Ammónia

Ammónia
Általános információk
IUPAC név	Ammónia Azán
Egyéb nevek	Hidrogén-nitrid Ammóniák
Képlete	NH3
Moláris tömeg	17,0304 g/mol (0,0170304 kg/mol)
Megjelenés	Színtelen, szúrós szagú gáz
CAS-szám	7664-41-7
Tulajdonságok
Sűrűség és halmazállapot	0,6813 g/l, gáz.
Oldhatóság vízben	89,9 g/100 ml 0 °C-on.
Olvadáspont	-77,73 °C (195,42 K)
Hármaspont	-77,75 °C (195,4 K) 6060 Pa
Öngyulladási hőmérséklet	651 °C
Forráspont	-33,34 °C (239,81 K)
Savasság (pKa)	≈34
Bázikusság (pKb)	4,75
Szerkezet
Molekula alak	Trigonális piramis
Dipólusmomentum	1,42 D
Kötésszög	107,5°
Veszélyek
Veszélyesség	Mérgező és maró
EU osztályozás	Mérgező (T), Veszélyes a környezetre (N)
Lobbanáspont	Nincs. 11 °C-on külső gyújtással gyullad
R/S mondatok	R: R10, R23, R34, R50 S: (S1/2), S9, S16, S36/37/39, S45, S61
RTECS szám	BO0875000
NIST	Chemistry Webbook
A táblázatban SI mértékegységek szerepelnek. Ahol lehetséges, az adatok normálállapotra (25 °C, 100 kPa) vonatkoznak. Az ezektől való eltérést egyértelműen jelezzük.

Az ammónia (vagy régies nevén légköneg) nitrogén és hidrogén vegyülete, képlete NH₃. Normálállapotban jellegzetes szúrós szagú, gáz halmazállapotú anyag, mely mérgező és maró.

Az ammónia a salétromsavval együtt a legrégebben ismert, legelterjedtebb és legfontosabb nitrogénvegyületek közé tartozik.

Története

A gáz halmazállapotú ammóniát 1774-ben Priestley állította elő. Scheele csakhamar bebizonyította, hogy nitrogént tartalmaz, Berthollet pedig az összetételét állapította meg. Akkoriban alkali volatile salis ammoniaci névvel jelölték; e nevet Bergmann ammoniacum-ra rövidítette.

Előfordulása

Az ammónia a természetben úgy a levegőben és a meteoros csapadékokban, valamint a talajban, ásványos vizekben, növényi és állati szervezetekben fordul elő. A levegőbe az ammónia javarészt bizonyára a föld felületéről, párolgás útján jut, majd ott elektromos kisülések, vagy égési folyamatok révén keletkezett szénsavval, salétromossavval és salétromsavval vegyülve, e savak ammónium-sói alakjában a csapadékokba kerül. Magyarországon az éves átlagkoncentráció 2 ppb (part per billion). A talajban az ammónia főképpen vulkánok közelében és kráterében, klorid és szulfát alakjában, továbbá égő széntelepek közelében, a toszkánai bórsavas fumarolák gőzében és sóiban, úgyszintén mint a szerves anyagok rothadási terméke sok helyütt (így a guanóban és bűzös gázokban is) előfordul. A növényekben ammónia rendszerint kimutatható; az állati szervezet különféle részeiben: a vérben, a szövetekben, a vizeletben és a kilélegzett levegőben is található. Madarak, gyíkok és kígyók vizeletében jelentékeny mennyiségű a húgysavas ammónium; emlősök vizelete csak kevés ammónium-sót tartalmaz.

Nitrogént tartalmazó szénvegyületek, különösen a karbamid és fehérjefélék korhadásakor és rothadásakor jelentékeny mennyiségű ammónia, illetőleg ammónium-só keletkezik. Ammónia keletkezik még szerves anyagok például szaru, csontok, kőszén stb. száraz desztillációjakor is.

Előállítása

Ammónia keletkezik elemeiből: hidrogénből és nitrogénből szintézis útján, valamint bomlás útján számos nitrogén-tartalmú vegyületből. A hidrogén és a nitrogén közönséges hőmérsékleten nem hatnak egymásra, de ha kifejlődésük pillanatában elegyednek, vagy ha elegyükön elektromos szikra csap át, úgyszintén platina-háló hatására kevés ammónia keletkezik. Ilyen szintézises úton állította elő Haber karlsruhei tanár (ozmiumot vagy uránkarbidot, mint katalizátort alkalmazva) az ammóniát hidrogén-és nitrogén-gázból nyomás alatt, és napjainkban is iparilag egy ehhez hasonló módszerrel állítanak elő ammóniát (Haber-Bosch eljárás). A nitrogén oxidjai, valamint a salétromossav és a salétromsav a fejlődő hidrogéntől, vagy katalizátor (például platina-háló, réz-oxid, vas-oxid stb.) jelenlétében, a hidrogén-gáztól ammóniává redukálódnak. Az ammónia keletkezésének a legutóbbi módját ipari előállításánál értékesítik. Ammónia előállítható bármely ammóniumsóból, ha azt erős bázissal hevítjük. Kicsinyben laboratóriumi célokra, rendszerint ammónium-kloridból állítjuk elő úgy, hogy kalcium-hidroxid és ammónium-klorid keverékét gömblombikban melegítjük. A fejlődő ammónia-gázt, megszárítása végett égetett mésszel, vagy kálium-hidroxid darabkákkal töltött csövön átáramoltatjuk és higannyal telt gazométerben fogjuk fel. Nagyban az ammónia-gázt és vizes oldatát a világító-gáz és a koksz gyártásával kapcsolatosan állítják elő. Ez anyagok gyártásánál ugyanis nitrogéntartalmú kőszenet szárazon desztillálnak. Ilyenkor egyszerűbb és összetettebb szénhidrogének, hidrogén, víz, szén-dioxid, ammóniagáz és ennek különféle organikus származéka keletkezik. A vizes desztillációs termékben, az ún. gázvízben, empireumás és kátrányos anyagok, illékony bázisos szénvegyületek mellett, az ammónia részben mint ilyen, részben pedig karbonát, szulfid, rodanid stb. alakjában oldva marad. A literenként 5-20 gramm ammóniát tartalmazó gázvízből az ammóniát ledesztillálják. A forraláskor különben nem illékony és el nem bomló ammónium-vegyületek elbontása végett azonban a gázvízhez előbb égetett meszet kevernek. A desztillálást a szeszgyártásnál használatos rektifikáló-készülékek módjára szerkesztett desztilláló készülékben végzik, úgy, hogy a vízgőz részben megsűrűsödve a kazánba visszafolyik, az ammóniával telített gőz pedig a hűtőkészülékben áramlik. A még szennyes ammóniát ezután a szén-dioxidtól és kénhidrogéntől való megtisztítása végett mésztejen át, majd az empiroumás anyagoktól való megtisztítása végett pedig faszén-szűrőkön át áramoltatják és végül az ammóniagázt vagy komprimálják, vagy ammóniaoldat készítése végett vízzel töltött abszorpciós edényekbe vezetik, vagy savakkal ammónium-sókká alakítják.

Tulajdonságai

Ammónia monohirdid

Közönséges hőmérsékleten és nyomás mellett az ammónia színtelen, különösen átható, szúrós, kábító szagú, könnyezésre ingerlő gáz. Maró égető, lúgos ízű. Sűrűsége, a levegőére (1) vonatkoztatva, 0,5971. Egy liter ammónia tömege 0,7719 kg. Fajhője állandó térfogaton 23 °C és 100 °C között 0,5202 J·kg^‒1·K^‒1. Hővezetőképessége 0°-on 0,0458. Kritikus hőmérséklete 130 °C, kritikus nyomása 115 atmoszféra. Minthogy az ammóniagáz kritikus hőmérséklete magas, a cseppfolyós ammónia pedig nem túlságosan alacsony hőmérsékleten (‒33,5 °C-on) forr, az ammóniagáz aránylag könnyen folyadékká sűrűsíthető és pedig ‒33,5 °C-on 1 atmoszféra vagy 10 °C-on kb. 6,5 atmoszféra nyomás alatt. A folyósított ammónia színtelen, mozgékony, rendkívül gyorsan elpárolgó folyadék. Fajsúlya 0,623 r. Fajhője 1,2288, tehát a vízénél (1) nagyobb, párolgáshője (291 kalória) szintén igen jelentékeny. E sajátságai nagy fontosságúak az ammónia jéggépekben való alkalmazásánál. A folyósított ammónia elpárologtatva nagy lehűlés közben, vagy szilárd szén-dioxid és éter elegyéből álló hűtőkeverékben lehűtve, fehér, kristályos, szagtalan tömeggé fagy meg, amely ‒77 °C-on megolvad. Víz az ammóniagáz igen bőségesen oldja; így 1 térfogat víz 0 °C-on 1298,9, 12°-on 865,5, 20°-on 710,6 térfogat ammóniagázt nyel el, miközben a folyadék felmelegszik és térfogata növekszik, tehát fajsúlya csökken. 1 gramm víz 760 mm. nyomás alatt oldja. Alkoholban az ammónia kevésbé oldódik mint vízben. Magas hőmérsékletre hevítve vagy elektromos szikrák hatására az ammónia hidrogén- és nitrogéngázra bomlik. A könnyebben redukálható fémoxidokat az izzáson redukálja, miközben vízzé ég el és nitrogéngáz fejlődik. Klórgázt ammónia vizes oldatába áramoltatva, robbanó klórnitrogén, jód hatására pedig robbanó jódnitrogén keletkezhetik. Savakkal hőfejlődés közben ammónium-sókká egyesül. Az ammónia mérgező, maró hatású. Sok levegővel hígítva és a belélegzéskor a nyálkahártyákat izgatja és vértódulást okoz, töményebb állapotban levegővel beszívva heves köhögést, hangrésgörcsöt okoz. Belsőleg csekélyebb mennyiségben alkalmazva múlékonyan izgat, a lélegzést élénkíti, a vérnyomást növeli és izzadást vált ki; nagyobb mennyiségben alkalmazva gyomor és bélgyulladást, fulladást, görcsöket, szívbénulást okoz. A vér oxihemoglobinját redukálja. Lélegzéskor elviselhető ammóniatartalom a levegőben legföljebb 0,03% lehet. Csekély mennyiségű ammónia a rothadás folyamatát gyorsítja, de 2-3%-nál több a rothadást határozottan gátolja. Az ammóniagáz vizes oldata az ammóniaoldat (maró ammóniaoldat, szalmiákszesz, szalamiákszesz) az iparban nagy fontosságú. A legtöményebb oldat jégszesz néven is ismeretes; a 10%-os, 0,96 fajsúlyú oldat (Liquor Ammoniae, liquor ammonii caustici, spiritus salis ammoniaci caustici, szalmiákszesz) gyógyszerül használatos. Az ammóniaoldat sűrűsége annál csekélyebb, minél több ammóniát tartalmaz az oldat. Az ammóniaoldat színtelen, ammónia szagú és ízű folyadék. Az ammóniagáz a vízben nemcsak egyszerűen oldódik, hanem a vízzel reakcióba is lép. Az ammónia nagyobb része ammónium-hidroxid alakjában van a vízben oldva. Az ammónium-hidroxid azonban tisztán nem állítható elő, csak formálisan tekinthető létező vegyületnek. E felfogás helyes voltát bizonyítja az ammóniaoldat kémiai viselkedése, amely a vízoldható fémhidroxidokéhoz igen hasonló, nevezetesen, hogy a savakat lúgok módjára ammóniumsókká semlegesíti és fémsók oldatából az illető fémhidroxidot lecsapja, továbbá az a tény is, hogy az ammóniaoldat az elektromosságot vezeti, azaz ammónium-hidroxid a disszociált formában van az oldatban. Ebből adódik az ammóniaoldat lúgos kémhatása is. Ugyanezért az oldatot ammónia-hidrátnak is nevezhetjük. Másrészt az ammóniumsók kálilúgtól azonnal elbomlanak: káliumsók és ammónium-hidroxid keletkezik, amely utóbbi rögtön (egyensúlyi folyamatban) elbomlik ammóniára és vízre.

NH+4 + OH^– = NH₃ + H₂O

Az ammónia nagy része az oldatból a levegőn elég gyorsan elillan, huzamos forralással pedig a vízből tökéletesen kiűzhető. Éppen ezért az ammóniaoldat csak zárt edényben tartható el.

Biztonsági adatok (lobbanáspont, alsó és felső határkoncentráció): MSDS

Alacsony hőmérsékleten és különféle összetételi arányoknál ammónia-dihidrát, monohidrát, és hemihidrát (két ammónia molekulához kapcsolódik egy molekula víz) formájában kristályosodik.

Az Antoine állapotegyenlet

$ln p_{Pa}= 21,0039-\frac{1791,533}{T_K-50,54182}$ a hármaspont (-77,7 °C) és +50 °C között (a párolgásra)

$ln p_{Pa}= 21,691-\frac{1791,691}{T_K-57,4314}$ (-115 °C és a hármaspont között a szublimációs görbére)

Felhasználása

Az ammóniát vagy oldatát, mint aránylag erős bázist, káli- vagy nátronlúg helyett használják, amikor illékonyságánál fogva azoknál előnyösebben alkalmazható. Ammóniaoldat esetleg alkalmazott fölöslege ugyanis melegítéssel könnyen eltávolítható, úgyszintén hevítéssel az ammóniumsók is. E viselkedésénél fogva nátronlúg és szappan helyett használják az ammóniát mosásnál, halványításnál, festésnél, gyapjúmosásnál, folttisztításra (fekete szöveten sav okozta vörös folt ammóniaoldattal megnedvesítve azonnal eltűnik). Használják továbbá mint antiklórt, úgyszintén az ammóniás szódagyártásnál, ammóniumsók és indigó gyártásánál, lakkok és festékek előállításánál, klórezüstnek ércekből való kiválasztására, burnótgyártásnál stb. Az erős lehűlést amellyel a folyósított ammónia elpárolgása jár, jéggépeknél, a nyomást (7 atmoszféra) pedig, amelyet közönséges hőmérsékleten gyakorol, gépek hajtására értékesítik. Az ammóniát legnagyobb mértékben a műtrágyaipar használja fel (salétromsavgyártás). Gyógyszerül többféle célra alkalmazzák; így például az orron át belélegezve a nyálkahártya izgatásával reflexes úton lélegzést vált ki. Külsőleg az ammóniaoldatot nálunk méhszúrásnál, a szúrás helyét ammóniaoldattal megnedvesítve is használják, Amerikában pedig kígyómarásnál külsőleg és belsőleg. ammóniaoldat és olaj fehér sűrűfolyós elegye (Linimentum volatile, népiesen repülő zsír) külső gyógyszer. Régebben az ammóniagáz alkoholos oldatát, spiritus Dzondii néven, gyógyszerül is használták.

Felhasználása hűtőközegként

A világ hűtőgépeinek nagy része még ma is ammóniával működik. Az ammónia középnyomású hűtőközeg, ezért általános hűtési célokra a használható. Gyúlékonysága alacsony, a Föld légkörére nem ártalmas. Maró hatása miatt elővigyázatosan használják. Az abszorpciós hűtőgépeknek szinte kizárólagos hűtőközege (ammónia–víz hűtőközeg-párként).

Referenciák

Hoffer, Tivadar-Villányi József. Hűtőipari szakmai gépek I.. Budapest: Műszaki könyvkiadó (1965)