5°) из-за отталкивания неподеленной электронной пары.

Полярность: Молекула аммиака полярна. Азот более электроотрицателен, чем водород, и «тянет» электроны к себе, создавая частичный отрицательный заряд на атоме азота и частичные положительные заряды на атомах водорода.

Кроме того, асимметричная пирамидальная форма (из-за неподеленной электронной пары) не позволяет дипольным моментам связей компенсироваться.

Эта полярность является причиной многих свойств аммиака.

Визуализация строения

Можно представить как (неподеленная пара электронов сверху):

Это трехмерная форма, где азот сверху, а водороды образуют треугольник внизу, рис выше.

Молекулярная масса

Атомная масса азота (N) ≈ 14.007 а.е.м.

Атомная масса водорода (H) ≈ 1.008 а.е.м.

Молекулярная масса NH₃ = 14.007 + (3 × 1.008) = 14.007 + 3.024 = 17.031 а.е.м.

Молярная масса NH₃ ≈ 17.03 г/моль.

Свойства (обусловленные строением и полярностью)

Газ при комнатной температуре: Аммиак является бесцветным газом с резким характерным запахом.

Высокая растворимость в воде: Из-за своей полярности и способности образовывать водородные связи с молекулами воды.

Аммиак очень хорошо растворяется в воде, образуя слабое основание — гидроксид аммония (NH₃ · H₂O или NH₄OH).

Основные свойства: Неподеленная электронная пара на атоме азота позволяет молекуле аммиака принимать протон (H⁺).

Проявляя свойства основания Брёнстеда-Лоури и основания Льюиса.

Аммиак широко используется в производстве удобрений, пластмасс, фармацевтических препаратов, в холодильной технике и многих других отраслях.

 Пример решения, задача:

Задача № 1.

Дано: Какова масса 0.5 моль аммиака (NH₃)?

Решение: Масса (m) = Количество вещества (n) × Молярная масса (M)
m(NH₃) = 0.5 моль х 17.04 г/моль = 8.52 г.

Ответ: 8.52 г.

Задача № 2.

Дано: Сколько моль аммиака (NH₃) содержится в 34.08 граммах этого газа?

Решение: Количество вещества (n) = Масса (m) / Молярная масса (M)
n(NH₃) = 34.08 г/17.04 г/моль = 2 моль.

Ответ: 2 моль.

Задача № 3.

Дано: Сколько молекул аммиака содержится в 4.26 граммах NH₃? (Используйте число Авогадро N_A ≈ 6.022×10²³ моль^-1).

Решение:

Найдем количество моль NH₃: n(NH₃) = Масса/Молярная масса = 4.26 г/17.04 г/моль = 0.25 моль.

Найдем число молекул: Число молекул = n×N_A = 0.25 моль × 6.022 × 10²³ молекул моль = 1.5055×10²³ молекул.

Ответ: 1.5055×10²³ молекул.

Часто задаваемые вопросы

Какую форму имеет молекула NH3?

Имеет форму пирамиды, в вершине которой расположен атом азота, а в основании — три атома водорода. 

Какова формула раствора аммиака?

NH₃ + H₂O ⇄ NH₄OH. В воде аммиак вступает в обратимую реакцию с водой, образуя ионы аммония (NH₄⁺) и гидроксид-ионы (OH^—), что придает раствору основные свойства.

Какая связь в молекуле NH3?

Образуется за счёт ковалентных связей между атомом азота (N) и тремя атомами водорода (H).