אמוניה (NH3): מה זה, בשביל מה זה מיועד, סיכונים

א אַמוֹנִיָה, בעל הנוסחה NH3, הוא גז חסר צבע, רעיל עם ריח חזק ולא נעים. יש לו גיאומטריה פירמידלית, בנוסף להיותו הגז המסיס ביותר בו מים זה ידוע, דווקא על ידי היווצרות של קשרי מימן. זהו חומר חשוב במחזור החנקן העולמי.

הוא נמצא בשימוש נרחב כדשן, מאז חַנקָן זהו מקרו-נוטריינט לצמחים. תהליך הייצור העיקרי שלו הוא תהליך האבר-בוש, שפותח בתחילת המאה ה-20. זהו חומר מעורר טיפול, שכן יש לו פוטנציאל רעיל רב, ובמקרים מסוימים חשיפה אליו עלולה להיות קטלנית.

קרא גם: אסבסט - חומר שנאסר במספר מדינות עקב בעיות בריאותיות

סיכום על אמוניה

• אמוניה היא מולקולה בעלת הנוסחה NH₃, קוטבי, מסיס במים ובעל גיאומטריה פירמידלית.
• זהו גז חסר צבע ורעיל עם ריח חזק ולא נעים.
• חלק ניכר מהאמוניה המופקת מיועד לייצור של דשנים, שכן חנקן הוא מקרו-נוטריינט לצמחים.
• הדרך העיקרית להשיג אמוניה באופן סינתטי היא באמצעות תהליך הבר-בוש, שפותח בתחילת המאה ה-20.
• אמוניה מעוררת זהירות, וחשיפה לגז זה עלולה לגרום לבעיות חמורות, כולל מוות.
• למרות היותו מוכר עוד מימי קדם, הוא היה מבודד ומאופיין רק במאה ה-18.

תכונות אמוניה

• נוסחה מולקולרית: NH₃.
• מסה מולארית: 17.031 גרם מול^-1.
• נקודת היתוך: -77.73 מעלות צלזיוס.
• נקודת רתיחה: -33.33 מעלות צלזיוס.
• צְפִיפוּת: 0.696 גרם. ל^-1.
• מראה חיצוני: גז חסר צבע.
• מְסִיסוּת: מסיס מאוד במים (≈ 530 גרם. ל^-1 ב-20 מעלות צלזיוס); מסיס ב אתנול זה אתיל אתר.
• רגע דיפול: 1.47 D (מולקולה קוטבית).
• גיאומטריה מולקולרית: פירמידלי.

מהם המאפיינים של אמוניה?

אמוניה היא א גז חסר צבע, רעיל, בעל ריח חריף. הוא מתרחש בטבע, בעיקר באמצעות ריקבון אנאירובי של חומר צמחי ובעלי חיים, ומתגלה גם בחלל החיצון. כמה ירקות, בשילוב עם חיידקים Rhizobium, מסוגלים לקבע חנקן אטמוספרי ובכך לייצר NH₃, בשלב חשוב ב מחזור החנקן העולמי.

כשאתה מגיב עם חַמצָן, ב שְׂרֵפָה, מייצר גז חנקן ומים:

4 NH₃ +30₂ → 2 N₂ + 6H₂O

בין ה גזים, לאמוניה המסיסות הגבוהה ביותר במים, תוצאה ישירה של היווצרות קשר המימן שלו עם מולקולות H₂O. יש לו גם אופי מעט בסיסי, עקב תגובת היינון הבאה:

NH₃ (aq) + H₂O(l) ⇌ NH₄⁺ (aq) + OH^- (כאן) ק_ב = 1.8 x 10^-5

הערך הנמוך של K_ב מראה שמעט אמוניה מייננת, כך שגם בתמיסות מדוללות עדיין מורגש ריח האמוניה.

איור מולקולת אמוניה.

בשביל מה אמוניה?

יותר מ 80% מייצור האמוניה בעולם משמש ישירות או לא בשימוש חַקלָאוּת. בין הדשנים המיוצרים באמצעות אמוניה ניתן למנות אוריאה, אמוניום פוספט, אמוניום חנקתי וחנקות נוספות. לפי הסקר הגיאולוגי של ארצות הברית, בשנת 2018 הייצור העולמי של אמוניה היה כ-144 מיליון טון, עם אַסְיָה המפיק הראשי, בעיקר בשל ה חרסינה.

זה הכל למהחנקן הוא אחד מאקרונוטריינטים של צמחים. ולכן הוא מרכיב חיוני לצמיחתו הטובה.

אמוניה משמשת כדשן.

גם אמוניה חשוב בסינתזה של חומצה חנקתית, אחד החומרים הכימיים המיוצרים והנסחרים ביותר בעולם. התהליך מתחיל עם חִמצוּן מ-NH₃ ל-NO, באמצעות בעירה של אמוניה בטמפרטורה של 1200 K בנוכחות זרז רודיום ופלטינה (Rh/Pt):

4 NH₃ +50₂ → 4 NO + 6 H₂O

לאחר מכן מערבבים את ה-NO באוויר ונספג בזרם נגדי של מים, ומייצר, לאחר מספר צעדים, חומצה חנקתית, בריכוז של כ-60% במסה.

בין שימושים קלים ניתן למנות את מריחת האמוניה בתעשיית הקוסמטיקה וגם בהרכב מוצרי ניקוי ואקונומיקה.

קרא גם: אמוניום חנקתי - תרכובת תגובתית גבוהה המשמשת בדשנים וחומרי נפץ

השגת אמוניה

הצורה העיקרית של ייצור אמוניה היא על ידי תהליך האבר-בוש, שפותח לראשונה ב-1908 על ידי הכימאי הגרמני פריץ הבר ולאחר מכן הותאם לקנה מידה תעשייתי על ידי הכימאי והמהנדס הגרמני קרל בוש בין 1909 ל-1913. שניהם זכו בתואר פרס נובל של כימיה להישג.

בול שוודי משנת 1978 לכבוד המדען פריץ הבר. [1]

א תגובת התהליך היא כדלקמן:

לא₂ + 3H₂ ⇌ 2 NH₃

מימן מיוצר דרך מתאן, CH₄, עם קיטור ואוויר, מייצרים CO וגז מימן. CO עצמו יכול גם להגיב עם קיטור כדי לייצר יותר גז מימן.

CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂

CO + H₂O → CO2 + H₂

האתגר בתהליך הבר-בוש הוא תשואה, וכדי שתושג תשואה טובה, התנאים התרמודינמיקה חייבת להיות מותאמת היטב, ביישום קלאסי של עקרונות הכימיה הפיזיקלית במערכות ב איזון.

היותה תגובה אקסותרמית (ΔH = - 92 kJ.mol^-1), העלייה בטמפרטורה, למרות הגדלת המהירות של תגובה כימית, מקטין את תפוקת התגובה. בטמפרטורה נתונה, גם קצב התגובה וגם התפוקה שלה גדלים במצב של לחץ גבוה. נוכחות של זרז גם מקלה על התהליך. לכן, תנאי הייצור האידיאליים הם עם טֶמפֶּרָטוּרָה קרוב ל-450 מעלות צלזיוס, א לַחַץ של 20,260 kPa וזרז Fe הטרוגני₃O₄ מעורבב עם ק₂או, SiO₂ ואל₂O₃.

אמצעי זהירות עם אמוניה

אמוניה היא גז רעיל, אך ריכוזים טבעיים של תרכובת זו אינם מסוכנים לנו. כְּבָר עבור אלה שעובדים עם החומר הזה, תשומת הלב חייבת להיות קבועה, שכן ברמות גבוהות יותר של חשיפה NH₃ יכול לגרום לנזק חמור, כגון גירוי ל עור, אנחנו עיניים, בגרון ו ריאות, בנוסף להופעת שיעול וכוויות. כאשר ריכוז האמוניה הוא בטווח של 2500 עד 4000 ppm (מ"ג. L-1) באוויר, הוא גורם למוות של אדם בתוך כ-30 דקות וברמות ריכוז גבוהות יותר, כגון 5000 עד 10000 ppm, המוות הוא כמעט מיידי.

למרות כל זה, אמוניה לא מסווג כמסרטן על ידי הסוכנות הבינלאומית לחקר הסרטן (IARC).

היסטוריה של אמוניה

למרות שמובן כי אמוניה ידועה עוד מימי קדם, אחת ההתייחסויות הראשונות לפתרון מים מהחומר הזה מגיעים מעבודתו של ריימונד לולי, מיסיונר קטלוני שחי בין השלוש עשרה ל XIV. הספר הכימאי הספקן (מאנגלית הכימיסט הספקן), משנת 1661 וחיבר רוברט בויל, מזכירה גם תמיסה מימית של אמוניה, באותו אופן שבו יוהן קונקל ואן לוונשטרן מזכיר את הגז בעבודותיו.

א התגלית נזקפת לזכותו של האנגלי ג'וזף פריסטלי^*, אשר בודד ואפיין את המתחם בשנת 1773 על ידי חימום תמיסה מימית של אמוניה (שאותה כינה "הרוח הנדיפה של מלח האמוניום"). בזמנו, Pristly כינה את הגז כ"אוויר בסיסי". בשנת 1782, הכימאי השבדי טורבורן אולוף ברגמן הציע את השם אמוניה עבור "אוויר בסיסי", ובשנת 1785, הכימאי הצרפתי קלוד לואי ברטהולט קבע את ההרכב הכימי של אמוניה.

^* האגודה האמריקנית לכימיה גם מייחסת את השבדי ג'וזף בלאק, האירי פיטר וולף והשוודי קרל וילהלם שילה כמדענים שבידדו אמוניה.

מאת סטפנו אראוחו נובאיס
מורה לכימיה