tính chất và ứng ụng của amoniac

AMONIAC Bạn có biết ? Amoniac hợp chất Nitơ Hydro, có cơng thức phân tử NH Là trihydride nitrogen đơn giản Được tìm thấy với số lượng lớn tự nhiên Sinh từ trình phân hủy xác động vật thực vật, nước mưa với số lượng nhỏ, qua tiết thận để trung hòa axit dư thừa Ngồi có đất màu mỡ nước biển dạng muối amoni Amoniac tìm thấy khắp Hệ Mặt Trời Sao Hỏa, Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương, Sao Hải Vương, Sao Diêm Vương hành tinh nhỏ Ở hành tinh băng Sao Diêm Vương, amoniac hoạt động chất chống đông quan trọng mặt địa chất, tạo hỗn hợp nước amoniac có điểm nóng chảy thấp, nồng độ amoniac đủ cao cho phép hành tinh giữ lại đại dương bên địa chất hoạt động nhiệt độ thấp nhiều Các chất có chứa amoniac chất tương tự gọi amoniacal Tổng sản lượng sản xuất amoniac cơng nghiệp tồn cầu năm 2014 176 triệu tấn, tăng 13 % so với sản xuất cơng nghiệp tồn cầu năm 2006 152 triệu Amoniac công nghiệp bán dạng lỏng ngậm nước (nồng độ 28%) dạng lỏng khan điều áp làm lạnh vận chuyển xe bồn xi lanh I Cấu tạo phân tử Do có electron độc thân nên nguyên tử Nitơ 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 đỉnh ba nguyên tử Hidro đáy tạo thành tam giác, có góc liên kết xác định thực nghiệm 106,7o II Tính chất vật lý Amoniac khí độc, khơng màu, có mùi khai, nhẹ khơng khí, mật độ gấp 0,589 lần so với khơng khí, tan nhiều nước (ở điều kiện thường lít nước hòa tan 800 lít amoniac) hình thành liên kết Hydro với phân tử nước, tự bốc cháy 651℃, dung mơi hòa tan tốt chất có số điện mơi nhỏ Amoniac dễ hóa lỏng phân tử có độ phân cực lớn (phân tử NH3 có cặp electron tự liên kết N- H bị phân cực) Nó hóa lỏng -33,34℃ đóng băng -77.73℃, tinh thể có màu trắng Ở trạng thái lỏng, phân tử NH sở hữu khả ion hóa mạnh mẽ III Tính chất hóa học 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) Tác dụng với axit 2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4 NH3 (k) + HCl (k) → NH4Cl (r) Tính bazơ yếu NH3 + H2O ⇌NH4+ + Tác dụng với dung dịch muối NH3 + H2O + CuSO4 → (NH4)2SO4 + Cu(OH)2 ↓ Tạo phức với nhiều hợp chất khó tan 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 + [Ag(NH3)2] + + 2NH3 Tự phân ly 2NH3 ⇌ + Đốt cháy 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O IV Điều chế Trong phòng thí nghiệm 2NH4Cl + Ca(OH)2 → NH3 + CaCl2 + H2O Trong công nghiệp - Phần lớn NH3 (90%) sản xuất theo phương thức Haber – Bosch với N2 khơng khí, H2 từ khí Metan (CH4) 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 ứng dụng Tổng hợp phân đạm (ure) 2NH3 + CO2 → CO(NH2)2 + H2O (nhiệt độ từ 180 - 200 ℃, áp suất khoảng 200 atm) b) Ure a) đục Ure nhỏ Khi bón phân vào đất giúp tăng suất loại trồng c) d) Tổng hợp axit nitric NH3 + 2O2 → HNO3 + H2O (xúc tác Pt, nhiệt độ 700 - 850 ℃, áp suất ≈ atm) Sử dụng làm chất tẩy rửa đa cho nhiều bề mặt Amoniac với nồng độ - 10%, có khả làm nhanh chóng làm sáng bóng bề mặt tương đối tốt Giá thành rẻ nên sử dụng rộng rãi, phổ biến làm thủy tinh, sứ, thép khơng gỉ Ngồi thường sử dụng để làm lò nướng ngâm vật dụng có nhiều mảng bám Lên men Amoniac nồng độ từ 16% đến 25% sử dụng ngành lên men làm nguồn Nitơ cho vi sinh vật điều chỉnh pH trình lên men Chất chống vi khuẩn cho thực phẩm Từ năm 1895, người ta biết Amoniac chất khử trùng mạnh Amoniac khan có khả tiêu diệt 99,999% vi khuẩn Zoonotic thực phẩm sử dụng thương mại để giảm bớt loại bỏ vi khuẩn E coli thịt bò xuống mức thấp Chất làm lạnh hữu ích Do tính chất hóa Amoniac nên thường sử dụng phổ biến để làm lạnh trước Freons đời Amoniac khan sử dụng rộng rãi điện lạnh cơng nghiệp sân khúc cầu hiệu lượng cao, chi phí thấp Cùng với việc làm lạnh nén đại, Amoniac sử dụng với Hydro nước tủ lạnh hấp thụ Ngoài chất làm lạnh Amoniac sử dụng tản nhiệt S1 trạm vũ trụ quốc tế để điều chỉnh nhiệt độ bên cho phép làm thí nghiệm phụ thuộc nhiệt độ Tầm quan trọng tiềm Amoniac chất làm lạnh tăng lên nhà khoa học phát CFC HFC tác nhân mạnh mẽ dẫn đến hiệu ứng nhà kính 7 Xử lý chất thải Amoniac sử dụng để loại bỏ SO2 q trình đốt nhiên liệu hóa thạch, tạo thành Amonium Sulfate sử dụng làm phân bón Dùng để trung hòa chất nhiễm Oxit Nitơ (NO x) thải từ động Diesel Công nghệ gọi SCR (khử xúc tác chọn lọc) dựa vào chất xúc tác Vanadia Cũng sử dụng để giảm thiểu cố tràn khí Phosgene Làm nhiên liệu Mật độ lương Amoniac lỏng 11,5 MJ/L, khoảng 1/3 so với động Diesel Amoniac có khả chuyển hóa thành Hydro nên sử dụng cung cấp lượng cho pin nhiên liệu Hydro Việc chuyển đổi Amoniac thành Hydro thơng qua q trình natri-amit, cho phép lưu trữu Hydro dạng NH3 chứa nhiều Hydro so với Hydro nguyên chất (≈18%) So với Hydro, amoniac tiết kiệm lượng sản xuất, lưu trữ, phân phối với chi phí thấp nhiều so với hydro phải nén dạng chất lỏng đơng lạnh Amoniac chìa khóa để vượt qua khơng hàng ngày mà biến động theo mùa nguồn lượng tái tạo Động Amoniac sử dụng Amoniac làm nhiên liệu hoạt động Các động Amoniac sử dụng thử nghiệm vào kỷ 19 Goldsworthy Gurney Anh động xe điện New Orleans năm 1870 1880, thời kì chiến thứ II sử dụng để cung cấp lượng cho xe buýt Bỉ a) Xe điện St Charles sử dụng Amoniac lỏng làm nhiên liệu hoạt động Amoniac đề xuất thay cho nhiên liệu hóa thạch động đốt Chỉ số octan cao vào khoảng 120, nhiệt độ đốt cháy thấp cho phép sử dụng tỷ số nén cao mà khơng thải NO x q trình hoạt động Vì Amoniac khơng chứa carbon nên q trình đốt cháy khơng thể tạo Carbon Dioxide, Carbon Monoxide, Hydro Carbon hay bồ hóng Động tên lửa sử dụng nhiên liệu Amoniac Sau nghiên cứu sử dụng Amoniac lỏng làm nhiên liệu động tên lửa Motors XLR99 Mặc dù không mạnh loại nhiên liệu khác, khơng để lại muội than động tên lửa tái sử dụng mật độ xấp xỉ với mật độ chất oxi hóa, oxi lỏng, giúp đơn giản hóa thiết kế máy bay b) Tên lửa Motors XLR99 Năm 1981, công ty Canada chuyển đổi Chevrolet Impala 1981 để vận hành sử dụng amoniac làm nhiên liệu Vào năm 2007, xe bán tải Đại học Michigan chạy amoniac lái xe từ Detroit đến San Francisco cần lần nạp đầy nhiên liệu Một số ứng dụng khác Amoniac lỏng sử dụng để xử lý vật liệu Đặc biệt, sử dụng để sơ chế len Ammonia sử dụng để làm tối màu gỗ sồi trắng quý nghệ thuật & thủ công đồ nội thất theo phong cách Mission Khói amoniac phản ứng với tannin tự nhiên gỗ khiến thay đổi màu sắc Do điểm sơi tương đối cao (so với heli hydro), amoniac có khả làm lạnh hóa lỏng khinh khí cầu để giảm lực nâng thêm chấn lưu VI Tác động tiêu cực, nhận biết biện pháp phòng ngừa Tác động tiêu cực Amoniac nồng độ ≤ 25ppm thường không gây vấn đề cho người động vật có vú khác, thể có chế để ngăn chặn tích tụ máu Amoniac chuyển thành Carbamoyl Phosphate nhờ Enzyme Carbamoyl Phosphate Synthetase, sau vào chu trình Urê để tạo thành Axit Amin tiết qua nước tiểu Cá động vật lưỡng cử chế này, chúng thường loại bỏ Amoniac khỏi thể cách tiết trực tiếp Ở nồng độ > 25 ppm < 500 ppm gây số kích ứng, với nồng độ ≥ 500 ppm gây tổn thương phổi tử vong Amoniac lỏng nguy hiểm có khả hút ẩm đóng băng thịt Ngay nồng độ lỗng độc cho động vật thủy sản, lý này, cho nguy hiểm cho mơi trường Amoniac dư thừa tích tụ gây thay đổi chuyển hóa tăng pH thể sinh vật tiếp xúc Dung sai khác loài cá Ở nồng độ thấp hơn, khoảng 0,05 mg/L, Amoniac khơng ion hóa, có hại cho lồi cá dẫn đến tăng trưởng tỷ lệ chuyển đổi thức ăn kém, giảm khả sinh sản, tăng căng thẳng, dễ bị nhiễm vi khuẩn bệnh Tiếp xúc với lượng Amoniac dư thừa, cá bị cân bằng, dễ bị kích thích, tăng hoạt động hơ hấp hấp thụ Oxi tăng nhịp tim Ở nồng độ vượt 2,0 mg/L, Amoniac gây tổn thương mang mô, gây thờ ơ, co giật, mê tử vong Các thí nghiệm nồng độ gây chết cho nhiều loài cá dao động khoảng 0,2 đến 2,0 mg/l Amoniac có mặt dòng nước thải luyện cốc, dạng sản phẩm phụ trình sản xuất than cốc từ than đá Trong số trường hợp, Amoniac thải mơi trường biển nơi hoạt động chất gây ô nhiễm Nhận biết Trong dung dịch, dễ dàng phát Amoniac muối Amoni, với hàm lượng nhỏ, cách thêm vào Dikali Tetraiodomercurat Amoniac hấp thụ thể tích Axit Sunfuric Axit Chlohydric tạo thành kết tủa dạng Amonium Hexachloroplatinate Ở dạng khí, que lưu huỳnh bị cháy để phát rò rỉ nhỏ hệ thống làm lạnh Amoniac công nghiệp Nồng độ cao phát kiềm ăn da, vơi hoăc máy dò cảm biến ba chiều Biện pháp phòng ngừa Tránh tiếp xúc với Amoniac lâu với nồng độ cao Cụ thể là, 15 phút nồng độ 35 ppm, với nồng độ 25 ppm Là chất khí độc hại cần có giấy phép an tồn vận chuyển với số lượng lớn Không sử dụng sản phẩm gia dụng có chứa Amoniac kết hợp với sản phẩm có chứa chất tẩy rửa phản ứng tạo khói có độc tính cao  ... liệu Mật độ lương Amoniac lỏng 11,5 MJ/L, khoảng 1/3 so với động Diesel Amoniac có khả chuyển hóa thành Hydro nên sử dụng cung cấp lượng cho pin nhiên liệu Hydro Việc chuyển đổi Amoniac thành Hydro... qua khơng hàng ngày mà biến động theo mùa nguồn lượng tái tạo Động Amoniac sử dụng Amoniac làm nhiên liệu hoạt động Các động Amoniac sử dụng thử nghiệm vào kỷ 19 Goldsworthy Gurney Anh động xe... động Vì Amoniac khơng chứa carbon nên q trình đốt cháy khơng thể tạo Carbon Dioxide, Carbon Monoxide, Hydro Carbon hay bồ hóng Động tên lửa sử dụng nhiên liệu Amoniac Sau nghiên cứu sử dụng Amoniac