Производство аммиака

Аммиак (NH3) – соединение азота и водорода. Это легкий газ с резким запахом. Производство аммиака в промышленности и лабораториях необходимо для производства удобрений, полимеров, азотной кислоты и других веществ.

В промышленности

Аммиак получают в промышленности из азота путем соединения его с водородом. Азот берется из воздуха, водород из воды. Впервые метод разработал немецкий химик Фриц Габер. Промышленный метод получения аммиака получил название процесса Габера.

Реакция протекает с уменьшением объема и выделением энергии в виде тепла:

3H2 + N2 → 2NH3 + Q.

Реакция обратима, поэтому необходимо соблюдение нескольких условий. При высоком давлении и низких температурах объем образующегося аммиака увеличивается. Однако низкие температуры снижают скорость реакции, а повышение температуры увеличивает скорость обратной реакции.

Экспериментально были найдены необходимые условия для проведения реакции:

  • температура – ​​500°С;
  • давление – 350 атм;
  • катализатор – оксид железа Fe3O4 (магнетит) со смесями оксидов серебра, калия, кальция и других веществ.

В этих условиях образующийся газ содержит 30% аммиака. Чтобы избежать обратной реакции, вещество быстро охлаждают. При низких температурах образующийся газ превращается в жидкость. Неиспользованные газы – азот и водород – возвращаются в колонну синтеза. Этот метод помогает быстро получить большое количество аммиака, максимально используя сырье.

Производство аммиака

Рис. 1. Производство аммиака промышленным способом.

Чтобы найти нужный катализатор, было испробовано 20 тысяч разных веществ.

В лаборатории

Для получения аммиака в лаборатории применяют реакцию щелочей с солями аммония:

NH4Cl + NaOH → NH3↑ + NaCl + H2O

Аммиак также можно получить в лаборатории из хлорида аммония, нагретого вместе с гашеной известью, или путем разложения гидроксида аммония:

  • 2NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2NH3 + 2H2O;
  • NH4OH ↔ NH3↑ + H2O.

Производство аммиака

Рис. 2. Сбор аммиака в лаборатории.

Полностью осушить аммиак можно с помощью смеси извести и гидроксида натрия, через которую пропускают образовавшийся газ. С этой же целью жидкий аммиак смешивают с металлическим натрием и подвергают перегонке.

Аммиак легче воздуха, поэтому для его сбора пробирку держат вверх дном.

Применение

Аммиак применяется в различных отраслях промышленности:

  • в сельском хозяйстве – для производства азотных удобрений;
  • в промышленности — для производства полимеров, взрывчатых веществ, искусственного льда;
  • в химии — для производства азотной кислоты, соды;
  • в медицине – как аммиак.

Производство аммиака

Рис. 3. Производство удобрений.

Что мы узнали?

Аммиак производят промышленно и в лабораторных условиях. Для производства в промышленных масштабах используются азот и водород. Смешиваясь под высокой температурой, давлением и под действием катализатора, простые вещества образуют аммиак. Чтобы реакция не пошла в противоположном направлении при высоких температурах, газ охлаждают. В лаборатории аммиак получают взаимодействием солей аммония со щелочами, гашеной известью или расщеплением гидроксида аммония. Аммиак используется в химической промышленности, сельском хозяйстве, медицине и химии.