Αμμωνία

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Αμμωνία
Ammonia-dimensions-from-Greenwood&Earnshaw-2D.png
Ammonia-3D-balls-A.png
Γενικά
Όνομα IUPAC Αμμωνία
Αζάνιο
Άλλες ονομασίες Aζίδιο του υδρογόνου
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος NH3
Μοριακή μάζα 17,031amu
Αριθμός CAS 7664-41-7
SMILES N
InChI 1/H3N/h1H3
Αριθμός EINECS 231-635-3
Αριθμός UN 1005 (άνυδρη)
2672 (διαλύματα)
2073
3318
PubChem CID 222
ChemSpider ID 217
Δομή
Διπολική ροπή 1,42 D
Μοριακή γεωμετρία τριγωνική
πυραμιδική
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης −77,73 °C
Σημείο βρασμού −33,34 °C
Πυκνότητα 0,73 kg/m3
(15 °C, 0,999753269 atm)
Διαλυτότητα
στο νερό
31%
Εμφάνιση Άχρωμο αέριο
Χημικές ιδιότητες
pKa 9,25  NH_4^+ \stackrel{}{\overrightarrow\longleftarrow}  NH_3 + H^+
38  NH_3 \stackrel{}{\overrightarrow\longleftarrow} NH_2^- + H^+
Σημείο αυτανάφλεξης 651 °C
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες (25°C, 100 kPa).

Η αμμωνία ή αζάνιο ή αζίδιο του υδρογόνου είναι μια χημική ένωση αζώτου και υδρογόνου, με χημικό τύπο NH3. Η καθαρή αμμωνία, στις συνηθισμένες συνθήκες, δηλαδή σε θερμοκρασία 25°C και υπό πίεση 1 atm, είναι ένα άχρωμο αέριο, με μια χαρακτηριστική αποπνικτική οσμή. Η αμμωνία, άμεσα ή έμμεσα συνεισφέρει σημαντικά στις θρεπτικές ανάγκες των γήινων οργανισμών, εξυπηρετώντας ως μια πρόδρομη ένωση για τροφές και λιπάσματα. Επίσης, η αμμωνία αποτελεί δομικό συστατικό για τη σύνθεση πολλών φαρμακευτικών, αλλά και πολλών εμπορικών καθαριστικών προϊόντων. Παρά την ευρύτατη χρήση της, η αμμωνία είναι καυστική και επικίνδυνη. Η παγκόσμια βιομηχανική παραγωγή της αμμωνίας το 2012 εκτιμήθηκε ότι ήταν 198 εκατομμύρια τόννοι[1], δηλαδή με μια αύξηση της τάξης του 35% σε σύγκριση με την αντίστοιχη του 2006, που ήταν 146,5 εκατομμύρια τόννοι.

Η (καθαρή) αμμωνία συχνά αποκαλείται «άνυδρη αμμωνία». Ο όρος δίνει έμφαση στην απουσία νερού από το υλικό. Η άνυδρη αμμωνία βράζει στους -33,34 °C, υπό πίεση 1 atm, οπότε όταν είναι υγρό πρέπει να αποθηκευθεί κάτω από υψηλή πίεση ή και σε ψύξη σε (αρκετά) χαμηλή θερμοκρασία. Σε αντιδιαστολή, το υδατικό διάλυμά της, που συχνά παριστάνεται με τον τύπο NH4OH, που είναι ισοδύναμο με τον NH3(aq), και αποκαλείται «οικιακή αμμωνία».. Ένα τυπικό εμπορικό προϊόν «πυκνής ομμωνίας» αντιστοιχει σε περίπου 30% (άνυδρη) αμμωνία (κατά μάζα)[2].

Επειδή υγροποιείται εύκολα και έχει μεγάλη θερμότητα εξαέρωσης, χρησιμοποιείται στα ψυγεία και στην παρασκευή πάγου. Αποτελεί δηλητήριο και μπορεί να προκαλέσει, όταν εισπνέεται, ακόμη και το θάνατο.

Η ΝΗ3 παρασκευάζεται στο εργαστήριο με αρκετές μεθόδους όπως οι μέθοδοι Haber-Bosch, Claude, Casale, Fauser αλλά και με υδρόλυση νιτριδίων. Βιομηχανικά παρασκευάζεται σχεδόν αποκλειστικά με σύνθεση από τα στοιχεία της.

Η αμμωνία συμπεριφέρεται σαν ασθενής βάση και σαν ήπιο αναγωγικό μέσο. Τις ιδιότητες που έχει τις οφείλει στην ηλεκτρονική της δομή. Όταν θερμανθεί πολύ διασπάται στα στοιχεία της. Καίγεται στο καθαρό οξυγόνο, αλλά όχι στον αέρα, ενώ δε συντελεί στην καύση. Όταν θερμανθεί ισχυρά σε ρεύμα αέρα και υπάρχει ως καταλύτης σπογγώδης λευκόχρυσος, δίνει μονοξείδιο του αζώτου. Με το χλώριο και το βρώμιο οξειδώνεται προς άζωτο. Η αμμωνία αντιδρά με μέταλλα και με τα μεν αλκάλια σχηματίζει τα αμίδια, με άλλα δε μέταλλα σχηματίζει τα νιτρίδια.

Οι χρήσεις της αμμωνίας είναι πολλές. Υδατικό διάλυμα αμμωνίας χρησιμοποιείται σαν αντιδραστήριο στη Χημεία, στην Ιατρική και για επαλείψεις σε τσιμπήματα εντόμων (ιδιαίτερα των υμενοπτέρων). Ακόμη για εισπνοές, σε περιπτώσεις λιποθυμιών και μέθης, σαν αναλγητικό, αλλά και για τον καθαρισμό υφασμάτων, για την παρασκευή λιπασμάτων, στα ψυγεία και για παρασκευή πάγου. Επίσης για την παρασκευή νιτρικού οξέος και σόδας με την μέθοδο Solvay.

Ελεύθερη στον αέρα βρίσκεται σε ελάχιστα ποσά. Ενωμένη, με τη μορφή αμμωνιακών αλάτων, βρίσκεται στο έδαφος και έχει προέρθει από την αποσύνθεση αζωτούχων οργανικών ουσιών. Έτσι στις περιοχές του Περού συναντάται το ψευδοορυκτό γουανό, πολύ πλούσιο σε όξινο ανθρακικό αμμώνιο, που προήρθε από την αποσύνθεση των περιττωμάτων θαλάσσιων πουλιών. Στο νερό της βροχής βρίσκουμε επίσης μικρές ποσότητες αμμωνιακών αλάτων.

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Εργαστήριο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Στο εργαστήριο η αμμωνία μπορεί να παρασκευαστεί με τους εξής τρόπους:

  • Με συνθέρμανση χλωριούχου αμμωνίου με υδροξείδιο ή οξείδιο του ασβεστίου (όλα τα αμμωνιακά άλατα, όταν αντιδρούν με βάσεις, παρέχουν αμμωνία). Επειδή την ταχύτητα της αντίδρασης την επηρεάζουν πολλοί παράγοντες, ακολουθούνται οι ακόλουθες μέθοδοι για την παρασκευή της:
  • μέθοδος HΑBER- BOSCH
  • μέθοδος CLΑUDE
  • μέθοδος CΑSΑLE και
  • μέθοδος FΑUSER.
  • Διάσπαση των νιτριδίων με νερό.

Βιομηχανία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η αμμωνία είναι μαζί με το θειϊκό οξύ (H2SO4) τα χημικά προϊόντα με τον μεγαλύτερο όγκο βιομηχανικής παραγωγής. Ο λόγος είναι ότι η αμμωνία είναι η πρώτη ύλη για την παραγωγή νιτρικού οξέος (HNO3), αμμωνιακών και νιτρικών λιπασμάτων καθώς και ουρίας. Επίσης, η αμμωνία και τα άλατά της έχουν εφαρμογές στην βιομηχανία χρωμάτων, φαρμάκων, εκρηκτικών, τροφίμων κ.ά. Τα παραπάνω είχαν σαν αποτέλεσμα την μεγάλη ανάπτυξη και βελτιστοποίηση της σχετικά απλής μεθόδου σύνθεσής της από υδρογόνο και άζωτο, μέθοδος που χρησιμοποιείται σήμερα σχεδόν αποκλειστικά για τη βιομηχανική παραγωγή της :

Ν2 +3Η2 ⇋ 2ΝΗ3 + 13 Kcal/mole

Η μετατόπιση της ισορροπίας προς τα δεξιά, δηλ. προς την παραγωγή της αμμωνίας, ευνοείται με την ελάττωση του αριθμού των moles του συστήματος και με ελάττωση της θερμοκρασίας. Οι πιέσεις που χρησιμοποιούνται, ανάλογα με τη μέθοδο που εφαρμόζεται, κυμαίνονται από 100 μέχρι 1000 Αtm, ενώ οι θερμοκρασίες από 400 - 600°C. Οι παράγοντες που καθορίζουν την απόδοση της αμμωνίας, είναι η πίεση, η θερμοκρασία, ο καταλύτης, ο αντιδραστήρας και η παροχή του αντιδρώντος μίγματος.

Πίεση

Η πίεση στον καταλυτικό αντιδραστήρα παραγωγής αμμωνίας κυμαίνεται, ανάλογα με την εφαρμοζόμενη μέθοδο, από 100 μέχρι 1000 Αtm. Συνήθως όμως εφαρμόζονται πιέσεις της τάξης των 300 Αtm, κυρίως επειδή εξισορροπούνται έτσι η απόδοση μετατροπής, το κόστος των υλικών κατασκευής του αντιδραστήρα, η δυναμικότητα της μονάδας παραγωγής αλλά και ο χρόνος ζωής του καταλύτη. Η επιλογή της πίεσης που θα εφαρμοσθεί, θα πρέπει να γίνει με βάση :

  • Τη φυσική κατάσταση του προϊόντος (υγρό ή αέριο). Όταν π.χ. είναι επιθυμητή η παραγωγή υγρής ΝΗ3, εφαρμόζονται υψηλότερες πιέσεις, απ’ότι στην περίπτωση της αέριας.
  • Τη θερμοκρασία του νερού ψύξης. Όσο πιο χαμηλή είναι η θερμοκρασία του νερού ψύξης, τόσο μικρότερη πίεση απαιτείται για την παραγωγή.
  • Την περιεκτικότητα του αερίου μίγματος σε αδρανή συστατικά. Μεγάλη περιεκτικότητα σε αδρανή συστατικά, σημαίνει μικρή συγκέντρωση των πρώτων υλών (υδρογόνου και αζώτου) και συνεπώς ανάγκη για μεγάλη συμπίεση του μίγματος.
Θερμοκρασία

Επειδή η σύνθεση της αμμωνίας είναι εξώθερμη αντίδραση, ευνοείται σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες οι οποίες όμως έχουν το μειονέκτημα της μικρής ταχύτητας παραγωγής προϊόντος που είναι ανάλογη της αύξησης της θερμοκρασίας. Το πρόβλημα αυτό λύθηκε με την ανάπτυξη βελτιωμένων καταλυτών με βάση τα οξείδια του σιδήρου. Οι περισσότερες μέθοδοι παραγωγής αμμωνίας χρησιμοποιούν θερμοκρασίες 500 - 550°C. Υπάρχουν όμως μέθοδοι που χρησιμοποιούν θερμοκρασίες 400°C αλλά και 650°C.
Η θερμοκρασία επίσης πρέπει να επιλεγεί έτσι ώστε να επιτευχθεί η μέγιστη δραστικότητα του καταλύτη στην χαμηλότερη δυνατή θερμοκρασία λειτουργίας του αντιδραστήρα. Ένας κρίσιμος παράγοντας στην περίπτωση αυτή είναι η ομαλοποίηση της θερμοκρασιακής κατανομής στα στρώματα του καταλύτη, δηλαδή το μην υπάρχει αισθητή διαφορά μεταξύ μέγιστης και ελάχιστης θερμοκρασίας των στρωμάτων και ελαχιστοποίηση της θερμοκρασιακής διαφοράς από στρώμα σε στρώμα στην κλίνη του καταλύτη. Η ρύθμιση των επιθυμητών θερμοκρασιών γίνεται με την τροφοδοσία νέων ποσοτήτων ψυχρού αερίου μίγματος Η22 μέσα στον καταλυτικό αντιδραστήρα καθώς και με ανακυκλοφορία νερού μέσα από ελικοειδείς σωληνώσεις που υπάρχουν ανάμεσα στα στρώματα του καταλύτη.

Δομή και βασικές χημικές ιδιότητες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το μόριο της αμμωνίας έχει ένα σχήμα τριγωνικής πυραμίδας με δεσμική γωνία HNH 107,8°, όπως προβλέπεται από τη θεωρία παρουσία ενός ελεύθερου («μονήρους») ζεύγους ηλεκτρονίων στην εξωτερική στοιβάδα του ατόμου του αζώτου (θεωρία VSEPR). Συγκεκριμένα, το κεντρικό άτομο αζώτου έχει πέντε (5) ηλεκτρόνια στην εξωτερική του (2η) στοιβάδα, δηλαδή ένα ζευγάρι επιπλέον από τα άτομα υδρογόνου του μορίου, τα οποία «συνεισφέρουν» (μέσω ομοιοπολικών δεαμών) συνολικά τρία (3) ηλεκτρόνια. Επομενως, στην ένωση το άτομο αζώτου έχει οκτώ (8) συνολικά εξωτερικά ηλεκτρόνι, σε τέσσερα (4) ζεύγη, που σχηματίζουν ένα τετράεδρο. Τα τρία (3) από αυτά τα ζεύγη είναι τα δεσμικά με τα τρία (3) άτομα υδρογόνου και το ένα (1) ελεύθερο μονήρες ηλεκτρόνιο. Το μονήρες ζεύγος απωθεί ισχυρότερα απ' ότι τα δεσμικά και γι' αυτό η τελική δεσμική γωνία γίνεται 107,8°, αντί 109,5°, όπως είναι στο μόριο του μεθανίου που έχει τέσσερα (4) ισοδύναμα δεσμικά ηλεκτρόνια. Επιπλέον, η διάταξη αυτή δίνει στο μόριο της αμμωνίας διπολική ροπή, γιατί οι δεσμοί N-H είναι πολωμένοι κατά την έννοια Nδ--Hδ+, και το κάνει πολικό. Ακόμη, το μόριο της αμμωνίας αναπτύσσει δεσμούς υδρογόνου με άλλα γειτονικά μόρια (αμμωνίας ή μη, αρκεί να περιέχουν ηλεκτραρνητικά άτομα και υδρογόνο), γεγονός που κάνει την αμμωνία πολύ αναμίξιμη με το νερό. Στην περίπτωση αυτή το μονήρες ζεύγος ηλεκτρονίων της την κάνει να μπορεί να αποσπάσει κατιόντα υδρογόνου (H+), δρώντας ως μέτρια βάση. Υδατικό διάλυμα αμμωνίας ε συγκέντρωση 1,0 F έχει pH = 11,6. Αν σε ένα τέτοιο διάλυμα προστεθεί ένα ισχυρό οξύ, π.χ. υδροχλωρικό οξύ, η αμμωνία πρωτονιώνεται δίνοντας «κατιόν αμμωνίου» (NH4+). Από το pH = 11,6 μέχρι να γίνει pH = 7 (δηλαδή ουδέτερο), το 99,4 % των μορίων της αμμωνιας γίνονται κατιόντα αμμωνίου. Η θερμοκρασία και η αλατότητα του διαλύματος επίσης επιρεάζουν τη συγκέντρωση των κατιόντων αμμωνίου. Το κατιόν αμμωνίου είναι ισοηλεκτρονικό με το μόριο του μεθανίου. Έχει τη μεγαλύτερη ειδική θερμοχωρητικότητα από καθε άλλη γνωστή ουσία.


Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Ceresana. "Market Study Ammonia". Ceresana. Retrieved 2012-11-07.
  2. Ammonium hydroxide physical properties". Archived from the original on 2007-11-27.


Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Ammonia της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).


 LP  Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το αντίστοιχο λήμμα της Live-Pedia. (ιστορικό).

Η εισαγωγή του κειμένου της Livepedia στη Βικιπαίδεια έγινε πριν την 1η Νοεμβρίου 2008, συνεπώς ισχύει η διπλή αδειοδότηση υπό την άδεια CC-BY-SA 3.0 και την GFDL.