آمونیاک

آمونیاک
نام‌گذاری آیوپاک Azane
دیگر نام‌ها Hydrogen nitride Trihydrogen nitride Nitro-Sil
شناساگرها
شماره ثبت سی‌ای‌اس	۷۶۶۴-۴۱-۷ Y
پاب‌کم	۲۲۲ Y
UNII	5138Q19F1X Y
شمارهٔ ئی‌سی	231-635-3
شمارهٔ یواِن	1005
KEGG	D02916 Y
MeSH	Ammonia
ChEBI	CHEBI:16134 Y
ChEMBL	CHEMBL۱۱۶۰۸۱۹ Y
شمارهٔ آرتی‌ئی‌سی‌اس	BO0875000
مرجع بیلشتین	3587154
مرجع جی‌ملین	79
3DMet	B00004
جی‌مول-تصاویر سه بعدی	Image 1
SMILES N
InChI InChI=1S/H3N/h1H3 Y Key: QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Y InChI=1/H3N/h1H3 Key: QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYAF
خصوصیات
فرمول مولکولی	NH3
جرم مولی	17.031 g/mol
شکل ظاهری	Colourless gas with strong pungent odour
چگالی	0.86 kg/m3 (1.013 bar at boiling point) 0.73 kg/m3 (1.013 bar at 15 °C) 681.9 kg/m3 at -33.3 °C (liquid) 817 kg/m3 at -80 °C (transparent solid)
دمای ذوب	−۷۷٫۷۳ درجه سلسیوس (−۱۰۷٫۹۱ درجه فارنهایت؛ ۱۹۵٫۴۲ کلوین)
دمای جوش	−۳۳٫۳۴ درجه سلسیوس (−۲۸٫۰۱ درجه فارنهایت؛ ۲۳۹٫۸۱ کلوین)
انحلال‌پذیری در آب	47% (0 °C) 31% (25 °C) 28% (50 °C)
اسیدی (pKa)	32.5 (-33 °C) 10.5 (DMSO)
خاصیت بازی (pKb)	4.75
ساختار
شکل مولکولی	Trigonal pyramid
گشتاور دوقطبی	1.42 D
خطرات
GHS pictograms
GHS hazard statements	H221, H280, H314, H331, H400
GHS precautionary statements	P210, P261, P273, P280, P305+351+338, P310
شاخص ئی‌یو	007-001-00-5 (anhydrous) 007-001-01-2 (solutions)
طبقه‌بندی ئی‌یو	Toxic (T) Corrosive (C) Dangerous for the environment (N)
کدهای ایمنی	R۱۰, R۲۳, R۳۴, R50
شماره‌های نگهداری	(S1/2), S۹, S۱۶, S26, S36/37/39, S45, S61
لوزی آتش
نقطه اشتعال
دمای خودآتشگیری
محدودیت‌های انفجار	۱۵–۲۸٪
آمریکا Permissible exposure limit (PEL)	50 ppm (25 ppm ACGIH - TLV; 35 ppm STEL)
ترکیبات مرتبط
دیگر کاتیون‌ها	فسفین آرسین Stibine
مرتبط با nitrogen hydrides	هیدرازین هیدرازوئیک اسید
ترکیبات مرتبط	هیدروکسید آمونیوم
به استثنای جایی که اشاره شده‌است در غیر این صورت، داده‌ها برای مواد به وضعیت استانداردشان داده شده‌اند (در 25 °C (۷۷ °F)، ۱۰۰ kPa)
Y (بررسی) (چیست: Y/N؟)
Infobox references

آمونیاک (به انگلیسی: Ammonia) با فرمول شیمیایی NH₃، ترکیبی از نیتروژن و هیدروژن است. آمونیاک یک هیدرید دوتایی پایدار و ساده‌ترین هیدرید آن، یک گاز بی‌رنگ با بوی تند مشخص است. آمونیاک یک زباله نیتروژنی متداول است، به‌ویژه در میان موجودات آبزی، و با عملکرد به عنوان یک پیش مادهٔ غذایی و در کودها به‌طور قابل توجهی به نیازهای غذایی موجودات زنده در زمین کمک می‌کند. آمونیاک، به‌طور مستقیم یا غیرمستقیم، همچنین یکی از عناصر سازنده بسیاری از محصولات دارویی است و در بسیاری از محصولات تمیز کنندهٔ تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ماده عمدتاً با جابجایی هوا و آب به سمت پایین‌تر جمع می‌شود.

هرچند که در طبیعت - چه زمینی و چه در سیاره‌های بیرونی منظومه شمسی - استفادهٔ گسترده از آن متداول است، اما آمونیاک به شکل غلیظ خود بسیار خورنده و خطرناک است. در ایالات متحده این ماده به عنوان ماده‌ای بسیار خطرناک طبقه‌بندی می‌شود و در مراکز تولید، ذخیره یا استفاده در مقادیر قابل توجه نیازمند گزارش و سختگیری است.

تولید جهانی صنعتی آمونیاک در سال ۲۰۲۰ نزدیک به ۱۸۰ میلیون تن بود، آمونیاک صنعتی یا به صورت آمونیوم هیدروکسید (معمولاً ۲۸٪ آمونیاک در آب) یا به صورت آمونیاک مایع فشرده بی‌آب یا یخچال‌دار که در اتومبیل‌های با مخزن ویژه یا در سیلندر حمل و عرضه می‌شود. بازار جهانی آمونیاک در سال ۲۰۱۶ معادل ۶۵٫۴۸ میلیارد دلار ارزیابی شده‌است. پیش‌بینی می‌شود این صنعت تا سال ۲۰۲۵ به ۷۶٫۶۴ میلیارد دلار برسد.

در طبیعت از تجزیهٔ مواد آلی ازت دار همچون اوره ادرار به‌دست می‌آید.

رومی‌های باستان آمونیوم کلرید را به عنوان پول و سپرده استفاده می‌کردند. آن‌ها سنگ آمونیوم را از مکانی به نام پرستشگاه ژوپیتر یا همان لیبی جدید جمع‌آوری می‌کردند. اما آمونیاک به شکل نمک آمونیاک نخستین بار توسط جابر ابن حیان در قرن ۷ شناخته شد.

ساختار مولکولی

مولکول آمونیاک از یک اتم نیتروژن و سه اتم هیدروژن متصل به آن تشکیل شده‌است. با توجه به وجود یک جفت الکترون ناپیوندی بر روی نیتروژن، این مولکول ساختار هرم مثلثی دارد و زوایای پیوند کم‌تر از ۱۰۹ درجه هستند. مولکول آمونیاک یک مولکول قطبی است که می‌تواند با خودش و بسیاری مولکول‌های دیگر، پیوند هیدروژنی برقرار نماید.

خواص شیمیایی

خصلت بازی

آمونیاک طبق نظریه‌های اسید و باز برونستد-لوری و آرنیوس و لوویس، یک ترکیب بازی محسوب می‌شود. pH محلول آبی آن هم بیش‌تر از ۷ است که این واقعیت را آشکار می‌سازد. واکنش زیر، خصلت بازی مولکول آمونیاک را توضیح می‌دهد:

واکنش تفکیک بازی آمونیاک: $NH_{3}(aq)+H_{2}O(l)\rightleftarrows NH_{4}^{+}(aq)+OH^{-}(aq)$

درصدهای خلوص آمونیاک

آمونیاک به دو شکل اصلی در صنعت وجود دارد:

آمونیاک مایع بدون آب (Anhydrous Ammonia, NH₃):

خلوص: معمولاً ۹۹٫۵٪ تا ۹۹٫۹٪

کاربرد: در صنایع شیمیایی، تولید کود (مثل اوره و نیترات آمونیوم)، سیستم‌های تبرید صنعتی.

محلول آمونیاک در آب (Aqueous Ammonia یا Ammonium Hydroxide):

این محلول‌ها با درصدهای مختلف عرضه می‌شوند بر اساس درصد وزنی NH₃ در آب.

درصد خلوص‌های متداول محلول آمونیاک

آمونیاک ۵٪ : موارد مصرف: آزمایشگاهی، خانگی، مواد پاک‌کننده آمونیاک ۱۰٪ : موارد مصرف: تمیزکننده صنعتی ملایم

آمونیاک 2۰٪: موارد مصرف :کاربردهای صنعتی و کشاورزی سبک

آمونیاک ۲۵٪: متداول‌ترین غلظت صنعتی

آمونیاک ۳۰٪–۳۳٪: -موارد مصرف: با نام آمونیاک فنی (Technical Grade)؛ مورد استفاده در صنایع شیمی و تصفیه فاضلاب

آمونیاک بیش از ۳۵٪ : نادر؛ خورنده و ناپایدار، فقط در شرایط خاص ذخیره می‌شود

فرایند تولید

روش‌های صنعتی

مهم‌ترین روش صنعتی تولید آمونیاک، فرایند هابر نام دارد که شامل تهیه آمونیاک از عناصر سازنده آن می‌باشد. در این روش، گازهای نیتروژن و هیدروژن در دمای بالا و در فشار زیاد با هم واکنش می‌دهند و آمونیاک را تولید می‌کنند. کاتالیزگرهای مختلف هم به سهولت این واکنش کمک می‌نمایند.

کاربرد

از موارد استفادهٔ آمونیاک می‌توان به استفاده در تهیهٔ کودهای شیمیایی، یخ سازی، اسید نیتریک، سایر ترکیبات نیتروژنه، مواد منفجره و نیز سردخانه‌های تبرید آمونیاکی، پرورش قارچ، گلخانه‌ها و در صنایع مختلف برای نگهداری از مواد غذایی اشاره کرد.

کود

در سال ۲۰۱۹ در ایالات متحده، تقریباً ۸۸٪ از آمونیاک تولید شده به عنوان کود، به صورت نمک، محلول یا انیدروز استفاده شده‌است. هنگامی که این کودها روی خاک قرار می‌گیرند، به افزایش عملکرد محصولاتی مانند ذرت و گندم کمک می‌کنند. ۳۰٪ نیتروژن کشاورزی مورد استفاده در ایالات متحده به شکل آمونیاک بی آب است و سالانه ۱۱۰ میلیون تن از آن در جهان استفاده می‌شود.

پیش ماده ترکیبات حاوی نیتروژن

آمونیاک به‌طور مستقیم یا غیر مستقیم پیش ساز اکثر ترکیبات حاوی نیتروژن است. تقریباً تمام ترکیبات نیتروژن مصنوعی از آمونیاک حاصل می‌شوند. یکی از این مشتقات مهم، اسید نیتریک است. از اسید نیتریک برای تولید کودها، مواد منفجره و بسیاری از ترکیبات ارگانونیتروژن استفاده می‌شود.

از آمونیاک همچنین برای ساخت ترکیبات زیر استفاده می‌شود:

• هیدرازین، توسط فرایند اولین-راشیگ و فرایند پراکسید
• هیدروژن سیانید، توسط فرایند BMA و فرایند آندروسوف
• هیدروکسیل آمین و آمونیوم کربنات، توسط فرایند راشیگ
• فنول، توسط فرایند راشیگ-هوکر
• اوره، توسط فرایند اوره بوش-مایزر و در سنتز وهلر
• اسیدهای آمینه، با استفاده از سنتز آمینو اسید Strecker
• اکریلونیتریل، توسط فرایند Sohio

از آمونیاک همچنین برای ایجاد ترکیباتی در واکنش‌هایی که به‌طور خاص نامگذاری نشده‌اند، استفاده می‌شود. نمونه‌هایی از این ترکیبات عبارتند از: آمونیوم پرکلرات، آمونیوم نیترات، فرم آمید، دی‌نیتروژن تتراکسید، آلپرازولام، اتانول‌آمین، اتیل کربامات، هگزامتیلن تترامین و آمونیوم بی‌کربنات.

به عنوان یک تمیزکننده

آمونیاک خانگی محلول NH₃ در آب است و به عنوان یک تمیز کننده عمومی برای بسیاری از سطوح استفاده می‌شود. از آنجا که آمونیاک منجر به درخشش نسبتاً بدون رگه می‌شود، یکی از رایج‌ترین کاربردهای آن تمیز کردن شیشه، پرسلان و فولاد زنگ نزن است. از این ماده همچنین برای تمیز کردن اجاق گازها و خیساندن لکه‌های پخته شده استفاده می‌شود. غلظت آمونیاک خانگی از نظر وزنی ۵ تا ۱۰ درصد است.

سردخانه‌ها و سیستم‌های برودتی صنعتی

آمونیاک به عنوان یک مبرد طبیعی (با نام فنی R-717) در سیستم‌های برودتی صنعتی و سردخانه‌ها کاربرد گسترده دارد. در این کاربرد، آمونیاک در چرخه تبخیر–تراکم به عنوان سیال عامل انتقال گرما عمل می‌کند. این سیستم‌ها معمولاً در صنایع فرآوری مواد غذایی، انبارهای نگهداری، سردخانه‌های بزرگ و کارخانجات شرکت‌های لبنی و پروتئینی به کار می‌روند. مزایای استفاده از آمونیاک در سردخانه‌ها عبارت‌اند از راندمان بالای انتقال حرارت، هزینه عملیاتی پایین‌تر و تأثیر کم بر گرمایش جهانی (زیرا ODP و GWP آن تقریباً صفر است).

با این حال، به دلیل خاصیت سمی بودن آمونیاک و خطر نشتی، رعایت ایمنی و نصب سیستم‌های هشدار دهنده مانند دتکتور گاز آمونیاک ضروری است. از طرفی تهویه مناسب و طراحی استاندارد چرخه‌های برودتی اجتناب‌ناپذیر است.

گلخانه‌ها

در برخی گلخانه‌ها از آمونیاک به‌عنوان منبع نیتروژن در خاک یا به‌صورت کود گازی کنترل‌شده استفاده می‌شود، به ویژه در شرایطی که امکان تزریق مستقیم گاز به خاک وجود دارد. کاربرد آن در گلخانه مزایای زیر دارد:

• تأمین نیتروژن مورد نیاز گیاهان در حالت گازی، که ممکن است جذب سریع‌تری داشته باشد در مقایسه با کودهای جامد یا محلول
• امکان کنترل دقیق‌تر میزان نیتروژن تزریقی
• کاهش هزینه‌های حمل و نقل و نگهداری کودهای جامد

با این حال، استفاده از آمونیاک در گلخانه مستلزم کنترل دقیق غلظت، تهویه و ایمنی (از لحاظ پخش گاز در فضای گلخانه) است.

در کاربردهای مدرن‌تر، برخی گلخانه‌ها از فناوری‌هایی مانند اسکرابرهای آمونیاک (به انگلیسی: ammonia scrubbers) برای کنترل بوی آمونیاک و حذف آن از هوای داخل گلخانه استفاده می‌کنند.

پرورش قارچ (کشت قارچ)

در صنعت پرورش قارچ (مانند قارچ دکمه‌ای)، آمونیاک به صورت غیرمستقیم در ترکیب بستر کشت وارد می‌شود یا به‌عنوان منبع نیتروژن در برخی مراحل کاربرد دارد. برخی نکات مهم در این زمینه عبارت‌اند از:

• در فاز دوم کمپوست (Phase II) ممکن است آمونیاک موجود در بستر به‌واسطه فعالیت میکروارگانیسم‌های هوازی تبدیل به ترکیبات آلی و نوترکیبات نیتروژنی شود که برای رشد قارچ قابل جذب‌اند.
• کنترل غلظت آمونیاک در بستر حیاتی است، چون غلظت زیاد آن می‌تواند برای میسیلیوم قارچ سمی باشد. در نتیجه، شرایط دما، تهویه و مدت زمان نگهداری بستر، باید به گونه‌ای تنظیم شود که تبدیل آمونیاک به ترکیبات قابل استفاده تسهیل شود.
• در پژوهشی در چین، روش گسترش الیاف آمونیاکی (به انگلیسی: ammonia fiber expansion) همراه با کاربرد قارچ‌های چوب‌خوار در تجزیه لیگنوسلولز عنوان شده است؛ این روش باعث افزایش رشد میسیلیوم و بهره‌وری تولید قارچ شده است.
• در کاربرد کود حیوانی در تهیه کمپوست قارچ، برخی افزودنی‌ها برای کاهش انتشار آمونیاک به‌کار می‌روند، ولی این روش‌ها عمدتاً برای بهینه‌کردن فرآیند تهیه کمپوست است و تأثیر قابل توجهی بر عملکرد قارچ نشان داده نشده‌ است.

تخمیر

از محلول‌های آمونیاک ۱۶ تا ۲۵٪ در صنعت تخمیر به عنوان منبع نیتروژن برای میکروارگانیسم‌ها و تنظیم pH در هنگام تخمیر استفاده می‌شود.

MSDS و خطرات آمونیاک:

آمونیاک مایع و غلیظ بسیار خطرناک است و خاصیت سوزانندگی دارد. این ماده وقتی در تماس با پوست، چشم یا دهان قرار گیرد، در اثر واکنش با رطوبت موجود در بافت‌ها، ماده ای سوزاننده  به نام امونیوم هیدروکسید تولید میکند که باعث آسیب به لیپیدهای موجود در غشای سلول می‌شود و التهاب ایجاد می‌کند. بلعیدن این ماده نیز می‌تواند درد شدید در ناحیه شکم ایجاد کند.

در صورت تماس این ماده با چشم، باید با مقدار آب زیادی شسته شود.

سنتز و تولید

آمونیاک یکی از پرمصرف‌ترین مواد شیمیایی معدنی است که در سال ۲۰۱۸ تولید جهانی آن ۱۷۵ میلیون تن گزارش شده‌است. ۲۸٫۵٪ از این مقدار توسط چین تولید شده‌است، و پس از آن روسیه با ۱۰٫۳٪، ایالات متحده با ۹٫۱٪ و هند با ۶٫۷٪ قرار دارند.

تاریخچه

هرودوت مورخ یونانی باستان اشاره کرد که در ناحیه‌ای از لیبی که در آن مردمی به نام «آمونی‌ها» (اکنون: واحه سیوا در شمال غربی مصر، جایی که دریاچه‌های نمک هنوز وجود دارند) در آن زندگی می‌کردند، نمک‌هایی وجود داشت.استرابون جغرافیدان یونانی نیز نمک این منطقه را ذکر کرده است. با این حال، نویسندگان باستانی Dioscorides، Apicius، Arrian، Synesius و Aetius of Amida این نمک را به عنوان بلورهای شفاف تشکیل می دهند که می توانند برای پخت و پز استفاده شوند و اساساً سنگ نمک بودند.

جستارهای وابسته

• آمونیوم
• نیترات
• ازت

منابع

19.شرکت پتروآلتون