Amonijak

Amonijak
Općenito
Hemijski spoj	Amonijak
Druga imena	Salmijak
Molekularna formula	NH3
CAS registarski broj	7664-41-7
Kratki opis	bezbojni gas, oštrog mirisa
Osobine1
Molarna masa	17 g/mol
Agregatno stanje	gas
Gustoća	0,7198 kg/m3
Tačka topljenja	−77,7 °C
Tačka ključanja	−33 °C
Pritisak pare	8,5737 bar pri 20 °C
Rastvorljivost	541 g/l u vodi pri 20 °C
Dipolni moment	1,42 D
Rizičnost
NFPA 704	1 3 0
1 Gdje god je moguće korištene su SI jedinice. Ako nije drugačije naznačeno, dati podaci vrijede pri standardnim uslovima.

Amonijak ili azan je hemijski spoj dušika i vodika hemijske zbirne formule NH₃. Pri normalnoj temperaturi i pritisku, amonijak je bezbojni plin, oštrog, prepoznatljiivog mirisa, lakši od zraka, lahko topiv u vodi. Pri djelovanju sa nekim materijalima toksičan je i korozivan.

Molekula amonijaka ima trigonalno-piramidnu strukturu, prema predviđanjima VSEPR teorije. Takva struktura daje molekuli polarni moment i čini je polarnom, zbog čega je amonijak lahko topiv u vodi. Atom dušika u molekuli ima jedan slobodni elektronski par, pa se amonijak ponaša kao baza. To znači da u vodenoj otopini može preuzeti proton od molekule vode, pri čemu nastaje hidroksidni anion i jedan amonijev kation (NH₄⁺) koji ima oblik pravilnog tetraedra. Stepen do kojeg amonijak stvara amonijeve ione zavisi oh pH vrijednosti otopine: pri pH ~ 7 disocirano je oko 99% molekula amonijaka. Glavna primjena amonijaka je u proizvodnji gnojiva, eksploziva i polimera. Također, koristi se i kao sastojak kod kućnih sredstava za čišćenje.

U malim količinama, amonijaka ima i u atmosferi, gdje nastaje zbog procesa raspadanja dušičnih tvari životinjskog i biljnog porijekla. Amonijak i amonijeve soli nalaze se u malim količinama u kišnici, dok se amonijev hlorid (salmijak) i amonijev sulfat nalaze u blizini vulkana, a kristali amonijevog bikarbonata su pronađeni u patagonskom guanu, odnosno fosilnim ostacima ptičjeg izmeta. Amonijeve soli su široko rasprostranjene u plodnoj zemlji svih područja kao i u morskoj vodi. Tvari koje sadrže amonijak ili koje su mu slične zovu se amonijalkali.

Historija

Ime amonijak (lat. ammoniacus) je dobio iz kraja blizu Amonova hrama u Libiji, gdje su se dobijale amonijeve soli.

Soli amonijaka bile su poznate iz vrlo ranih epoha, budući da se izraz "Hammoniacus sal" javlja u spisima Plinija Starijeg. Nije poznato da li taj izraz ima identičan smisao s novijim izrazom "sal-ammoniac". U obliku sal-ammoniac, amonijak je bio poznat i alkemičarima još u 13. stoljeću, a spominjao ga je i Albert Veliki. U Srednjem vijeku je bio upotrebljavan i kao boja tokom fermentiranja urina da bi se izmijenile boje biljnog porijekla. U 15. stoljeću, njemački benediktinski sveštenik Basilius Valentinus je dokazao da amonijak može biti dobijen djelovanjem alkalija na sal-ammoniac. U kasnijem razdoblju, kada je sal-ammoniac dobijan destilacijom papaka i rogova bika i neutraliziranjem, dobijeni karbonat s hlorovodičnom kiselinom dobio je ime "duh jelenovog roga" što se odnosilo na amonijak. U plinovitom obliku amonijak je prvi izolirao Joseph Priestley 1774. godine i dao mu ime "alkalni zrak. Međutim, dobio ga je alhemičar Basilius Valentinus. Jedanaest godina poslije 1785. godine, Claude Louis Berthollet je utvrdio i njegov sastav.

Haberov proces proizvodnje amonijaka iz dušika koji se nalazi u zraku, razvili su Fritz Haber i Carl Bosch 1909. godine, a patentiran je 1910. U industrijskim razmjerima, taj proces su prvi koristili Nijemci tokom Prvog svjetskog rata, rješavajući problem nedostatka nitrata iz Čilea, zbog savezničke blokade. Amonijak su koristili za dobijanje eksploziva da bi podržali i svoje ratne ciljeve.

Amonijak koji je u komercijalnoj upotrebi kao "bezvodni amonijak" razlikuje se od otopine amonijevog hidroksida koja se zove "kućni amonijak".

Sinteza i proizvodnja

Mogućnost raznovrsne primjene učinila je amonijak jednim od anorganskih spojeva s najobimmijom proizvodnjom. Širom svijeta, postoji na desetine hemijskih postrojenja za proizvodnju amonijaka. Svjetska proizvodnja ovog spoja u 2004. godini bila je 109 miliona tona. Kina je proizvela 28,4% od ukupne svjetske proizvodnje, a slijede je Indija sa 8,6%, Rusija s 8,4% i SAD s 8,2%. Više od 80% proizvedenog amonijaka koristi se za proizvodnju gnojiva za poljoprivrednu proizvodnju.

Prije početka Prvog svjetskog rata većina amonijaka dobijala se putem suhe destilacije biljnih i životinjskih otpadaka koji sadrže dušik. Za njegovu proizvodnju koristio se devin izmet koji je bio destiliran redukcijom dušične kiseline i nitrita s vodikom, a proizvodio se i destilacijom uglja i razgradnjom amonijevih soli pomoću alkalnih hidroksida ili upotrebom živog kreča. Od soli koje su se najviše koristile, bila je sal-ammoniac, odnosno amonij-hlorid.

2 NH₄Cl + 2 CaO = CaCl₂ + Ca(OH)₂ + 2 NH₃

Današnje moderno postrojenje za proizvodnju amonijaka najprije pretvara prirodni plin (metan) ili tečni naftni plin (plinovi propan i butan) ili naftu u plinoviti vodik. Koristeći zalihe prirodnog plina, procesi koji se koriste u proizvodnji vodika su navedeni kako slijedi.

• Prvi korak u procesu je otsumporavanje, tj. uklanjanje sumpornih spojeva iz prirodnog plina, zato što oni deaktiviraju katalizatore koji se koriste u pojedinim koracima.

Uklanjanje sumpora zahtijeva katalitsku hidrogenaciju, kada sumporni spojevi iz prirodnog plina prelaze u plinoviti vodik-sulfid.

H₂ + RSH = RH + H₂S_(g)

• Plinoviti vodik-sulfid se apsorbira i uklanja provođenjem kroz slojeve cinkovog oksida, gdje prelazi u kruti cink sulfid.

H₂S + ZnO = ZnS + H₂O

• Katalitsko preoblikovnje prirodnog plina koji je oslobođen sumpora, koristi se za proizvodnju vodika i ugljik-monoksida:

CH₄ + H₂O = CO + 3 H₂.

• U sljedećem koraku uvodi se reakcija ugljik-monoksida s vodom da bi se dobile dodatne količine vodika i ugljik-dioksida:

CO + H₂O → CO₂ + H₂.

• Ugljik-dioksid se uklanja absorpcijom u vodenoj otopini etilamina ili adsorpcijom u adsorberima pod odgovarajućim pritiskom, pri čemu se koristi odgovarajući kruti adsorbent.
• Zadnji korak u proizvodnji vodika je korištenje katalizatora metan-tiona, da bi se uklonili i najmanji tragovi ugljik-monoksida ili ugljik-dioksida iz izolirane mase vodika:

CO + 3 H₂ = CH₄ + H₂O;

CO₂ + 4 H₂ = CH₄ + 2 H₂O.

• Da bi se proizveo amonijak, omogućava se da vodik pomoću katalizatora reagira s dušikom koji se dobija iz zraka, za dobijanje bezvodnog tekućeg amonijaka. Ovaj korak je poznat kao amonijeva petlja u sintezi, koja se odnosi na Haber-Bosch proces:

3 H₂ + N₂ = 2 NH₃.

Plinska reformacija, reakcija ugljemonoksida s vodom, uklanjanje ugljik-dioksida i reakcija s metantionskim katalizatorom, odvijaju se pod pritiskom od 60 do 180 bara, ovisno o tehnološkom rješenju koje se koristi u proizvodnji amonijaka. Veliki broj inženjerskih kompanija nudi mnogobrojna rješenja za izgradnju postrojenja za proizvodnju amonijaka. Najviše iskustva u ovoj industriji imaju kompanije Haldor Topsoe iz Danske, Lurgi AG iz Njemačke i Kellogg, Brown i Root iz SAD-a.

Biosinteza

Prirodni amonijak nastaje raspadanjem bjelančevina i usljed vulkanskih aktivnosti. Kod pojedinih organizama amonijak se proizvodi pomoću atmosferskog dušika N₂ uz katalizu enzima nitrogenaze. Taj proces se zove fiksacija dušika. Iako je malo vjerovatno da će buduće biološke metode biti konkurentne Haber-Bosch procesu, usmjereni su intenzivni napori na proučavanju mehanizma biološke fiksacije dušika. Naučno interesiranje za ovaj problem potiče neobična struktura aktivnih mjesta na enzimu, koja se sastoje od Fe₇MoS₉. Amonijak je metabolički proizvod deaminacije aminokiselina. Kod ljudi, amonijak brzo prelazi u ureu, koja je mnogo manje toksična. Ona je glavni sastojak suhe mase urina.

Osobine

Amonijak je bezbojni plin s prepoznatljivim mirisom, lakši je od zraka, gustoće 0,589 puta manje od gustoće zraka. Lahko se prevodi u tekuće stanje, a ključa na -33.7 °C; stvrdnjava se na -75 °C kada nastaju bijeli kristali. Njegov kritični pritisak je oko 11,3 MPa odnosno 112 atmosfera, a kritična temperatura 132,3 °C. Tečni amonijak ima jaka ionizirajuća svojstva; dielektrična konstanta je 22, a topivost soli u tečnom amonijaku je mnogo proučavana. Tečni amonijak ima veliku stopu standardnog isparavanja, od 23,35 kJ/mol, (voda 40,65 kJ/mol, metan 8,19 kJ/mol, fosfin 14,6 kJ/mol). Zbog toga se u laboratorijama koristi u neizoliranim posudama na sobnoj temperaturi, iako je tu temperatura znatno iznad njegove tačke ključanja.

Amonijak je topiv u vodi, a sav rastvoreni može se ponovno dobiti isparavanjem. Vodena otopina amonijaka je baza. Maksimalna koncentracija amonijaka u vodi (zasićena otopina) ima gustoću od 0,880 g cm⁻³. Ova otopina amonijaka ima alkalnu reakciju, a uz amonijak sadrži i dodavanjem vode nastalu bazu amonijev hidroksid (NH₄OH, nazvanu amonijeva baza ili amonijeva lužina).

Amonijak ne podržava sagorijevanje i ne gori lahko, osim kada je pomiješan s kisikom, kada gori razvijajući slab žutozeleni plamen. Hlor se pali kada se propušta kroz amonijak, stvarajući dušik i hlorovodičnu kiselinu, osim kada je amonijak prisutan u suvišku i kada se stvara visoko eksplozivan dušik-trihlorid NCl₃. Molekula amonijaka je već na sobnoj temperaturi podložna dušičnoj inverziji, kada atom dušika prolazi kroz ravan simetrije tri vodikova atoma. To se može uporediti s kišobranom koji se pri jakom vjetru okreće iznutra prema van. Energetska barijera ove inverzije amonijaka je 24,7 kJ/mol, a rezonantna frekvencija je 23,79 GHz, što odgovara mikrovalnom zračenju valne dužine od 1,260 cm. Apsorpcija ove frekvencije bio je prvi proučavani mikrotalasni spektar.

Nastanak soli

Jedno od obilježavajućih svojstava amonijaka je direktno reagiranje s kiselinama i stvaranje soli. Hlorovodična kiselina s njim gradi amonij-hlorid (sal-ammoniac), s dušičnom kiselinom amonij-nitrat itd. Potpuno suhi amonijak ne reagira s potpuno suhom hlorovodičnom kiselinom, jer je za reakciju neophodna vlaga:

NH₃ + HCl = NH₄Cl

Soli proizvedene njegovom reakcijom sa kiselinama poznate su kao amonijeve soli i sve sadrže amonijev ion (NH₄⁺).

Kiselost

Iako je amonijak poznat kao baza, može se ponašati i kao izuzetno slaba kiselina. Elektrolitskom disocijacijom stvara amidni (NH₂⁻) ion, kao na primjer kada se kruti litij-nitrid doda tekućem amonijaku, kada se formira litij-amidna otopina:

Li₃N_(s)+ 2 NH_{3 (l)} = 3; .Li⁺_(am) + 3 NH₂⁻_(am).

Ovo je Brønsted-Lowry kiselo-bazna reakcija u kojoj se amonijak ponaša kao kiselina.

Nastanak ostalih spojeva

Amonijak se može ponašati i kao nukleofil u reakcijama supstitucije. Amini se stvaraju u reakciji amonijaka s alkil halogenidima, iako je nastala NH₂ grupa također nukleofilna, a sekundarni i tercijarni amini često se nastaju kao nusproizvodi. Korištenje viška amonijaka smanjuje višestruke supstitucije i neutralizira novonastale vodikove halogenide. Metilamin se za komercijalni promet priprema reakcijom amonijaka sa hlorometanom, a reakcijom amonijaka sa 2-brompropanskom kiselinom priprema se racemni alanin, a reakcija daje prinos od 70%. Etanolamin se priprema reakcijom otvaranja prstena sa etilen oksidom, a nekada se dopušta da se reakcija nastavi, pri čemu nastaju dietanolamin i trietanolamin.

Amidi mogu biti pripremljeni u reakcijama s brojnim derivatima karboksilnih kiselina. Acil hloridi su najreaktivniji, ali amonijak mora biti prisutan u najmanje dvostruko većoj količini da bi se neutralizirala novonastala hlorovodična kiselina. Sa amonijakom reagiraju i estri i anhidridi, pri čemu nastaju amidi. Amonijeve soli karboksilnih kiselina mogu biti dehidratirane do amida, ako nema prisutnih drugih grupa koje su termički osjetljive. Za takvu dehidrataciju potrebne su temperature od 150 °C do 200 °C.

Vodik u molekulama amonijaka može se zamijeniti metalom, kada magnezij gori u amonijaku stvarajući magnezij-nitrid: Mg₃N₂, a kada se gasoviti amonijak propusti preko zagrijanog natrija ili kalija, stvara se natrijamid, NaNH₂, i kalijamid, KNH₂. Kada je to neophodno IUPAC za amonijak preporučuje upotrebu imena "azan", pa bi kloramin bio nazvan hloroazan, a ne hloroamonijak.

Odnos s aluminijem

Amonijak taloži aluminij iz otopina njegovih soli kao hidroksid, ali s njim ne stvara čvršče komplekse, koji su bili dovoljni da se opet otopi, niti dovoljno zaluži otopinu da nastane aluminat.

Amonijski ligandi

U složenim spojevima amonijak se ponaša kao ligand kod prijelaznih metala. On je čisti s-davatelj, u sredini spektrokemijske serije i ispoljava prijelazno tvrdo-mehko ponašanje. Iz historijskih razloga, u nomenklaturi koordinacionih spojeva, amonijak je dobio ime "amin". Pojedini važni amino kompleksi uključuju:

• Tetraaminbakar(II), [Cu(NH₃)₄]²⁺, karakterističan tamnoplavi kompleks koji nastaje dodavanjem amonijaka otopini soli bakar-(II).
• Diamminsrebro(I), [Ag(NH₃)₂]⁺ je aktivna komponenta Tollensova reagensa. Nastanak ovoga kompleksa može pomoći u razlikovanju percipitata različitih halogenida srebra: AgCl je razgradiv u razblaženoj dvomolarnoj (2M) otopini amonijaka, AgBr je jedino razgradiv u koncentriranim amonijačnim otopinama, dok je AgI nerazgradiv u njegovim vodenim otopinama.

Amino kompleksi hrom-(III) bili su poznati od kraja 19. vijeka, a bili su osnova teorije koju je postavio Alfred Werner o koordinacijskim spojevima. Werner je primijetio da kompleks [CrCl₃(NH₃)₃] može izgraditi samo dva izomera, iz čega je izveo zaključak da ligandi moraju biti raspoređeni oko metalnog iona na vrhovima oktaedra. To je potvrđeno rendgenskom kristalografijom. Veza između amino liganda i metalnog iona je izrazito kiselija nego što je kiselost slobodnog amonijaka, a deprotoniranje u vodenoj otopini je rijetko. Jedan primjer je reakcija s kalomelom ( živa-(I)-klorid ), gdje je proizvedeni spoj amido-živa (II) jako razgradiv:

Hg₂Cl₂ + 2 NH₃ = Hg + HgCl(NH₂) + NH₄⁺ + Cl⁻.

Upotreba

Najbitnija primjena amonijaka je u proizvodnji dušične kiseline. Ako se mješavina jednog dijela amonijaka i devet dijelova zraka propusti preko mrežaste platine kao katalizatora, pri temperaturi od 850 °C, amonijak oksidira u dušikov oksid :

4 NH₃ + 5 O₂ = 4 NO + 6 H₂O.

Osnova ovog procesa je djelovanje katalizatora, jer običnom oksidacijom amonijaka nastaju dušik i voda, a proizvodnja dušikovog oksida je primjer kinetičke kontrole. Pošto se smjesa plinova ohladi do 200-250 °C, dušikov oksid se dodatno oksidira pri višku kisika koji je u smjesi, pri čemu se dobija dušik-(IV)-oksid. On zatim reagira s vodom, pri čemu nastaje dušična kiselina, koja se koristi u proizvodnji gnojiva i eksploziva:

2 NO + O₂ = 2 NO₂;

3 NO₂ + 2 H₂O = 2 HNO₃ + NO.

Izdvojeni dušikov-(II)-oksid, NO, vraća se u tekući proces, a dobijena HNO₃ povremeno se ispušta i koncentrira, sve dok ne dostigne maksimalnu koncentraciju od 68,5%. Dušična kiselina koja je nastala u ovom procesu, bez naknadnog koncentriranja ima koncentraciju od 60%. Amonijak služi kao sastojak gnojiva, ali se može koristiti i direktno kao gnojivo, otapajući se u vodi koja se koristi za navodnjavanje, bez ikakvog dodatnog hemijskog postupka. Ova upotreba amonijaka dopušta uzgajanje usjeva koji su ovisni o količini dostupnog dušika, kao što je kukuruz. Ukoliko se stalno na istom zemljištu uzgaja vrsta usjeva koja crpi rezerve dušika iz zemljišta, to će dovesti do iscrpljivanja obradivog zemljišta zbog nedostatka dušičnih spojeva u njemu.

Amonijak ima termodinamička svojstva koja ga čine pogodnim da se koristi kao rashladno sredstvo. Budući da pod pritiskom lahko prelazi u tečno stanje, a koristi se u gotovo svim vrstama rashladnih uređaja i sistema, sve do pojave alkalnih halogenida kao što je freon. Amonijak je toksičan i djeluje kao nadražljivac i korozivan je na sve legure sa bakrom, povećavajući mogućnost da se pojavi curenje, što predstavlja veliki rizik. Njegova upotreba u malim rashladnim sistemima je uveliko zamijenjena alkalnim halogenidima, koji nisu otrovni niti su iritanti i praktično su nezapaljivi. Amonijak se i dalje koristi kao rashladno sredstvo u velikim industrijskim procesima, kao što je obimnija proizvodnja leda i u prehrambenoj industriji. Koristan je kao komponenta u rashladnim sistemima apsorpcionog tipa, koji ne koriste kompresiju ekspanzijskog ciklusa, ali mogu iskoristiti temperaturnu razliku. Otkad upotreba alkalnih halogenida doprinosi smanjenju ozonskog sloja, amonijak se ponovo sve više upotrebljava kao sredstvo za rashlađivanje. Ponekad se dodaje vodi za piće zajedno s hlorom, kada stvara hloramin, koji djeluje kao prečišćivač. Za razliku od hlora, hloramin ne reagira s organskim spojevima koji sadrže ugljik za stvaranje kancerogenih spojeva metana i halogenih elemenata, kao što je hloroform (CHCl₃).

Tokom 1960-ih godina, kompanije za proizvodnju duhana kao što su Brown & Williamson i Philip Morris počele su upotrebljavati amonijak u cigaretama, jer je uočeno da to povećava dotok nikotina u krvotok. Kao rezultat tog postupka, povećana je količina nikotina u krvi i pojačana je sposobnost cigareta da razviju nikotinsku ovisnost, bez povećanja količine nikotina u cigaretama.

Uloga amonijaka u biološkim sistemima i bolestima

Amonijak je važan izvor dušika za sve oblike života. Iako ga u velikim količinama ima i u atmosferi, samo nekoliko vrsta organizama sposobno je uzimati iz tog izvora. Dušik je neophodan za sintezu aminokiselina, koje su osnovni gradivni elementi proteina. Neke biljke zavise od amonijaka i ostalih dušikovih spojeva koji se nalaze u zemljištu, u raspadajućim materijalima. Druge biljke, kao što su dušično fiksirajuće leguminoze (Fabaceae), koriste simbiotske odnose s riizobijem, koji usvaja amonijak iz atmosferskog dušika.

Amonijak je značajan i za normalnu i nenormalnu fiziologiju životinja. Kod njih se stvara tokom normalnog metabolizma aminokiselina, iako je u velikim koncentracijama toksičan. Jetra ga pretvara u ureu u nizu reakcija koji je označen kao ciklus ureje. Poremećaji uloge jetre, kao što je slučaj kod ciroze, može prouzrokovati povećane količine amonijaka u krvi, hiperamonemiju. Slično tome, do hiperamonemije dovode i poremećaji u djelovanju enzima koji su odgovorni za djelovanje ureina ciklusa, kao što je enzim ornitin transkarbamilaza. Hiperamonemija doprinosi konfuziji funkcija i pojavi kome jetrene encefalopatije kao i neuroloških bolesti koje su uobičajene za ljude s poremećenim ureinim ciklusom i organske acidurije. Amonijak je važan i za normalnu kiselo-baznu ravnotežu kod životinja. Nakon nastanka amonijaka iz glutamina, može se razgraditi alfa-ketoglutarat, kada nastaju dvije molekule bikarbonata koje služe kao puferi prehrambenih kiselina. Amonijak se izlučuje putem urina, što smanjenja kiselost tjelesnih tkiva. Može se rasprostirati putem bubrežnih cjevčica, kada se spaja s vodikovim ionom, dopuštajući na taj način ponovno smanjenje kiselosti.

Tečni amonijak

Tečni amonijak je najbolja poznata i najproučavanija nevodena ionizirajuća otopina. Njegova najvažnija osobina je mogućnost da otapa alkalne metale pri stvaranju visoko obojenih elektrovodičkih otopina koja sadrže topive elektrone. Izuzev ovih izuzetnih otopina, većina hemijskih procesa u tečnom amonijaku može se usporediti s odgovarajućim reakcijama u vodenim otopinama. Usporedba fizičkih svojstava NH₃ i vode pokazuje da NH₃ ima nižu tačku topljenja, tačku ključanja, gustoću, viskoznost, dielektričnu konstantu i električnu provodljivost. To je posljedica dijelimično slabijeg vezanja vodika u NH₃ i zbog toga što takvo vezanje ne može stvarati ukršteno povezane mreže, s obzirom da molekula NH₃ ima samo jedan nevezani elektronski par. To se razlikuje od ponašanja molekule H₂O, koja u svojoj strukturi ima dva nevezana elektronska para. Ionska konstanta samodisocijacije molekule NH₃ na -50 °C je približno 10⁻³³ mol²•l⁻².

Topivost soli

	Topivost (g/100 g)
Amonij acetat	253.2
Amonij nitrat	389.6
Litij nitrat	243.7
Natrij nitrat	97.6
Kalij nitrat	10.4
Natrij fluorid	0.35
Natrij klorid	3.0
Natrij bromid	138.0
Natrijev iodid	161.9
Natrij tiocijanat	205.5

Tečni amonijak je ionizirajuća otopina. Iako je slabije otapalo od vode, prima cijeli niz ionskih spojeva uključujući mnoge nitrate, nitrite, cijanide i tiocijanate. Većina amonijevih soli je rastvorljiva, a te soli se u otopinama tečnog amonijaka ponašaju kao kiseline. Topivost halogenih soli povećava se idući od fluorida ka jodidima. Zasićena otopina amonijevog nitrata sadrži 0,83 mola rastvora prema 1 molu amonijaka, a ima pritisak pare koji je manji od 1 bara čak i na temperaturi od 25 °C.

Otopine metala

Tečni amonijak otapa alkalne metale i druge elektropozitivne metale kao što su: kalcij, stroncij, barij, europij i iterbij. Pri malim koncentracijama (<0,06 mol/L ) stvaraju se tamnoplave otopine, koje sadrže metalne katione i rastvorljive elektrone, slobodne elektrone koji su okruženi rešetkom molekula amonijaka. Ove otopine su vrlo korisne kao jaki reducirajući agensi. Pri većim koncentracijama su metalnog izgleda i provodljivosti. Na niskim temperaturama mogu postojati dvije vrste rastvora kao faze koje se ne miješaju.

Redoks svojstva tečnog amonijaka

	E° (V, amonijak)	E° (V, voda)
Li+ + e− = Li	−2.24	−3.04
K+ + e− = K	−1.98	−2.93
Na+ + e− = Na	−1.85	−2.71
Zn2+ + 2e− = Zn	−0.53	−0.76
NH4+ + e− = ½ H2 + NH3	0.00	–
Cu2+ + 2e− = Cu	+0.43	+0.34
Ag+ + e− = Ag	+0.83	+0.80

Raspon termodinamičke stabilnosti tečnog amonijaka je vrlo ograničen, jer potencijal oksidacije dušika, E° (N₂ + 6NH₄⁺ + 6e⁻ ⇌ 8NH₃), iznosi samo + 0,04 V. U praksi, i oksidacija i redukcija dušika do vodika su spore. Ovo se posebno odnosi na redukcijske otopine pomenutih alkalnih metala, koji su stabilni nekoliko dana, polahko se raspadaju na metalne amide i vodik. Kod većine istraživanja koriste se otopine tečnog amonijaka koje se stvaraju u redukcijskim uslovima. Iako je oksidacija tečnog amonijaka obično spora, postoji rizik od eksplozije, posebno kada su prisutni ioni prijelaznih metala koji mogu biti katalizatori.

Otkrivanje i određivanje količine amonijaka i njegovih soli

Prisustvo amonijaka i njegovih soli može se lahko utvrditi ako su prisutni čak i u vrlo malim tragovima. To je obavlja dodavanjem Nesslerove otopine, koja u prisustvu najmanjih tragova amonijaka ili amonijevih soli ispoljava izrazito žuto obojenje. U industrijskim rashladnim postrojenjima za otkrivanje curenja amonijaka spaljuju se sumporni štapići. Prisustvao većih količina amonijaka može se otkriti zagrijavanjem soli amonijaka s nagrizajućim alkalijama ili s kalcijevim oksidom, pri čemu se oslobađa karakterističan miris amonijaka. Količina amonijaka u amonijevim solima može se količinski odrediti destilacijom soli s natrijevim ili kalijevim hidroksidom, kada se oslobođeni amonijak apsorbira. Dobije se poznata masa standardne sumporne kiseline, a višak kiseline se određuje volumetrijski ili amonijak može biti apsorbiran u hlorovodičnoj kiselini, a tako nastali amonijev hlorid daje talog – amonijev heksakloroplatinat (NH₄)₂PtCl₆.

Međuzvjezdani prostor

Amonijak je prvi put primijećen u međuzvjezdanom prostoru 1968. godine pomoću mikrovalova, koji su dolazili iz pravca jezgra galaksije. To je prvootkrivena višeatomska molekula tog porijekla. Osjetljivost molekule amonijaka na širok spektar pobuđivanja i lahkoća s kojom se može promatrati u mnogobrojnim područjima, učinila je amonijak jednom od najvažnijih molekula tokom proučavanja molekulskih oblaka. Jačina linija amonijaka može se iskoristiti kod proračuna temperature tijela koje ga emitira. Otkriveni izotopski alotropi amonijaka su:

NH₃, ¹⁵NH₃, i NH₂D, NHD₂, i ND₃

Otkrivanje trostruko deuteriranog amonijaka bila je iznenađenje, budući da je deuterij relativno rijedak. Vjeruje se da niska temperatura dopušta ovoj molekuli da opstane i da se akumulira. Prisustvo molekula amonijaka primijećeno je i u atmosferi planeta u okvirima gasovitih divova, uključujući tu i planetu Jupiter, u čijoj se atmosferi nalazi amonijak zajedno s drugim gasovima kao što su: metan, vodik i helij. Unutrašnjost Saturna može sadržati zaleđeni amonijak u obliku kristala.

Toksičnost i mjere zaštite

Toksičnost i skladištenje

Toksičnost amonijačnih rastvora obično nije tolika da izaziva probleme ljudima ili drugim sisarcima, budući da postoji posebni mehanizam koji sprečava njegovo akumuliranje u krvotoku. Djelovanjem enzima karbamil fosfat sinteze amonijak se pretvara u karbamil fosfat, a onda ulazi u ciklus ureje, gdje se ugrađuje u aminokiseline ili izlučuje preko urina. Ribe i vodozemci nemaju ovaj mehanizam, pa amonijak obično odstranjuju tako što ga direktno izlučuju iz organizma. Amonijak je čak i u razblaženim količinama visoko toksičan za vodene životinje i zato je svrstan kao "opasan za okoliš".

Nikada se ne smije dopustiti da spojevi amonijaka dođu u kontakt s bazama (osim ako je namjera održavanje reakcije), zbog toga što može doći do oslobađanja opasnih količina gasovitog amonijaka.

Laboratorijska primjena otopina

Opasnost od otopina amonijaka ovisi o njihovoj koncentraciji. Razblažene su obično na 10% po težini (<5.62 mol/L), a koncentrirane obično 25% težine. Takva otopina ima gustoću od 0.907 g/cm³, a otopina koja ima manju gustoću je više koncentrirana. Podjela otopina amonijaka od strane Evropske unije data je u donjoj tabeli.

Koncentracija (po težini)	Molarnost	Klasifikacija
5–10%	2.87–5.62 mol/L	Iritant (Xi)
10–25%	5.62–13.29 mol/L	Korozivan (C)
>25%	>13.29 mol/L	Korozivan (C) Opasan za okoliš (N)

Amonijačne pare koje se oslobađaju iz koncentrirane supstance vrlo su iritirajuće za oči i sistem organa za disanje. Ovakve otopine treba upotrebljavati samo u prostorijama s osiguranom ventilacijom. Zasićene otopine amonijaka po toplom vemenu mogu izazvati značajan pritisak unutar zatvorene boce. S takvim bocama treba pažljivo rukovati, iako to obično nije problem za otopine od 25%. Otopine amonijaka ne smiju se miješati s halogenima, zbog nastajanja eksplozivnih i toksičnih spojeva. Produžen kontakt njegovih otopina sa solima srebra, žive ili joda može izazvati stvaranje eksplozivnih spojeva. Takve smjese se obično stvaraju tokom kvalitativne hemijske analize. Njima se treba dodati kiselinu i treba ih nakon završetka testa prije odlaganja razblažiti.

Laboratorijska primjena bezvodnog amonijaka

Bezvodni amonijak je svrstan kao "toksičan" ("T") i "opasan za okoliš" ("N"). Plin je zapaljiv (temperatura samopaljenja 651 °C ) i može stvarati eksplozivne smjese sa zrakom (16 do 25%). Dopuštena koncentracija amonijaka u SAD-a iznosi 50 ppm (35 mg/m³). Ponovljena izlaganja amonijaku smanjuju osjetljivost na njegov miris. Miris se može osjetiti pri koncentraciji manjoj od 0,5 ppm, ali osobe koje imaju smanjenu osjetljivost ne osjećaju ga čak ni kod koncentracija od 100 ppm. Bezvodni amonijak djeluje nagrizajuće na legure bakra i cinka, pa se pri rukovanju plinom ne smiju koristiti bronzane posude. Tečni amonijak može djelovati na gumu i određene vrste plastike. Burno reaguje s halogenim elementima i izaziva eksplozivnu polimerizaciju etilen oksida. Može stvarati eksplozivne spojeve sa zlatom, srebrom, živom, germanijem ili telurijem. Burne reakcije su primijećene i s acetaldehidom, hipokloritnim otopinama, natrij fericijanidom i peroksidima.

Kućna primjena

Otopine amonijaka (10% težine) koriste se kao kućna sredstva za čišćenje, posebno stakla. Ove otopine su nadražljive za oči i mukozne membrane (dišni i probavni sistem), a u manjoj mjeri i za kožu. Otopine amonijaka se nikada ne smiju miješati s proizvodima koji sadrže hlor ili s jakim oksidansima, kao što je varikina, jer se stvara mnoštvo toksičnih i kancerogenih spojeva kao što su hloramin, hidrazin i elementarni hlor.

Također pohledajte

• Dušik
• Dušična kiselina

Vanjski linkovi

• http://www.inchem.org/documents/icsc/icsc/eics0414.htm International Chemical Safety Card 0414] (anhydrous ammonia), ilo.org.
• http://www.inchem.org/documents/icsc/icsc/eics0215.htm International Chemical Safety Card 0215] (aqueous solutions), ilo.org.
• http://www.inrs.fr/fichetox/ft16.html%7Ctitle=Ammoniac et solutions aqueuses |publisher=Institut National de Recherche et de Sécurité|language=fr}}
• http://www.ammoniaspills.org/ Emergency Response to Ammonia Fertilizer Releases (Spills)] for the Minnesota Department of Agriculture.ammoniaspills.org
• http://www.cdc.gov/niosh/topics/ammonia National Institute for Occupational Safety and Health – Ammonia Page], cdc.gov
• http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0028.html NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards - Ammonia], cdc.gov