Amoniac là gì? Tính chất, điều chế, ứng dụng của amoniac NH3

Amoniac NH3 là gì?

Khái quát về amoniac là gì?

Amoniac là tên gọi được phiên dịch ra tiếng Việt từ cụm từ ammoniac trong tiếng Pháp.

Amoniac là chất gì? Amoniac là một hợp chất vô cơ được tạo bởi 3 nguyên tử nitơ và 1 nguyên tử hydro tạo thành 1 liên kết kém bền. Công thức hóa học của amoniac chính là NH₃.

NH₃ có cấu tạo phân tử là hình chóp, nguyên tử nitơ ở đỉnh liên kết cộng hóa trị với 3 nguyên tố hidro ở đáy tam giác (N có điện tích âm, H có điện tích dương, cả 3 liên kết N-H đều là liên kết cộng hóa trị có phân cực).

Amoniac có ở đâu? Amoniac được sinh ra nhiều ở trong tự nhiên, thận của cơ thể con người chúng ta cũng sản sinh ra một lượng nhỏ khí NH₃, vì vậy nên nước tiểu cũng có mùi khai đặc trưng giống với khí amoniac. Khí amoniac cũng được hình thành qua quá trình phân hủy xác động vật dưới tác động của vi sinh vật.

Vậy khí amoniac có độc không? Ở điều kiện tiêu chuẩn thì amoniac là một khí độc. Cần lưu ý nếu hít phải, nuốt phải hoặc tiếp xúc trực tiếp amoniac có nồng độ đậm đặc cao có thể xảy ra hiện tượng nhiễm độc amoniac, gây nguy hiểm đến tính mạng con người thậm chí là tử vong. Ở dạng dung dịch NH4OH thì amoniac là một dung dịch bazơ yếu, được phân hủy thành khí NH₃ và nước.

Mùi amoniac là mùi hăng, khai đặc trưng, có thể được nhận biết trong thành phần nước tiểu động vật. Bởi trong quá trình chuyển hóa thức ăn, cơ thể bài tiết ra một lượng nitơ trong đạm và kết hợp với các chất hữu cơ khác dễ sinh ra khí NH₃. Cách khử mùi amoniac là có thể dùng baking soda hay giấm ăn có thành phần axit axetic.

Amoniac sôi ở nhiệt độ -33,34 độ C ở áp suất của bầu khí quyển, do đó nên hóa chất được bảo quản dưới áp suất hoặc trong nhiệt độ thấp. Amoniac đóng băng ở nhiệt độ -77,7 độ C và cho tinh thể màu trắng.

Amoniac lỏng công nghiệp thường là 28% NH₃ trong nước, được chứa trong bồn bông, vận chuyển bằng xe tô tô hay bình chứa.

Lịch sử phát hiện và nghiên cứu amoniac

Câu chuyện về amoniac bắt đầu từ rất lâu rồi. Hãy cùng nhìn lại hành trình con người khám phá ra chất này nhé:

Thời gian	Sự kiện
Cổ đại	Người Ai Cập cổ đại đã biết đến muối amoni
1774	Joseph Priestley phân lập được khí amoniac tinh khiết
1785	Claude Louis Berthollet xác định thành phần hóa học của amoniac
1908	Fritz Haber phát triển quy trình tổng hợp amoniac công nghiệp
1913	Carl Bosch cải tiến quy trình Haber để sản xuất quy mô lớn

Bạn có thể thấy, từ xa xưa con người đã biết đến amoniac, nhưng phải mất hàng thế kỷ chúng ta mới hiểu rõ và tận dụng được nó.

Tính chất vật lý, tính chất hóa học amoniac là gì?

Tính chất vật lý, tính chất hóa học amoniac là gì?

Mỗi loại hóa chất sẽ mang trong mình những tính chất khác nhau

1. Tính chất vật lý

Amoniac thông thường tồn tại ở dạng khí, không màu và có mùi hôi hơi khó chịu. Amoniac có thể gây chết người nếu có nồng độ lớn. Amoniac có mật độ gấp 0,589 lần không khí, và nhẹ hơn không khí.

Vì phân tử NH₃ có cặp electron tự do, và liên kết N-H bị phân cực nên amoniac có độ phân cực lớn, từ đó thì amoniac cũng là chất dễ bị hóa lỏng.

Dung dịch amoniac là một dung môi hòa tan tốt. NH₃ có hằng số điện môi nhỏ hơn nước nên hòa tan các dung môi hữu cơ dễ hơn nước. NH₃ lỏng có thể hòa tan kim loại kiềm và các kim loại như Sr, Ca, Br tạo ra dung dịch xanh thẫm.

Khối lượng của một phân tử NH₃ tại áp suất tiêu chuẩn 1atm là 0.769 kg/m3, với tỷ lệ giãn nở thể tích 850 đến 1000 lần. Ở nhiệt độ -33 độ C, NH₃ có khối lượng riêng là 681 kg/m3.

Amoniac hòa tan 47% ở nhiệt độ 0 độ C (89,0 g/100ml), hòa tan 31%ở 25 độ C, hòa tan 18% ở nhiệt độ 50 độ C.

Dung dịch amoniac có độ pH lớn hơn 12 vì có tính bazơ.

Dung dịch amoniac sôi ở điểm sôi 33,34 độ C, có điểm nóng chảy là -77,7 độ C, NH₃ khí có nhiệt độ tự cháy là 650 độ C.

2. Tính chất hóa học

Dung dịch NH₃ là một hợp chất có tính bazơ kém bền, nên nó mang đầy đủ tính chất hóa học của một bazơ yếu.

NH₃ tan trong nước sẽ tạo thành cation amoni NH4+, giải phóng anion OH- theo phương trình phản ứng dạng phân tử sau:

NH₃ + H₂O -> NH₄⁺ + OH^-

NH₃ có tính bazơ yếu, nên sẽ làm quỳ tím chuyển xanh, phenolphtalein không màu chuyển thành màu đỏ khi tác dụng với chất chỉ thị màu.

Amoniac có thể bị phân hủy ở nhiệt độ cao nên kém bền

2NH₃ -> N₂ + 3H₂N₂ + 3H₃ -> 2NH₃

NH₃ tác dụng được với kim loại chuyển tiếp tạo ra ion phức theo phương trình

2NH₃ + Ag⁺ -> (Ag(NH₃)₂)⁺

Amoniac còn có tính khử, nguyên tử hidro trong amoniac có thể bị thay thế bởi nguyên tử kim loại kiềm

2NH₃ + 2Na -> 2NaNH₂ + H₂

2NH₃ + 2Al -> 2AlN + 3H₂

Amoniac tạo ra muối amoni khi tác dụng với axit

NH₃ ⁺ H+ -> NH4⁺

NH₃ có khả năng tạo ra kết tủa nhiều hidroxit kim loại khi tác dụng với dung dịch muối.

Cách sản xuất, điều chế ra amoniac NH₃

Cách sản xuất, điều chế ra amoniac NH₃

Amoniac có thể được điều chế cả trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp

Để điều chế amoniac trong phòng thí nghiệm có thể làm như sau:

Dùng muối NH4Cl tác dụng với nước vôi trong Ca(OH)₂, sinh ra khí NH₃

2NH₄Cl + Ca(OH)₂ -> NH₃ (khí) + CaCl₂ + H₂ (khí)

Cách điều chế sản xuất amoniac trong công nghiệp

Chủ yếu theo phương thức Haber - Bosch với phản ứng hai chiều liên tiếp xảy ra

CH₄ + H₂O <-> CO + 3H₂ (nhiệt độ cao, xúc tác Ni)

N₂ + 3H₂ <-> 2NH₃ (*tam giác*H = -92 kJ/mol)

Ngoài ra người ra còn có thể dùng các công nghệ phổ biến khác như: công nghệ M.W.Kellogg, công nghệ Haldor Topsoe, công nghệ Krupp Uhde, công nghệ ICI hay công nghệ Brown & Root để sản xuất amoniac. Trong số đó công nghệ để sản xuất NH₃ được áp dụng nhiều nhất bởi các nhà máy phân đạm tại Việt Nam là công nghệ Haldor Topsoe.

Amoniac trong công nghiệp được bán dưới dạng khí hóa lỏng NH₃ và dung dịch amoniac NH₄OH, đều được vận chuyển trong ống trụ hoặc xe bồn.

Do ở dạng đậm đặc amoniac rất nguy hiểm và có tính ăn mòn nên yêu cầu về sản xuất, lưu trữ amoniac đều phải tuân thủ theo các quy trình nghiêm ngặt.

Những ứng dụng của NH₃ amoniac là gì?

Những ứng dụng của NH₃ amoniac là gì?

Ứng dụng của amoniac trong đời sống và công nghiệp rất rộng rãi. Sau đây là vài ví dụ điển hình về ứng dụng NH₃

• Ứng dụng NH₃ làm phân bón: Vì các hợp chất nitơ đều có nguồn gốc từNH₃, rất cần thiết cho sự phát triển của cây trồng nên trên thực tế có khoảng 83% NH₃ lỏng được dùng để làm phân bón.

• Trong nhiều gia đình amoniac dạng dung dịch còn được dùng làm chất tẩy rửa cho các bề mặt như lò nướng, thủy tinh, đồ sứ và thép không gỉ, NH₃ lỏng sẽ tạo ra ánh sáng rực rỡ.

• Trong ngành dệt may thì amoniac lỏng được dùng để điều trị nguyên liệu bông, cung cấp cho tài sản kiềm bóng sử dụng chất kiềm.

• NH₃ là chất khử mạnh nên NH₃ còn đang được sử dụng làm chất chống khuẩn trong thực phẩm với mục đích thương mại để loại bỏ nhiễm khuẩn trong thịt bò, amoniac còn có tác dụng điều chỉnh độ chua.

• Amoniac còn có thể giúp cho màu sắc của đồ gỗ được chế biến đậm hơn vì khí NH₃ có phản ứng với tanin tự nhiên trong gỗ.

• NH₃ còn được dùng để khai thác kim loại như niken và molypden từ các loại quặng, ngoài ra còn dùng để trung hòa axit, thành phần của dầu thô và bảo vệ các thiết bị tránh bị ăn mòn.

• NH₃ còn được dùng trong xử lý môi trường với mục đích loại bỏ các chất như sox, nox trong khí thải khí đốt nguyên liệu hóa thạch như đá, than,...

Ảnh hưởng của amoniac đến môi trường

Amoniac có thể là con dao hai lưỡi đối với môi trường. Hãy xem xét cả mặt tích cực và tiêu cực:

1. Tác động tích cực:

Amoniac đóng vai trò quan trọng trong sản xuất phân bón, góp phần tăng năng suất cây trồng một cách đáng kể. Việc sử dụng amoniac trong nông nghiệp đã giúp tăng sản lượng lương thực toàn cầu, từ đó góp phần giảm nạn đói ở nhiều quốc gia đang phát triển. Nhờ có phân bón từ amoniac, chúng ta có thể canh tác hiệu quả hơn trên diện tích đất nông nghiệp hạn chế, đáp ứng nhu cầu lương thực ngày càng tăng của dân số thế giới.

2. Tác động tiêu cực:

Mặt khác, amoniac cũng có thể gây ra những vấn đề môi trường nghiêm trọng nếu không được kiểm soát đúng cách. Sự rò rỉ amoniac vào không khí có thể gây ô nhiễm và ảnh hưởng xấu đến chất lượng không khí, đặc biệt là ở khu vực xung quanh các nhà máy sản xuất hoặc kho chứa amoniac.

Khi thải ra môi trường nước, amoniac có thể gây ô nhiễm nguồn nước và đe dọa đến sự sống của các loài thủy sinh.

Đáng chú ý, lượng amoniac dư thừa trong đất và nước có thể dẫn đến hiện tượng phú dưỡng, làm mất cân bằng hệ sinh thái và gây ra sự phát triển quá mức của tảo, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường nước.

Rò rỉ NH3 có thể gây tình trạng ô nhiễm môi trường nếu không được xử lý

Các biện pháp an toàn khi sử dụng amoniac

Làm việc với amoniac đòi hỏi sự cẩn trọng. Dưới đây là một số lưu ý quan trọng:

1. Bảo quản:
   • Sử dụng bình chứa chuyên dụng
   • Đặt ở nơi thoáng khí, tránh ánh nắng trực tiếp
   • Kiểm tra rò rỉ thường xuyên
2. Vận chuyển:
   • Sử dụng phương tiện chuyên dụng
   • Đảm bảo dán nhãn cảnh báo rõ ràng
   • Tuân thủ quy định vận chuyển hàng nguy hiểm
3. Xử lý:
   • Mặc đồ bảo hộ đầy đủ (găng tay, kính, mặt nạ)
   • Làm việc trong môi trường thông thoáng
   • Có sẵn thiết bị rửa mắt và tắm khẩn cấp

Bạn đã sẵn sàng làm việc an toàn với amoniac chưa? Hãy nhớ: An toàn là trên hết!

Sử dụng đồ bảo hộ khi làm việc với NH3

So sánh amoniac với các hợp chất nitơ khác

Nitơ không chỉ có mặt trong amoniac. Hãy so sánh nó với một số "người anh em":

Tính chất	Amoniac (NH3)	Nitơ phân tử (N2)	Nitơ oxit (N2O)
Trạng thái	Khí	Khí	Khí
Màu sắc	Không màu	Không màu	Không màu
Mùi	Hăng	Không mùi	Ngọt nhẹ
Độ tan trong nước	Rất cao	Thấp	Trung bình
Tính phản ứng	Cao	Thấp	Trung bình
Ứng dụng chính	Sản xuất phân bón	Công nghiệp thực phẩm	Gây mê trong y tế

Bạn thấy đấy, mỗi hợp chất nitơ đều có "cá tính" riêng và vai trò đặc biệt trong cuộc sống của chúng ta.

Thông qua bài viết trên đây của Hóa chất Đông Á, có lẽ các bạn đã nắm được khái quát amoniac là gì và nó được ứng rộng rãi trong cuộc sống của chúng ta như thế nào. Tuy có mang lại một số nguy hiểm nhất định nhưng không thể phủ nhận NH₃ vẫn có công dụng rất lớn đối với công nghiệp và đời sống.