آمونیاک Ammonia

مشخصات فیزیکی و شیمیایی آمونیاک :

از ویژگی های شیمیایی ترکیب آمونیاک می توان به خصلت بازی آن اشاره نمود که طبق نظریه های اسید و باز برونستد – لوری و لوییس با توجه به ساختار آن که از یک اتم نیتروژن و سه اتم هیدروژن به همراه یک جفت الکترون ناپیوندی روی نیتروژن آن تشکیل می شود، یک ترکیب بازی حساب می باشد.

مولکول قطبی آمونیاک که ساختار هرم مثلثی دارد، محلول آبی با pH بیشتر از ۷ و اسیدیته (۱) ۶/۱۱ می باشد که بر بازی بودن آن (pH نرمال) تاکیید می کند.

 گازی بی رنگ است که متشکل از گاز های هیدروژن و نیتروژن و دارای فرمول شیمیایی NH3 است. با بویی متمایز که یک ماده شیمیایی بسیار با ارزش و ماده کلیدی در تولید انواع محصولات شیمیایی می باشد و جهت مصارف مختلف آن را به صورت آمونیاک مایع نیز مورد استفاده قرار می دهند. این ماده به طور طبیعی در هوا، خاک، آب، گیاهان، جانوران و انسان وجود دارد. بدن انسان هنگامی که پروتئین غذاهای مصرفی را تجزیه می کند، آن ها را به آمونیاک و آمینو اسید تبدیل می کند.

حدود 80 درصد کل آمونیاک تولید شده در سطح جهان در تولید کود مورد استفاده قرار می گیرد. در مصارف غذایی می توان گفت که بی کربنات آمونیوم که از آن به آمونیاک خوراکی نیز یاد می شود، در صنعت بیسکوییت سازی کاربرد نسبتا زیادی دارد

روش های تولید آمونیاک

پیش از ابداع روش سنتز آمونیاک از گاز های سازنده اش یعنی نیتروژن و اکسیژن، این ماده را از روشی پرهزینه که نیاز به انرژی زیادی بود به دست می آوردند. این واکنش به این صورت بود که آب با کلسیم سیانامید واکنش می داد و ماده مورد نظر تولید می شد.

این روش برای تولید آمونیاک در مقیاس بالا مقرون به صرفه نبود و امروزه به واسطه موفقیت های فریتز هابر، این ماده به مقدار زیاد در صنعت تولید می شود.
این دانشمند آلمانی به همراه همکارش لروسینول توانست دستگاهی طراحی کند تا تولید این ماده با ارزش در دمای 550 درجه سانتی گراد و فشار 150 تا 250 اتمسفر در مقیاس آزمایشگاهی ممکن شود.

 
پس از آنکه عملی بودن این آزمایش در آزمایشگاه ثابت شد، کارل بوش آلمانی، این فرآیند را در مقیاس صنعتی انجام داد. همان طور که ملاحظه می شود این فرآیند گرمازا است. این بدان معنی است که اگر دمای واکنش زیاد گردد واکنش پس می رود و به هیدروژن و نیتروژن تبدیل می گردد. حال اگر دما را کاهش دهیم قاعدتا آمونیاک بیشتری تولید می شود. اما از لحاظ صنعتی این کار مقرون به صرفه نیست، چون با کاهش دما، سرعت واکنش رفت و برگشت کاهش می یابد. بنابراین جهت تولید زیاد و در زمان کم، این فرایند را در دماهای بالا مانند 550 درجه سانتی گراد انجام می دهند.
از تولید کل این ترکیب با ارزش شیمیایی، حدود 80 درصد آن در صنعت تولید کود،7 درصد در پلیمر ها، 6 درصد در مواد منفجره، 2 درصد در غذای حیوانات و باقی آن در مصارف دیگر مورد بهره برداری قرار می گیرد.
مصارف خانگی و هشدار ها
در منزل نیز می توان آمونیاک مایع را با آب مخلوط و رقیق کرد که از آن به آمونیاک خانگی نام برده می شود. آمونیاک خون چیست؟ در بدن انسان نیز همانگونه که توضیح داده شده بعد از تجزیه شدن پروتئین ها، آمونیاک تولید شده باید به اوره تبدیل و از بدن به صورت آمونیاک در ادرار دفع گردد. اگر بیماری خاصی مانع این امر گردد، سبب افزایش غلظت آمونیاک در خون می گردد.

• صنایع نفت

در مواردی، از آمونیاک در خنثی سازی ترکیبات اسیدی موجود در روغن خام و محافظت از تجهیزات در برابر خورندگی استفاده می کنند.

• صنعت چرم

صنعت چرم از دیگر صنایع است که از آمونیاک، به عنوان ماده ترمیم کننده و در مصارف دیگر جهت پیشگیری از لک و کپک در مشروبات برنزه کننده استفاده می کند. این ماده در مواردی از چرم و پوست خزدار در انبار محافظت می کند.

• صنایع کشاورزی

همان طور که در بالا اشاره شد، تقریبا ۸۰ درصد کل آمونیاک تولید شده در جهان در صنایع کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرد. این ماده شیمیایی به عنوان یک منبع بسیار با ارزش نیتروژن شناخته می شود که برای رشد گیاهان لازم است.

با توجه به اینکه گیاهان با یکدیگر در رشد متفاوت هستند، اما به طور معمول در هر هکتار زمین مقدار ۲۰۰ پوند (معادل ۷۲/۹۰ کیلوگرم) از آمونیاک برای مدت یک فصل استفاده می شود. موارد مشترکی که می توان کاربر بیشتر آمونیاک در تجارت کشاورزی را در آن یافت، عبارتند از:

• خوراک دام: آمونیاک و اوره به عنوان منبع پروتئین برای تغذیه چارپایان اهلی مانند گاو، گوسفند و بز استفاده می شود.
• کود: کود مایع از آمونیاک، اوره، آمونیوم فسفات، نیترات آمونیوم، آمونیاک آبزی، آمونیوم سولفات، نمک های آمونیوم و نیترات.
• محافظت از گیاهان: از آمونیاک برای حفاظت و نگهداری از میوه ها استفاده می شود؛ به عنوان مثال جهت جلوگیری از زدن قارچ بر روی میوه های خاص، ذخیره ذرت با رطوبت بالا، و به عنوان ماده ضد برگ های هرز روی درختان به کار گرفته می شود.

عملیات پخت فلزات از برنامه های کاربری است که در آن از اتمسفر های محافظ استفاده می شود به طوری که ابتدا، آمونیاک به عنوان نیترید، کربن ترانزیت، باز پخت، ذوب کردن، دفع هیدرید سدیم و جوشکاری هیدروژن جدا می شود.

• صنایع لاستیک و فیبر

یکی از کاربرد های دیگر آمونیاک در صنعت لاستیک دیده می شود. از این ماده شیمیایی در تثبیت لاتکس طبیعی و مصنوعی به منظور جلوگیری از پیری زودرس لاستیک ها و تایرها استفاده می شود.

• صنایع کاغذ و خمیر آن

از آمونیاک مایع یا گاز برای خمیر چوب و به عنوان ماده پراکنده کننده پروتئین شیر (Casein) در پوشش های کاغذ استفاده می شود. همچنین در تهیه آمونیوم هیدروژن سولفید نقش دارد.

• صنایع معدن کاری و متالوژی

از آمونیاک در استخراج فلزاتی مانند مس، مولیبدن، روی و نیکل از سنگ معدن آن ها استفاده می شود.

• صنایع داروسازی و پاک کنندگی

از آمونیاک برای ساخت سولفونامید و انواع ویتامین های گروه ب در داروسازی استفاده می شود. از طرف دیگر، میتوان با کاهش غلظت آن توسط مخلوط شدن با آب، از آن به عنوان پاک کننده در مصارف خانگی استفاده برد که به «محلول آمونیاک خانگی» شناخته می شود.

• صنایع تولید مواد شیمیایی و مواد منفجره

از آمونیاک برای تولید مواد شیمیایی مانند نیتریک اسید (ماده شیمیایی مورد استفاده در تولید مواد منفجره مانند آمونیوم نیترات و TNT)، نیتروگلیسیرین، سدیم هیدروژن کربنات، سدیم کربنات، هیدروژن سیانید و هیدرازین استفاده می شود و در سوخت و مشتقات سوختی به کار برده می شود.

• صنایع غذایی، نوشیدنی ها، پتروشیمیایی و صنایع نگهدارنده سرما

آمونیاک به عنوان یک سرد کننده (صنایع آمونیاک مبرد) کاربرد گسترده ای در سیستم های صنعتی تبرید دارد. به علاوه، این ماده به عنوان منبع نیتروژن لازمه مخمر و میکرو ارگانیسم ها استفاده می شود.

• سیستم های کنترل انتشار در دود کش یا محوطه بسته (سیستم کاتالیست کاهنده)

آمونیاک جهت خنثی کردن اکسید های گوگرد از احتراق و سوخت های گوگرد دار، در سیستم های کنترل انتشار گاز هایی خاص استفاده می شود. روش فوق الذکر، به عنوان فرایندی برای کنترل NO_x در هر دو حالت کاتالیزوری و غیر کاتالیزوری انجام می گیرد؛ همچنین به منظور افزایش کارایی رسوبگر های الکترواستاتیک برای کنترل ذرات به کار برده می شود.

روش های تولید آمونیاک :

آمونیاک با توجه به کاربردهای گستره آن در دهه اول قرن بیستم، به عنوان ماده مورد نیاز برای تولید کود های نیتروژن دار، از اهمیت بیشتری برخوردار شد و تولید بهینه آن در اولویت های اول قرار گرفت.

فرایند تولید :

روش های متفاوتی برای انجام این فرایند وجود دارند که به دلایلی مانند مشکلات عملیاتی یا هزینه بالا قابل اجرا نبوده اند. چهار روش اصولی تولید این ماده به شرح زیر می باشند که روش آخر به سبب عملی و به صرفه بودن از لحاظ امکان تولید ماده در مقیاس بزرگ صنعتی، در مراکز امروزه انجام می پذیرد:

1. تقطیر زغال سنگ
2. سنتز مستقیم
3. تهیه سینامالدئید و سیانوزها
4. تولید به روش هابر

روش هابر (Haber Process) :

روش هابر توسط فریتس هابر، یکی از شیمیدانان آلمانی برنده جایزه نوبل، در سال ۱۹۰۵ ابداع شد. در آن زمان، هابر در دمای بالای ۵۰۰ درجه سانتی گراد و فشار زیاد ۱۵۰ تا ۲۰۰ اتمسفر با استفاده از یک کاتالیست آهنی و دو گاز تقریبا غیرفعال، آمونیاک را تولید کند. این فعالیت با همکاری هابر و بوش در سال ۱۹۱۳ به سنتز این ماده شیمیایی منجر شد.

امروزه نیز آمونیاک در فرایند هابر به عرصه تولید می رسد. این روند با سنتز کاتالیستی آمونیاک از گازهای هیدروژن(H₂)  و نیتروژن(N₂)  همراه است به صورتی که این دو گاز در حضور یک کاتالیزگر آهن با یکدیگر واکنش می دهند. هیدروژن در ادامه با واکنش گازهای طبیعی و بخار در دماهای بالا تشکیل می شود در حالی که نیتروژن از هوا تامین می شود.

گاز های دیگر مانند آب و کربن دی اکسید از جریان گاز خارج می شوند. سپس هیدروژن و نیتروژن در دمای بالا و فشار زیاد بر روی کاتالیزگر مذکور منتقل می شوند و آمونیاک را به وجود می آورند. در بعضی روند ها، واکنش در دمای ۵۰۰ درجه سانتی گراد و فشار ۲۰۰ اتمسفر رخ می دهد و در هر بار عبور گازها مقدار ۱۰ الی ۱۸ درصد از آمونیاک مورد نظر تشکیل می شود.

بسته بندی :

آمونیاک به دو صورت صنعتی و آزمایشگاهی به فروش می رسد. آمونیاک صنعتی در گالن های ۲۰ لیتری یا تانکرهای ۲۲ تنی موجود است. در حالی که آمونیاک آزمایشگاهی در گالن های ۵/۲ لیتری در دسترس قرار می گیرد.