Аммиак - удивительный газ, который широко используется в промышленности и быту. Но многие не знают, легче он воздуха или тяжелее. Давайте разберемся!
Физические свойства аммиака
Аммиак (NH3) - бесцветный газ с резким удушающим запахом нашатырного спирта. Он имеет молекулярную массу 17,031 г/моль, температуру кипения -33,4°C и температуру плавления -77,7°C. Плотность газообразного аммиака при нормальных условиях составляет 0,77 кг/м3, что в 1,7 раза меньше плотности воздуха. Поэтому аммиак легче воздуха.
При комнатной температуре и давлении около 8,5 атмосферы аммиак сжижается. Сжиженный аммиак широко используется в холодильной технике в качестве холодильного агента, а также удобен для хранения и транспортировки.
Из-за своей легкости газообразный аммиак поднимается вверх, а на открытом пространстве скапливается в низинах и ямах. Это важно учитывать при авариях с утечкой аммиака.
Химические свойства и получение аммиака
Как слабое основание, аммиак взаимодействует с кислотами, образуя соли аммония:
-
2NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4
-
NH3 + HCl = NH4Cl
На этой реакции основано лабораторное получение аммиака действием щелочей на соли аммония:
NH4Cl + Ca(OH)2 = 2H2O + CaCl2 + NH3↑
В химической промышленности аммиак синтезируют из азота и водорода в присутствии оксидных катализаторов. Процесс протекает при 500°C под давлением 350 атм в специальных аппаратах:
N2 + 3H2 ⇄ 2NH3 + Q
Эта реакция экзотермична и протекает с уменьшением объема. Выход аммиака может достигать 30%. Некоторые другие химические свойства аммиака:
- Окисление аммиака гипохлоритом натрия в присутствии желатина позволяет получить гидразин:
- 2NH3 + NaOCl = N2H4 + NaCl + H2O
- При взаимодействии с металлами в жидком аммиаке образуются амиды, имиды и нитриды:
- 2Li + 2NH3 = 2LiNH2 + H2↑
Аммиак легче воздуха или тяжелее? Конечно, легче! Уже говорилось выше, что плотность аммиака в 1,7 раза меньше плотности воздуха. Но давайте это еще раз подчеркнем для наглядности.
| Вещество | Плотность, кг/м3 |
| Аммиак | 0,77 |
| Воздух | 1,29 |
Растворимость аммиака
Аммиак обладает высокой растворимостью в воде. При 20°C в 1 литре воды может раствориться до 700 литров NH3. Образующийся водный раствор называют нашатырным спиртом.
Кроме воды, аммиак хорошо растворяется в спиртах, ацетоне, жирах и маслах. Это свойство используется в медицинских и гигиенических целях при изготовлении мазей, линиментов, духов и одеколонов.
Токсичность аммиака
Аммиак легче воздуха или тяжелее? Легче! Но это не значит, что он безопасен. Аммиак обладает токсичным действием на живые организмы.
Для человека аммиак вызывает раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей. При высоких концентрациях возможен отек легких и поражение центральной нервной системы.
По степени воздействия на организм аммиак относится к веществам удушающего и нейротропного действия.
Аварийность с аммиаком
Из-за широкого применения в промышленности аварии и утечки аммиака случаются довольно часто. Опасность представляет высокая летучесть и легкость по сравнению с воздухом.
Причинами аварий чаще всего становятся: коррозия оборудования, нарушения технологического режима, ошибки персонала, внешние воздействия (удары, пожары).
Средства защиты от аммиака
Для защиты органов дыхания при утечках аммиака применяют противогазы с дополнительным патроном марки КД. Также эффективны ватно-марлевые повязки, смоченные водой или 5% раствором лимонной кислоты.
Аммиак легче воздуха или тяжелее? Легче. Но тяжелее, чем некоторые другие газы, например метан, этан, этилен. И конечно, тяжелее таких газов, как водород, кислород или гелий.
Транспортировка аммиака
Из-за высокой токсичности и летучести при транспортировке аммиака необходимо соблюдать особые меры предосторожности.
Аммиак перевозят в специальных железнодорожных цистернах или танк-контейнерах под давлением. Транспортное средство должно быть оборудовано КИП для контроля давления и герметичности.
Хранение аммиака
Для хранения аммиака используют стальные резервуары и сферические газгольдеры, расположенные на открытом воздухе. Основные требования - герметичность, коррозионная стойкость, защита от переполнения.
Также аммиак можно хранить в сжиженном состоянии в изотермических цистернах и танках при температуре не выше -33°C.
Производство аммиака в России
В России ежегодно производится около 15 млн тонн аммиака. Это составляет примерно 9% от общемирового объема.
Бóльшая часть российского аммиака (46%) выпускается предприятиями Приволжского федерального округа. Крупнейшим производителем является компания "Тольяттиазот".
Перспективы производства NH3
В будущем ожидается наращивание мощностей для производства аммиака в России и мире. Это связано с ростом спроса на азотные удобрения и другую химическую продукцию.
Также ведутся разработки альтернативных способов получения аммиака с использованием возобновляемых источников энергии.
Утилизация аммиака
Поскольку аммиак токсичен и опасен для окружающей среды, отработанные аммиачные растворы и газы подлежат обезвреживанию перед сбросом или утилизацией.
Для утилизации применяют такие методы, как термическое обезвреживание (сжигание), химическая нейтрализация, биологическая очистка сточных вод и газовых выбросов.
Ресурсосбережение
Для экономии сырья и энергоресурсов при производстве аммиака используют оборотные циклы - непрореагировавшие исходные газы возвращают на вход установки.
Также ведутся работы по совершенствованию катализаторов, повышению конверсии сырья и снижению энергопотребления.
Импортозамещение
В связи с санкциями и импортозамещением российские производители налаживают выпуск отечественного катализаторного оборудования для синтеза аммиака взамен импортного.
Это позволит снизить зависимость предприятий от зарубежных поставок запчастей и технологий.
Цены на аммиак
Из-за роста спроса на удобрения и скачков стоимости газа в 2022 году значительно выросли мировые цены на аммиак.
Если в начале года тонна аммиака стоила 300 долларов, то к осени цена поднялась до 1000 долларов за тонну.
Альтернативные способы получения
Помимо традиционного синтеза из азота и водорода, разрабатываются альтернативные способы получения аммиака, например из азота воздуха и воды или биомассы.
Эти методы более экологичны и могут стать перспективной заменой промышленного синтеза аммиака в будущем.
