Ammoniak (NH3): wat het is, waar het voor is, risico's

A ammoniak, met de formule NH3, is een kleurloos, giftig gas met een sterke en onaangename geur. Het heeft een piramidale geometrie en is bovendien het meest oplosbare gas in water dat is bekend, juist door de vorming van waterstofbruggen. Het is een belangrijke stof in de wereldwijde stikstofkringloop.

Het wordt veel gebruikt als meststof, omdat de stikstof Het is een macronutriënt voor planten. Het belangrijkste productieproces is het Haber-Bosch-proces, ontwikkeld aan het begin van de 20e eeuw. Het is een stof die tot zorg inspireert, omdat het een groot toxisch potentieel heeft, en in bepaalde gevallen kan blootstelling eraan dodelijk zijn.

Lees ook: Asbest — stof die in verschillende landen is verboden vanwege gezondheidsproblemen

samenvatting over ammoniak

• Ammoniak is een molecuul met de formule NH₃, polair, oplosbaar in water en van piramidale geometrie.
• Het is een kleurloos, giftig gas met een sterke, onaangename geur.
• Een groot deel van de geproduceerde ammoniak is bestemd voor de productie van meststoffen, omdat stikstof een macronutriënt is voor planten.
• De belangrijkste manier om ammoniak synthetisch te verkrijgen is via het Haber-Bosch-proces, ontwikkeld aan het begin van de 20e eeuw.
• Ammoniak roept op tot voorzichtigheid en blootstelling aan dit gas kan ernstige problemen veroorzaken, waaronder de dood.
• Ondanks dat het al sinds de oudheid bekend is, werd het pas in de 18e eeuw geïsoleerd en gekarakteriseerd.

ammoniak eigenschappen

• moleculaire formule: NH₃.
• Molaire massa: 17.031 g.mol^-1.
• Fusie punt: -77,73°C.
• Kookpunt: -33,33°C.
• Dikte: 0,696g. L^-1.
• Fysiek uiterlijk: kleurloos gas.
• Oplosbaarheid: zeer oplosbaar in water (≈ 530 g. L^-1 bij 20 °C); oplosbaar in ethanol Het is ethylether.
• dipool moment: 1,47 D (polair molecuul).
• moleculaire geometrie: piramidaal.

Wat zijn de kenmerken van ammoniak?

Ammoniak is een Kleurloos, giftig, scherp ruikend gas. Het komt in de natuur voor, voornamelijk door het anaerobe verval van plantaardig en dierlijk materiaal, en wordt ook in de ruimte gedetecteerd. Sommige groenten, gecombineerd met bacteriën Rhizobium, kunnen stikstof uit de lucht binden en zo NH produceren₃, in een belangrijke fase van de wereldwijde stikstofcyclus.

Wanneer je reageert met zuurstof, in een verbranding, produceert stikstofgas en water:

4 NH₃ +30₂ → 2 N₂ + 6 uur₂O

Tussen de gassen, heeft ammoniak de hoogste oplosbaarheid in water, een direct gevolg van de vorming van zijn waterstofbinding met H-moleculen₂O. Het heeft ook een enigszins basisch karakter, vanwege de volgende ionisatiereactie:

NH₃ (aq) + H₂O(l) ⇌NH₄⁺ (aq) + OH^- (hier) k_B = 1,8 x 10^-5

De lage waarde van K_B laat zien dat weinig ammoniak ioniseert, dus zelfs in verdunde oplossingen is de geur van ammoniak nog steeds waarneembaar.

Ammoniak molecuul illustratie.

Waar is ammoniak voor?

Meer van 80% van de wereldwijde ammoniakproductie wordt direct of niet gebruikt in landbouw. Onder de meststoffen die met behulp van ammoniak worden geproduceerd, bevinden zich ureum, ammoniumfosfaat, ammoniumnitraat en andere nitraten. Volgens de United States Geological Survey bedroeg de wereldproductie van ammoniak in 2018 ongeveer 144 miljoen ton, met de Azië de belangrijkste producent, grotendeels dankzij de China.

dat alles WaaromStikstof is een van de macronutriënten van planten. en daarom is het een essentieel element voor zijn goede groei.

Ammoniak wordt gebruikt als meststof.

ammoniak ook belangrijk bij de synthese van salpeterzuur, een van de meest geproduceerde en verhandelde chemische stoffen ter wereld. Het proces begint met de oxidatie van NH₃ tot NO, door verbranding van ammoniak bij een temperatuur van 1200 K in aanwezigheid van een rhodium- en platinakatalysator (Rh/Pt):

4 NH₃ +50₂ → 4 NEE + 6 H₂O

De NO wordt vervolgens gemengd met lucht en geabsorbeerd in een tegenstroom van water, waarbij na enkele stappen salpeterzuur wordt geproduceerd met een concentratie van ongeveer 60 massaprocent.

Onder kleine toepassingen is de toepassing van ammoniak in de cosmetica-industrie en ook in de samenstelling van schoonmaakproducten en bleekmiddelen.

Lees ook: Ammoniumnitraat - zeer reactieve verbinding die wordt gebruikt in meststoffen en explosieven

Ammoniak verkrijgen

De belangrijkste vorm van ammoniakproductie is door Haber-Bosch-proces, voor het eerst ontwikkeld in 1908 door de Duitse chemicus Frits Haber en vervolgens tussen 1909 en 1913 door de Duitse chemicus en ingenieur Carl Bosch op industriële schaal aangepast. Beiden kregen de Nobelprijs van Scheikunde voor de prestatie.

Zweedse postzegel uit 1978 ter ere van wetenschapper Fritz Haber. [1]

A De procesreactie is als volgt:

Nee₂ + 3H₂ ⇌ 2 NH₃

Waterstof wordt geproduceerd door de methaan, CH₄, met stoom en lucht, waarbij CO en waterstofgas worden geproduceerd. CO zelf kan ook reageren met stoom om meer waterstofgas te produceren.

CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂

CO + H₂O → CO2 + H₂

De uitdaging bij het Haber-Bosch-proces is de opbrengst, en om een ​​goede opbrengst te behalen, de voorwaarden thermodynamica moet heel goed worden aangepast, in een klassieke toepassing van de principes van de fysische chemie in systemen in evenwicht.

Omdat het een exotherme reactie is (ΔH = - 92 kJ.mol^-1), de stijging van de temperatuur, ondanks het verhogen van de snelheid van chemische reactie, vermindert de opbrengst van de reactie. Bij een bepaalde temperatuur worden zowel de reactiesnelheid als de opbrengst verhoogd in een situatie van hoge druk. De aanwezigheid van een katalysator vergemakkelijkt ook het proces. Daarom zijn de ideale productieomstandigheden bij de temperatuur bijna 450 °C, een druk van 20.260 kPa en een heterogene Fe-katalysator₃O₄ vermengd met K₂O, SiO₂ en Al₂O₃.

Voorzorgsmaatregelen met ammoniak

Ammoniak is een giftig gas, maar natuurlijke concentraties van deze verbinding zijn niet gevaarlijk voor ons. Al voor degenen die met deze stof werken, moet de aandacht constant zijn, aangezien bij hogere blootstellingsniveaus NH₃ kan ernstige schade veroorzaken, zoals irritatie aan de huid, ons ogen, in de keel en longen, naast het optreden van hoesten en brandwonden. Wanneer de ammoniakconcentratie in het bereik van 2500 tot 4000 ppm (mg. L-1) in de lucht veroorzaakt het de dood van een mens in ongeveer 30 minuten en bij hogere concentratieniveaus, zoals 5000 tot 10000 ppm, is de dood praktisch onmiddellijk.

Ondanks dit alles, ammoniak niet geclassificeerd als kankerverwekkend door het Internationaal Agentschap voor Kankeronderzoek (IARC).

geschiedenis van ammoniak

Hoewel het duidelijk is dat ammoniak al sinds de oudheid bekend is, een van de eerste verwijzingen naar een oplossing water van deze substantie is afkomstig van het werk van Raymond Lully, een Catalaanse missionaris die leefde tussen de dertiende en XIV. Het boek De sceptische chemicus (van Engels De sceptische chymist), uit 1661 en geschreven door Robert Boyle, noemt ook een waterige oplossing van ammoniak, op dezelfde manier waarop Johann Kunkel van Lowenstern het gas in zijn werken noemt.

A ontdekking wordt toegeschreven aan de Engelsman Joseph Pristly^*, die de verbinding in 1773 isoleerde en karakteriseerde door een waterige oplossing van ammoniak te verhitten (die hij de "vluchtige geest van ammoniumzout" noemde). Destijds noemde Pristly het gas "alkalische lucht". In 1782 stelde de Zweedse chemicus Torburn Olof Bergman de naam ammoniak voor voor "alkalische lucht" en in 1785 bepaalde de Franse chemicus Claude Louis Berthollet de chemische samenstelling van ammoniak.

^* De American Chemical Society noemt ook de Zweed Joseph Black, de Ier Peter Woulfe en de Zweed Carl Wilhelm Scheele als wetenschappers die ammoniak isoleerden.

Door Stefano Araujo Novais
Scheikundeleraar