アンモニア
識別情報
CAS登録番号 7664-41-7
PubChem 222
国連/北米番号 無水物:1005
水溶液:2672, 2073, 3318
RTECS番号 BO0875000
特性
化学式 NH3
モル質量 17.0306 g mol-1
外観 刺激臭のある無色透明の気体
密度 0.6942[1]
融点

-77.73 °C, 195 K, -108 °F

沸点

-33.34 °C, 240 K, -28 °F

への溶解度 89.9 g/100 cm3 (0 ℃)
酸解離定数 pKa 38
塩基解離定数 pKb 4.75 (H2Oと反応)
屈折率 (nD) εr
構造
分子の形 三角錐形
双極子モーメント 1.42 D
熱化学
標準生成熱 ΔfHo -46.11 kJ mol-1
標準燃焼熱 ΔcHo -382.64 kJ mol-1
標準モルエントロピー So 192.45 J mol-1K-1
標準定圧モル比熱, Cpo 35.06 J mol-1K-1
危険性
安全データシート(外部リンク) ICSC:0414(日本語)
ICSC 0414(英語)
NFPA 704
NFPA 704.svg
1
3
0
Rフレーズ R10, R23, R34, R50
Sフレーズ (S1/2), S16, S36/37/39, S45, S61
引火点 なし[2]
発火点 651 ℃
関連する物質
その他の陰イオン 塩化アンモニウム
炭酸アンモニウム
関連物質 ヒドラジン
アジ化水素
ヒドロキシルアミン
クロラミン
特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。

アンモニア (: ammonia) は分子式 で表される無機化合物常温常圧では無色気体で、特有の強い刺激臭を持つ。

水に良く溶けるため、水溶液(アンモニア水)として使用されることも多く、化学工業では基礎的な窒素源として重要である。また生体において有であるため、重要視される物質である。塩基の程度は水酸化ナトリウムより弱い。

窒素原子上の孤立電子対のはたらきにより、金属錯体配位子となり、その場合はアンミン[3]と呼ばれる。

名称の由来は、古代エジプトアモン神殿の近くからアンモニウム塩が産出した事による。ラテン語sol ammoniacum(アモンの塩)を語源とする。「アモンの塩」が意味する化合物は食塩尿から合成されていた塩化アンモニウムである。アンモニアを初めて合成したのはジョゼフ・プリーストリー(1774年)である。

共役酸 (NH4+) はアンモニウムイオン[4]共役塩基 (NH2-) はアミドイオン[5]である。

性質

アンモニア分子は窒素を中心とする四面体構造を取っており、各頂点には3つの水素原子と一対の孤立電子対を持つ。常温常圧では無色で刺激臭のある可燃性気体。水に非常によく溶け、水溶液は塩基性を示す。

様々なと反応して、対応するアンモニウム塩を作る。また、有機反応において求核剤として振る舞う。例えば、ハロゲン化アルキルと反応してアミンを、カルボン酸ハロゲン化物カルボン酸無水物と反応してアミドを与える。塩化水素(塩酸)を近づけると塩化アンモニウム (NH4Cl) の白煙を生じる。ネスラー試薬では褐色の沈殿を生じる。

液体アンモニア

アンモニアは液化しやすく、20℃では、0.857 MPa (8.46気圧)で液化する。また沸点が-33℃と高いため寒冷地では冬季に自然に液化することもあり得る。液体アンモニアの性質は水と似ている。例えば、様々な物質を溶解し、液体アンモニア自体も水溶液と似た性質を示すことが多い。液体アンモニアの蒸発潜熱は1268 J g-1(0℃)であり、この値は水に次いで大きい。

液体アンモニア中では弱い自己解離が存在し、-33℃(沸点)におけるイオン積は以下の通りである[6]

液体アンモニアの白色ボンベ。日本においては内容物によって塗装色が定められている。

液体アンモニアは単体アルカリ金属アルカリ土類金属およびユウロピウムなどを溶解する性質を持つ。アルカリ金属、特にセシウム溶解度は非常に大きく、これらの金属の希薄溶液は溶媒和電子により青色を呈するが、濃厚溶液は金属光沢ブロンズ様の液体となる。液体アンモニアに溶解した金属ナトリウムは、有機反応に利用される。さらに、金属溶液は高濃度で金属的な伝導挙動を示すことが知られている。

比誘電率は-33℃において22.4と水に比べてはるかに低い。無機塩類の液体アンモニアに対する溶解度は一般的に低いが、アンモニアの配位能力によりヨウ化銀(AgI)などは非常によく溶ける。

人体においては、摂取した蛋白質肝臓で分解される過程でアンモニアが生じ、さらに尿素へと変化する。肝機能が低下するなどしていると「がアンモニア臭い」と感じられることがある[7]。またアンモニアを吸引するなどした場合は量によっては危険であるため、中アンモニア濃度を測定する。また、魚介類などの人間以外の生体については、環境水における濃度を測定する。

毒性

粘膜に対する刺激性が強く、濃度 0.1% 以上のガス吸引で危険症状を呈する。悪臭防止法に基づく特定悪臭物質の一つであり、毒物および劇物取締法においても劇物に指定されている。日本では高圧ガス保安法で毒性ガス及び可燃性ガスに指定され、白色のボンベを用いるように定められている。液体状のものが飛散した場合は非常に危険で、特に目に入った場合には失明に至る可能性が非常に高い[8]。高濃度のガスを吸入した場合、刺激によるショックが呼吸停止を誘発することがある[9]。生体において、血中アンモニア濃度が高くなると、中枢神経系に強く働き、意識障害が生じる。

急性毒性[9]
  • 吸入 ラット LC50 2000ppm/4hr
  • 吸入 マウス LC50 4230ppm/4hr
  • 吸入 ウサギ LC50 7 mg/m3/1hr
  • 吸入 ネコ LC50 7 mg/m3/1hr
  • 経口 ラット LD50 350 mg/kg

燃焼

通常の状態における空気中での引火性は知られていない。発火点は651℃で空気中のアンモニア含有量が16–25%で爆発性ガスができる。液体アンモニアはハロゲン強酸と接触すると激しく反応して爆発・飛散することがある。酸素中では燃焼し、窒素酸化物を発生する[10]

アンモニア水

アンモニアの水に対する溶解度は気体としては非常に大きく濃厚水溶液が存在し、また密度は濃度と伴に減少し、市販の濃アンモニア水は25〜28%程度のものが多く、26%(d=0.904 g cm-3)のものはモル濃度は13.8 mol dm−3である。アンモニアは水に対しかなり発熱的(すべての気体の溶解熱は発熱的であるが)に溶解し、また溶解に関するギブス自由エネルギー変化も負の値を取るため[11]、水に非常に溶けやすいことになる。これは極性のアンモニア分子が、より極性の強い水分子と水素結合を形成するためである。

アンモニアの溶解 -34.13 kJ mol-1 -10.05 kJ mol-1 -81.2 J mol-1K-1 59 J mol-1K-1

またアンモニア水は一部電離し、

,

酸塩基平衡反応によってアンモニウムイオン NH4+水酸化物イオン OH- が生じ塩基性を示す。かつてアンモニア水の塩基性は水酸化アンモニウム NH4OH が生成し、これが電離すると考えられていたが、水溶液中にはそのような化学種は認められず、また低温ではアンモニア一水和物 NH3·H2O が生成するが、これはアンモニア分子と水分子が水素結合したものであり水酸化アンモニウムの構造ではない[12]

また、弱塩基のアンモニアを中和した塩であるアンモニウム塩は弱酸性を示すが、これはアンモニウムイオンの酸解離による。塩基の強度は共役酸酸解離定数で表記する場合が多い。

,
pKa

アンモニアの塩基解離およびアンモニウムイオンの酸解離に対するエンタルピー変化、ギブス自由エネルギー変化、エントロピー変化および定圧モル比熱変化は以下の通りである[11]。アンモニアの塩基解離に関しては電荷の増加による、水和の増加に伴いエントロピーの減少が見られるが、アンモニウムイオンの酸解離に関しては、電荷は変化しないためエントロピー変化は小さい[13]

アンモニアの塩基解離 3.62 kJ mol-1 27.08 kJ mol-1 -78.6 J mol-1K-1 -210 J mol-1K-1
アンモニウムイオンの酸解離 52.22 kJ mol-1 52.81 kJ mol-1 -2.1 J mol-1K-1 -14 J mol-1K-1

アンモニウムイオン

Ammonium.svg
Ammonium-3D-vdW.png

アンモニウムイオン (ammonium) はアンモニアに水素イオンが付加(配位結合)することにより生成し、アンモニア水の電離によっても一部生成する1価の陽イオンであり、オニウムイオンの一種である。正四面体型構造をとる。

アンモニウム塩

アンモニウムイオンを含むイオン結晶をアンモニウム塩(アンモニウムえん、ammonium)と呼び、アンモニアと酸との中和反応によっても生成する。多くのものが水に可溶であるが、過塩素酸塩、ヘキサクロロ白金酸塩などは溶解度が低く、アンモニウム塩の溶解度はアンモニウムイオンとイオン半径の近い、カリウム塩およびルビジウム塩に類似する。加熱により分解し、過塩素酸アンモニウムなどは爆発する。