tính chất và ứng ụng của amoniac

Tính chất vật lýAmoniac là một khí độc, không màu, có mùi khai, nhẹ hơn không khí, mật độ gấp 0,589 lần so với không khí, tan nhiều trong nước ở điều kiện thường 1 lít nước hòa tan được

Bạn có biết ? Amoniac là hợp chất của Nitơ và Hydro, có công thức phân tử là NH 3 Là trihydride nitrogen đơn giản nhất Được tìm thấy với số lượng lớn trong tự nhiên Sinh ra từ quá trình phân hủy xác động vật và thực vật, trong nước mưa với số lượng nhỏ, qua sự bài tiết của thận để trung hòa axit dư thừa Ngoài ra còn có trong đất màu mỡ và nước biển dưới dạng muối amoni.

Amoniac cũng được tìm thấy trong khắp Hệ Mặt Trời như Sao Hỏa, Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương, Sao Hải Vương, Sao Diêm Vương và trên các hành tinh nhỏ hơn Ở trên một hành tinh băng giá như Sao Diêm Vương, amoniac hoạt động như một chất chống đông quan trọng về mặt địa chất, tạo một hỗn hợp nước và amoniac có điểm nóng chảy thấp, nếu nồng độ amoniac đủ cao sẽ cho phép các hành tinh đó giữ lại các đại dương bên trong và địa chất hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn nhiều Các chất có chứa amoniac hoặc những chất tương tự như

nó được gọi là amoniacal.

Tổng sản lượng sản xuất amoniac công nghiệp toàn cầu của năm 2014 là

176 triệu tấn, tăng 13 % so với sản xuất công nghiệp toàn cầu năm 2006 là 152 triệu tấn Amoniac công nghiệp được bán dưới dạng lỏng ngậm nước (nồng độ 28%) hoặc dưới dạng lỏng khan được điều áp hoặc làm lạnh và được vận chuyển trong xe bồn hoặc xi lanh

I Cấu tạo phân tử

Do có 3 electron độc thân nên nguyên

tử Nitơ trong phân tử Amoniac tạo thành ba

liên kết cộng hóa trị với ba nguyên tử Hidro

Phân tử NH3 có cấu tạo hình chóp, với

nguyên tử Nitơ ở đỉnh và ba nguyên tử

Hidro ở đáy tạo thành một tam giác, có góc

liên kết được xác định bằng thực nghiệm là

106,7o

II Tính chất vật lý

Amoniac là một khí độc, không màu, có mùi khai, nhẹ hơn không khí, mật

độ gấp 0,589 lần so với không khí, tan nhiều trong nước (ở điều kiện thường 1 lít

nước hòa tan được 800 lít amoniac) do hình thành liên kết Hydro với phân tử

nước, tự bốc cháy ở 651℃, là một dung môi hòa tan tốt các chất do có hằng số điện môi nhỏ

Amoniac dễ hóa lỏng vì phân tử có độ phân cực lớn (phân tử NH 3 có cặp electron tự do và liên kết N- H bị phân cực) Nó hóa lỏng ở -33,34℃ và đóng băng

ở -77.73℃, tinh thể có màu trắng Ở trạng thái lỏng, phân tử NH3 sở hữu khả năng ion hóa mạnh mẽ

III Tính chất hóa học

1 Tính khử mạnh

2NH3 + 3Cl2 → N2 + 6HCl

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O (500°C)

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (xúc tác Pt, 800°C)

2NH3 + 3CuO → N2 + 3Cu + 3H2O (đun nóng)

2 Tác dụng với axit

2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4

NH3 (k) + HCl (k) → NH4Cl (r)

3 Tính bazơ yếu

NH3 + H2O ⇌NH4+ +

4 Tác dụng với dung dịch muối

NH3 + H2O + CuSO4 → (NH4)2SO4 + Cu(OH)2 ↓

5 Tạo phức với nhiều hợp chất khó tan của kim loại

Với M = Cu, Zn, Pb,…

M(OH)2 + 4NH3 [M(NH3)4](OH)2

Ni(OH)2 + 6NH3 [Ni(NH3)6](OH)2

Ag + + 2NH3 [Ag(NH3)2] +

6 Tự phân ly

2NH3 ⇌ +

7 Đốt cháy

4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

IV Điều chế

1 Trong phòng thí nghiệm

2NH4Cl + Ca(OH)2 → NH3 + CaCl2 + H2O

2 Trong công nghiệp

Bosch với N2 không khí, H2 từ khí Metan (CH4) và nước.

CH4 + H2O ⇌ CO + 3H2 (xúc tác Ni, nhiệt độ cao)

N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 (ΔH = –92 kJ/mol)

- Phương thức Rothe Frank Caro

CaCN2 + 3H2O → CaCO3 + 2NH3

- Phương thức Persek

2AlN + 3H2O → Al2O3 + 2NH3

V Vai trò và ứng dụng

1 Tổng hợp phân đạm (ure)

2NH3 + CO2 → CO(NH2)2 + H2O (nhiệt độ từ 180 - 200 ℃ , áp suất khoảng 200 atm)

Khi bón phân vào đất sẽ giúp tăng năng suất các loại cây trồng

2 Tổng hợp axit nitric

NH3 + 2O2 → HNO3 + H2O (xúc tác Pt, nhiệt độ 700 - 850 ℃ , áp suất ≈

9 atm)

3 Sử dụng làm chất tẩy rửa đa năng cho nhiều bề mặt

Amoniac với nồng độ 5 - 10%, có khả năng làm sạch nhanh chóng và làm

sáng bóng bề mặt tương đối tốt

a) Ure nhỏ b) Ure đục

Giá thành rẻ nên được sử dụng khá rộng rãi, phổ biến nhất là làm sạch thủy tinh, sứ, thép không gỉ Ngoài ra cũng thường được sử dụng để làm sạch lò nướng và ngâm các vật dụng có nhiều mảng bám

4 Lên men

Amoniac nồng độ từ 16% đến 25% được sử dụng trong ngành lên

men làm nguồn Nitơ cho vi sinh vật và điều chỉnh pH trong quá trình lên men

5 Chất chống vi khuẩn cho thực phẩm

Từ năm 1895, người ta đã biết Amoniac là chất khử trùng mạnh Amoniac khan có khả năng tiêu diệt 99,999% vi khuẩn Zoonotic trong thực phẩm và hiện đang được sử dụng thương mại để giảm bớt hoặc loại bỏ vi khuẩn E coli của thịt bò xuống mức thấp nhất

6 Chất làm lạnh hữu ích

Do tính chất hóa hơi của Amoniac nên thường được sử dụng phổ biến

để làm lạnh trước khi Freons ra đời Amoniac khan được sử dụng rộng rãi trong điện lạnh công nghiệp và sân khúc côn cầu vì hiệu quả năng lượng cao, chi phí thấp Cùng với việc làm lạnh nén hơi hiện đại, Amoniac được

sử dụng với Hydro và nước trong tủ lạnh hấp thụ Ngoài ra chất làm lạnh Amoniac cũng được sử dụng trong bộ tản nhiệt S1 trên trạm vũ trụ quốc tế

để điều chỉnh nhiệt độ bên trong và cho phép làm các thí nghiệm phụ thuộc nhiệt độ

Tầm quan trọng tiềm năng của Amoniac như một chất làm lạnh đã tăng lên khi các nhà khoa học phát hiện ra rằng CFC và HFC là những tác nhân mạnh mẽ dẫn đến hiệu ứng nhà kính

7 Xử lý chất thải

Amoniac được sử dụng để loại bỏ SO2 trong quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch, tạo thành Amonium Sulfate sử dụng làm phân bón

Dùng để trung hòa các chất nhiễm Oxit Nitơ (NOx) thải ra từ động cơ Diesel Công nghệ này được gọi là SCR (khử xúc tác chọn lọc) dựa vào chất xúc tác Vanadia

Cũng có thể được sử dụng để giảm thiểu sự cố tràn khí Phosgene

8 Làm nhiên liệu

Mật độ năng lương của Amoniac lỏng là 11,5 MJ/L, bằng khoảng 1/3

so với động cơ Diesel Amoniac có khả năng chuyển hóa thành Hydro nên

có thể sử dụng cung cấp năng lượng cho pin nhiên liệu Hydro Việc chuyển đổi Amoniac thành Hydro thông qua quá trình natri-amit, cho phép lưu trữu Hydro dưới dạng NH3 chứa nhiều Hydro hơn so với Hydro nguyên chất (≈18%) So với Hydro, amoniac tiết kiệm năng lượng hơn và có thể được sản xuất, lưu trữ, phân phối với chi phí thấp hơn nhiều so với hydro phải được nén dưới dạng chất lỏng đông lạnh Amoniac có thể là chìa khóa để vượt qua không chỉ hàng ngày mà cả sự biến động theo mùa của các nguồn năng lượng tái tạo

Động cơ Amoniac sử dụng Amoniac làm nhiên liệu hoạt động Các động cơ Amoniac đã được sử dụng thử nghiệm vào thế kỷ 19 bởi Goldsworthy Gurney ở Anh và động cơ xe điện ở New Orleans trong những năm 1870 và 1880, trong thời kì thế chiến thứ II đã được sử dụng để cung cấp năng lượng cho xe buýt ở Bỉ

Amoniac còn được đề xuất thay thế cho nhiên liệu hóa thạch của động

cơ đốt trong Chỉ số octan cao vào khoảng 120, nhiệt độ đốt cháy thấp cho phép sử dụng tỷ số nén cao mà không thải NOx trong quá trình hoạt động Vì Amoniac không chứa carbon nên quá trình đốt cháy của nó không thể tạo

ra Carbon Dioxide, Carbon Monoxide, Hydro Carbon hay bồ hóng

Động cơ tên lửa cũng sử dụng nhiên liệu là Amoniac Sau nghiên cứu

sử dụng Amoniac lỏng làm nhiên liệu động cơ tên lửa Motors XLR99 Mặc

dù không mạnh như các loại nhiên liệu khác, nhưng nó không để lại muội than trong động cơ tên lửa có thể tái sử dụng và mật độ của nó xấp xỉ với mật độ của chất oxi hóa, oxi lỏng, giúp đơn giản hóa thiết kế của máy bay

a) Xe điện St Charles sử dụng Amoniac lỏng làm nhiên liệu hoạt động

Năm 1981, một công ty Canada đã chuyển đổi một chiếc Chevrolet Impala 1981 để vận hành sử dụng amoniac làm nhiên liệu Vào năm 2007, một chiếc xe bán tải của Đại học Michigan chạy bằng amoniac đã lái xe từ Detroit đến San Francisco chỉ cần một lần nạp đầy nhiên liệu

9 Một số ứng dụng khác

Amoniac lỏng được sử dụng để xử lý các vật liệu bông Đặc biệt, nó được sử dụng để sơ chế len

Ammonia đã được sử dụng để làm tối màu gỗ sồi trắng quý trong nghệ thuật & thủ công và đồ nội thất theo phong cách Mission Khói amoniac phản ứng với các tannin tự nhiên trong gỗ và khiến nó thay đổi màu sắc

Do điểm sôi tương đối cao (so với heli và hydro), amoniac có khả năng được làm lạnh và hóa lỏng trên một chiếc khinh khí cầu để giảm lực nâng và thêm chấn lưu

b) Tên lửa Motors XLR99

VI Tác động tiêu cực, nhận biết và biện pháp phòng ngừa

1 Tác động tiêu cực

Amoniac ở nồng độ ≤ 25ppm thường không gây ra vấn đề cho người

và các động vật có vú khác, vì cơ thể có cơ chế để ngăn chặn sự tích tụ của

nó trong máu Amoniac được chuyển thành Carbamoyl Phosphate nhờ Enzyme Carbamoyl Phosphate Synthetase, sau đó đi vào chu trình Urê để tạo thành Axit Amin hoặc bài tiết qua nước tiểu Cá và động vật lưỡng

cử không có cơ chế này, vì chúng thường có thể loại bỏ Amoniac khỏi cơ thể bằng cách bài tiết trực tiếp Ở nồng độ > 25 ppm và < 500 ppm gây một số kích ứng, với nồng độ ≥ 500 ppm gây tổn thương phổi và tử vong

Amoniac lỏng rất nguy hiểm vì có khả năng hút ẩm và đóng băng thịt Ngay cả ở nồng độ loãng cũng rất độc cho động vật thủy sản, và vì lý do

này, nó được cho là nguy hiểm cho môi trường Amoniac dư thừa có thể tích

tụ và gây ra sự thay đổi chuyển hóa hoặc tăng pH cơ thể của sinh vật tiếp xúc Dung sai khác nhau giữa các loài cá Ở nồng độ thấp hơn, khoảng 0,05 mg/L, Amoniac không ion hóa, có hại cho các loài cá và có thể dẫn đến tăng trưởng và tỷ lệ chuyển đổi thức ăn kém, giảm khả năng sinh sản, tăng căng thẳng, dễ bị nhiễm vi khuẩn và bệnh Tiếp xúc với lượng Amoniac dư thừa,

cá có thể bị mất cân bằng, dễ bị kích thích, tăng hoạt động hô hấp và hấp thụ Oxi và tăng nhịp tim Ở nồng độ vượt quá 2,0 mg/L, Amoniac gây tổn thương mang và mô, gây thờ ơ, co giật, hôn mê và tử vong Các thí nghiệm

đã chỉ ra rằng nồng độ gây chết cho nhiều loài cá dao động trong khoảng 0,2 đến 2,0 mg/l

Amoniac có mặt trong dòng nước thải luyện cốc, dưới dạng sản phẩm phụ của quá trình sản xuất than cốc từ than đá Trong một số trường hợp,

Amoniac được thải ra môi trường biển nơi nó hoạt động như một chất gây ô nhiễm

2 Nhận biết

Trong dung dịch, có thể dễ dàng phát hiện ra Amoniac và muối Amoni, với hàm lượng rất nhỏ, bằng cách thêm vào Dikali Tetraiodomercurat Amoniac được hấp thụ trong một thể tích Axit Sunfuric hoặc trong Axit Chlohydric và tạo thành kết tủa dưới dạng Amonium Hexachloroplatinate

Ở dạng khí, que lưu huỳnh bị cháy để phát hiện rò rỉ nhỏ trong hệ thống làm lạnh Amoniac công nghiệp Nồng độ cao hơn có thể được phát hiện bằng kiềm ăn da, vôi hoăc máy dò cảm biến ba chiều

3 Biện pháp phòng ngừa

Tránh tiếp xúc với Amoniac quá lâu với nồng độ cao Cụ thể là, trong

15 phút đối với nồng độ 35 ppm, 8 giờ với nồng độ 25 ppm Là một chất khí độc hại và cần có giấy phép an toàn khi vận chuyển với số lượng lớn Không bao giờ sử dụng các sản phẩm gia dụng có chứa Amoniac kết hợp với các sản phẩm có chứa chất tẩy rửa vì phản ứng tạo ra khói có độc tính cao