NH3 là gì? Tính chất, nguồn gốc, cách điều chế Amoniac (NH3)?

1. Amoniac là gì?

Amoniac là hợp chất của nitơ (N) và hydro (H) có công thức hóa học NH3. Nó là một hợp chất vô cơ bao gồm 3 nguyên tử nitơ và 1 nguyên tử hydro tạo thành một liên kết yếu. Amoniac là chất khí không màu, có mùi hăng đặc trưng. 

NH3 là loại khí khá phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong tự nhiên, ở dạng đậm đặc vừa có tính ăn mòn vừa nguy hiểm nên yêu cầu sản xuất và bảo quản phải tuân theo quy trình hoặc xử lý nghiêm ngặt hoặc sử dụng một lượng cho phép. Trong công nghiệp, NH3 được bán dưới dạng khí hóa lỏng NH3 và dung dịch amoni NH4OH, tất cả đều được vận chuyển trong xe bồn hoặc ống trụ.

2. Cấu tạo phân tử của Amoniac NH3:

Nó là một hợp chất vô cơ có công thức phân tử NH3. Amoniac là một hợp chất vô cơ gồm 3 nguyên tử nitơ và 1 nguyên tử hydro tạo thành liên kết yếu. Phân tử NH3 có cấu tạo hình chóp mà nguyên tử nitơ ở đỉnh liên kết cộng hóa trị với 3 nguyên tử hiđro ở đáy tam giác. Vì nitơ có 3 electron độc thân nên có thể tạo thành 3 liên kết cộng hóa trị nói trên với hiđro (Ba liên kết N-H đều là liên kết cộng hóa trị có cực: N là nguyên tử thừa điện tích âm, các nguyên tử khác H là nguyên tử thừa điện tích dương).

3. Tính chất của NH3:

3.1. Tính chất vật lý:

– Amoniac thường  ở thể khí, không màu và có mùi  khó chịu. Nồng độ amoniac cao có thể gây tử vong. 

– Amoniac rất phân cực vì phân tử NH3 có một cặp electron độc thân và liên kết N-H phân cực. Do đó NH3 hóa lỏng dễ dàng. 

– Dung dịch amoniac là dung môi  tốt: NH3 hòa tan các dung môi hữu cơ dễ hơn nước vì hằng số điện môi của nó thấp hơn nước. Kim loại kiềm và kim loại Ca, Sr, Ba tan được trong NH lỏng tạo dung dịch màu xanh thẫm.

3.2. Tính chất hóa học: 

Khi NH3 hòa tan trong nước, một phần nhỏ phân tử amoni kết hợp với ion H trong nước để tạo thành cation amoni và giải phóng anion. Ở bước này, nước đóng vai trò là axit. 

Do tính kiềm, dung dịch amoniac làm quỳ tím chuyển sang màu xanh và dung dịch phenolphlatein chuyển sang màu hồng. Vì vậy, người ta dùng quỳ tím ướt để phát hiện amoniac. 

Amoniac dễ bị phân hủy trong dung dịch giải phóng khí amoniac.  Phản ứng với axit: Amoniac lỏng dễ dàng trung hòa axit, tạo thành muối amoni.

Phản ứng với dung dịch muối: Dung dịch amoni có khả năng tạo thành nhiều hiđroxit kim loại ở thể khí dễ phản ứng. 

Amoniac là chất khử. 

Kém bền dưới tác động của nhiệt, có thể bị phân hủy ở nhiệt độ cao do phản ứng hóa học:

2NH3 → N2 + 3H2      N2 + 3H2 → 2NH3

– Tác dụng được với ion kim loại chuyển tiếp tạp ion phức: 2NH3 + Ag+ → [Ag(NH3)2]+

– Nguyên tử hiđro của amoniac có thể được thay thế bằng kim loại kiềm hoặc nguyên tử nhôm: 

2NH3 + 2Na →  2NaNH2 + H2 (350 °C)

2NH3 + 2Al → 2AlN + 3H2 (800-900 °C)

– Phản ứng với dung dịch muối: Dung dịch amoniac có khả năng  kết tủa nhiều hiđroxit kim loại khí dễ phản ứng. 

– Do tính kiềm, dung dịch amoniac làm  quỳ tím chuyển sang màu xanh và dung dịch phenolphlatein chuyển sang màu hồng. 

– Amoniac tan trong nước. 

– Amoniac phản ứng với axit tạo thành muối amoni

4. Amoniac có ở đâu?

– Trong tự nhiên, amoniac được tạo ra từ sự phân hủy các hợp chất hữu cơ của động vật và thực vật và được tìm thấy với lượng tương đối nhỏ trong khí quyển. 

– Amoniac và một số muối amoni có ở trong nước biển. 

– Muối amoni clorua, amoni sunfat, thu được từ các vụ phun trào  núi lửa. 

– Các tinh thể amoni bicacbonat xuất hiện trong một số khoáng chất chứa soda.

– Amoniac cũng được tạo ra trong quá trình bài tiết nước tiểu hàng ngày của động vật và con người, do thận tạo ra một lượng nhỏ khí amoniac.

– Ngoài ra, amoniac còn được sản xuất trong các nhà máy urê hoặc bằng cách hóa lỏng nitơ và hydro ở thể khí ở nhiệt độ 400-450 độ C và áp suất 200-300 atm để thu được amoniac lỏng.

5. Cách điều chế Amoniac NH3:

5.1. Điều chế trong phòng thí nghiệm:

2NH4Cl + Ca(OH)2 → NH3 + CaCl2 + H2O

5.2. Điều chế trong công nghiệp:

NH3 bao gồm nitơ và hydro liên kết với nhau. Nitơ thu được  từ không khí và hydro  từ nước. Sau khi  sấy khô, nung nóng và nén  hỗn hợp này (azot, hydro) ở 530 oC, nó được đưa qua các liên kết muối khác nhau để tạo thành amoniac. 

Các công nghệ sản xuất amoniac phổ biến nhất thường được sử dụng để sản xuất NH3 công nghiệp như sau: 

– Công nghệ Haldor Topsoe.

– Công nghệ M.W. Kellogg.

– Công nghệ Krupp Uhde.

– Công nghệ ICI.

– Công nghệ Brown & Root.

Trong số đó, công nghệ Haldor Topsoe được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp để sản xuất NH3 và thị phần của nó trên thị trường thế giới là 50%. Chưa kể  các nhà máy đạm của Việt Nam đều sử dụng công nghệ này để sản xuất NH3.

6. Amoniac lỏng được dùng để làm gì?

Phân bón:

Trên thực tế, khoảng 83% amoniac lỏng được sử dụng làm phân bón vì  tất cả các hợp chất nitơ đều đến từ NH3, rất cần thiết cho sự phát triển của cây trồng. 

Năm 2004, amoniac được sử dụng làm phân bón hoặc dưới dạng muối hoặc dung dịch của nó. Khi bón vào đất, nó giúp tăng năng suất cây trồng như ngô và lúa mì. 

Việc sản xuất amoniac tiêu thụ hơn 1% tổng năng lượng của con người và là một  phần quan trọng trong ngân sách năng lượng của thế giới.

Dùng làm thuốc tẩy: Amoniac gia dụng là dung dịch nước của NH3 được sử dụng làm chất tẩy rửa cho nhiều bề mặt. Amoniac lỏng tạo ra ánh sáng rực rỡ. Amoniac đặc biệt được dùng để lau kính, sứ và thép không gỉ, hay dùng để lau lò nướng và ngâm vật dụng để loại bỏ bụi…

Trong ngành dệt may: Amoniac lỏng được sử dụng để xử lý nguyên liệu bông, tạo độ bóng kiềm với các chất kiềm. Nó đặc biệt được sử dụng để rửa tiền lên.

Xử lý môi trường khí thải: Amoniac lỏng được sử dụng trong xử lý môi trường để loại bỏ các chất như Nox, Sox từ nhiên liệu hóa thạch như than, đá… 

Là chất chống khuẩn trong thực phẩm: Amoniac là một chất khử hiệu quả, hiện nay amoniac khan  được sử dụng trong thương mại để giảm hoặc loại bỏ ô nhiễm vi khuẩn của thịt bò. 

Trong công nghiệp chế biến gỗ: Trong chế biến gỗ, amoniac lỏng được sử dụng để làm cho gỗ sẫm màu hơn, vì khí amoniac phản ứng với chất rám nắng tự nhiên của gỗ và làm cho màu sắc đẹp hơn.

7. Các tác hại của amoniac và cách xử lý:

7.1. Tác hại:

Ở nồng độ đậm đặc, khí amoniac cực kỳ nguy hiểm đối với sức khỏe con người. Cụ thể hơn như sau:

– Hít phải: Ăn mòn niêm mạc mũi, họng và đường hô hấp. Nó làm hỏng đường hô hấp và gây suy hô hấp vì amoniac có tính ăn mòn rất cao. 

– Phơi nhiễm trực tiếp: Ăn mòn mạnh da, mắt, cổ họng và phổi. Bỏng có thể gây mù vĩnh viễn, bệnh phổi hoặc thậm chí tử vong. 

– Nuốt phải: Vô tình nuốt phải amoniac đậm đặc có thể gây bỏng miệng, cổ họng và dạ dày, kích ứng dạ dày nghiêm trọng và nôn mửa.

7.2. Cách xử lý:

Amoniac ở nồng độ cao rất độc hại đối với con người nhưng không phải ai cũng biết cách xử lý khi bị phơi nhiễm và ngộ độc Amoniac. Cách xử lý hiệu quả nhất như sau: 

– Sau khi hít phải khí amoniac,  nhanh chóng di chuyển nạn nhân đến nơi thoáng khí, Cởi bỏ quần áo nhiễm amoniac. 

– Súc miệng bằng nước sạch, uống ngay 1-2 cốc sữa nếu nuốt phải amoniac. 

Trong trường hợp tiếp xúc với dung dịch amoniac, hãy loại bỏ amoniac dính trên da và rửa mắt bằng nhiều nước. 

Cuối cùng, đưa nạn nhân đến trung tâm y tế hoặc bệnh viện để được điều trị kịp thời.

7.3. Các biểu hiện ngộ độc của Amoniac:

Hít phải, nuốt hoặc chạm vào các sản phẩm có chứa một lượng rất lớn amoniac có thể gây ngộ độc. Các triệu chứng ngộ độc NH3 bao gồm: 

– Hệ hô hấp: Ho, đau ngực, đau thắt ngực, khó thở, thở nhanh và thở khò khè. 

– Mắt, miệng, họng: Có nước mắt, tối tăm. Đau họng dữ dội, lở miệng, nứt nẻ môi. 

– Tim mạch: nhịp tim nhanh, mạch yếu, sốc. 

– Hệ thần kinh: Lú lẫn, đi lại khó khăn, chóng mặt, mất khả năng phối hợp, bồn chồn, choáng váng và rất có thể tử vong.

– Da: Tiếp xúc lâu với NH3 gây bỏng nặng. 

– Dạ dày và đường tiêu hóa: đau bụng dữ dội, buồn nôn và khó chịu.

8. Cách bảo quản và vận chuyển NH3:

8.1. Những lưu ý khí bảo quản NH3:

– Bảo quản NH3 trong các bình hoặc thùng chứa chất lỏng có dán nhãn rõ ràng. 

– Không đổ NH3 lỏng  quá 80% dung tích bình chứa. 

– NH3 cần được bảo quản trong thùng kín ở nơi mát, khô, riêng biệt và thông thoáng, tránh xa những nơi có thể gây cháy. Tránh xa nguồn nhiệt, độ ẩm và các vật không tương thích.

8.2. Lưu ý để vận chuyển NH3 an toàn:

– Nếu NH3 ở dạng dung dịch Amoniac hoặc Amoniac lỏng thì phải chứa trong thùng lỏng và vận chuyển trên ô tô hoặc thùng chứa. 

– Phương tiện phải có mui và tường chắc chắn. 

– Không chở người bằng vật liệu dễ cháy. Các thùng được đặt ở tư thế đứng, giữa các thùng phải có đệm. 

– Đóng gói cẩn thận, không để sản phẩm ở nơi có nhiệt độ cao.