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氨
氮氫化合物
氨（英文名稱(chēng)：Ammonia），無(wú)機化合物，由氮和氫組成?；瘜W(xué)式為NH3，以液體存在時(shí)稱(chēng)為液氨；以氣體存在時(shí)稱(chēng)為氨氣，摩爾質(zhì)量為17.031g/mol，在標準條件下，密度為0.5971g/cm。氨在常溫常壓為無(wú)色氣體，有特殊刺激性臭味，容易被液化，極易溶于水、醇類(lèi)等溶劑。氨溶解時(shí)放出大量熱。氨的水溶液呈弱堿性，易揮發(fā)。氨可以與無(wú)機酸反應，生成各種銨鹽，可以用于制造氮肥。氨是一種可燃性氣體，與空氣或氧氣混合到一定濃度時(shí)發(fā)生爆炸。氨在實(shí)驗室可由氯化銨和消石灰共熱制的，工業(yè)上可由氰化法和合成氨法制得。氨在醫藥上主要用于制造磺胺類(lèi)藥物，農業(yè)上主要用于生產(chǎn)氮肥，工業(yè)上主要用于生產(chǎn)炸藥和各種化學(xué)纖維及塑料。
基本信息
中文名
氨
英文名
Ammonia
別名
以液體存在時(shí)稱(chēng)為液氨；以氣體存在時(shí)稱(chēng)為氨氣
CAS號
7664-41-7
性質(zhì)
化學(xué)式
NH3
摩爾質(zhì)量
17.031g/mol
外觀(guān)
無(wú)色氣體
氣味
特殊刺激性臭味
密度
0.5971g/cm
熔點(diǎn)
78℃
沸點(diǎn)
-33℃
溶解性
極易溶于水
蒸氣壓
26℃時(shí)的蒸氣壓為1013kPa
危險性
NFPA 704
3-1-0
爆炸極限
空氣中的爆炸范圍為15.5%~28%，在氧氣中為13.5%~82%
自燃溫度
630℃
歷史
發(fā)現
1754年，英國化學(xué)家約瑟夫·普里斯特利（Joesph Priestley）在加熱氯化銨和石灰混合物時(shí)發(fā)現氨。1784年，法國化學(xué)家伯托利（C.L.Berthollet）確定氨是由氫和氮組成。
發(fā)展
1898年，弗蘭克（A.Frank）等人發(fā)現碳化鈣在氮氣中加熱到1000℃便可得到氰氨化鈣，氰氨化鈣與過(guò)熱蒸汽反應便可得到氨。這種制氨的方法被人們稱(chēng)為氰化法，但這種方法所消耗的能量較高，所以并不經(jīng)濟。
1901年，呂·查得利（Le Chaterlier）在高壓、高溫的條件下合成了氨，雖然最終發(fā)生了爆炸，但開(kāi)創(chuàng )了高壓合成氨的先河。1909年，德國物理化學(xué)家弗麗茨·哈伯（Fritz Haber）使用鋨為催化劑，在17.5MPa~20.0MPa和500℃~600℃的條件下合成了6%的氨。這成為了氨的合成從實(shí)驗室到工業(yè)化的轉折點(diǎn)。1911年，米塔西（Mittasch）成功研究出以鐵為活性催化劑來(lái)合成氨，這種催化劑比鋨作為催化劑廉價(jià)，活性高并且耐用。1912年，德國奧堡（Oppau）巴登苯胺純堿公司建成一個(gè)日產(chǎn)30t的合成氨裝置，1913年開(kāi)始運轉。
第一次世界大戰德國戰敗后，被迫將合成氨的技術(shù)公開(kāi)。經(jīng)其他國家在此基礎上進(jìn)行改進(jìn)后，出現了不同壓力的合成氨的方法：低壓法（10MPa）、中壓法（20MPa~30MPa）和高壓法（70MPa~100MPa），但大多數工廠(chǎng)采用的是中壓法。
二次世界大戰后，由于合成氨的需求量的增加以及石油工業(yè)和天然氣工業(yè)的迅速發(fā)展，合成氨的原料逐漸用廉價(jià)的天然氣、石腦油和重油來(lái)代替固體原料（如焦炭）。
氨的來(lái)源
自然界中的氨是由動(dòng)物體和植物腐爛形成的，因為這些物質(zhì)中含有蛋白質(zhì)形式的氮。氨也是動(dòng)物體新陳代謝的副產(chǎn)物，在這種情況下，它形成尿素并排出體外。
在海洋中，生物體中氨基酸中氮的價(jià)態(tài)為-3，從能量的角度看，-3價(jià)的無(wú)機氮容易被浮游植物或微生物通過(guò)光合作用或化能合成作用吸收利用，轉化成有機氮。有機氮再通過(guò)呼吸作用，轉化為無(wú)機氮，也就是氨。
微生物、藻類(lèi)和與其共生的高等植物可以通過(guò)自身的固氮酶復合物把氮氣轉變?yōu)榘?；土壤中的硝酸鹽，亞硝酸鹽以及銨鹽可以通過(guò)植物根系進(jìn)入植物細胞，被硝酸還原酶和亞硝酸還原酶催化轉變成氨。
氨在人體的代謝
人體內代謝產(chǎn)生的氨和消化道吸收的氨進(jìn)入血液后形成血氨。在正常生理情況下，血氨的水平在47μmol/L~65μmol/L。在人體內，氨的來(lái)源有氨基酸脫氨基、腸道吸收和腎臟產(chǎn)生。氨是有毒的代謝物質(zhì)，所以機體各組織所產(chǎn)生的氨必須以無(wú)毒的形式經(jīng)血液運輸至肝臟合成尿素，然后經(jīng)腎臟排出，這是體內氨的主要去路（也可以與谷氨酸反應生成谷氨酰胺，重新合成氨基酸，合成其他含氮化合物），或運輸至腎臟以銨鹽的形式隨尿排出體外。氨在血液中有兩種運輸形式：丙氨酸-葡萄糖循環(huán)和谷氨酰胺運氨作用。
結構
氨分子是由一個(gè)氮原子和三個(gè)氫原子構成，其中氮原子有5個(gè)價(jià)電子，3個(gè)未成對。氮原子采取不等性sp雜化，當它與氫原子化合時(shí)，每個(gè)氮原子可以和3個(gè)氫原子通過(guò)極性共價(jià)鍵結合成氨分子，氨分子里的氮原子還有一個(gè)孤對電子。由于孤電子對對成鍵電子對的排斥作用，使N-H鍵之間的鍵角∠HNH不是正四面體的109°28′，而是107°，空間結構為三角錐型。這種結構使得氨分子有相當大的極性（偶極矩為5.5×10C·m），易形成氫鍵。
氨的結構式
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
常溫常壓下，氨是一種具有強烈刺激性臭味的無(wú)色氣體，摩爾質(zhì)量為17.031g/mol，密度為0.5971g/cm，沸點(diǎn)為-33℃，熔點(diǎn)為78℃。氨極易溶于水、醇類(lèi)、丙酮、三氯甲烷、苯等溶劑，常溫常壓下，一體積水可溶解700體積氨，溶解時(shí)放出大量熱。
氨很容易被液化，在0.1MPa壓力下，將氨冷卻到－33.5℃，或在常溫下加壓到0.7~0.8MPa，氨就能液化成無(wú)色的液體，同時(shí)放出大量的熱量。液氨的相對密度為0.667（20℃）。如果人與液氨接觸，則會(huì )凍傷皮膚。若將液氨在0.101MPa壓力下冷卻至－77.7℃，就凝結成略帶臭味的無(wú)色結晶。液氨也很容易氣化，降低壓力可急劇蒸發(fā)，并吸收大量的熱。
化學(xué)性質(zhì)
氨對大部分物質(zhì)沒(méi)有腐蝕性，但在有水的條件下，對銅、銀、鋅等金屬有腐蝕作用。氨的自燃溫度為630℃。氨與空氣或氧按一定比例混合后，遇火能爆炸，氨在空氣中的爆炸范圍為15.5%~28%，在氧氣中為13.5%~82%。氨有強烈的毒性，空氣中含有0.5%（體積)的氨，就能在幾分鐘內使人窒息死亡。
自然界中的氨是由動(dòng)物體和植物腐爛形成的，因為這些物質(zhì)中含有蛋白質(zhì)形式的氮。氨也是動(dòng)物體新陳代謝的副產(chǎn)物，在這種情況下，它形成尿素并排出體外。
高溫分解
在高溫（800℃以上），氨能分解成氮和氫。
與酸或酸酐反應
氨可以與酸或酸酐反應，生成各種銨鹽。
還原性
一氧化氮繼續氧化與水可以反應生成硝酸。
Cl2或Br2在常溫下也能氣態(tài)或溶液中把NH3氧化為N2。
若Cl2過(guò)量，則生成NCl3。
NH3通過(guò)熱的CuO也可以被氧化為N2。
NH3與過(guò)氧化物或高錳酸鹽反應，也均被氧化為N2。
配合物
氨可以提供孤電子對，用作配體生成氨的配合物，如[Ag(NH3)2]、[Cu(NH3)4]。氨能生成各種加成配位化合物，它們和水合物類(lèi)似，通稱(chēng)氨合物，例如：對應CaCl2·6HO和CuSO4·4H2O也分別有CaCI2·6NH3和CuSO4·4NH3。此等化合物作為配位化合物時(shí)，通常稱(chēng)氨絡(luò )物。
合成氫氰酸、尿素
制備方法
實(shí)驗室制法
氯化銨與消石灰共熱，反應方程式如下：
實(shí)驗室制取氨氣反應裝置圖
工業(yè)制法
氰化法
碳化鈣在氮氣中加熱至1000℃得到氰氨化鈣，氰氨化鈣與過(guò)熱蒸汽反應生成氨。反應方程式如下：
Haber-Bosch法合成氨
經(jīng)過(guò)了近百年的發(fā)展，人們對于H-B法不斷改進(jìn)，如今工業(yè)上合成氨是在高溫(400°C -500°C) 以及高壓 (20MPa-40MPa) 條件下利用Fe/Ru基金屬催化劑將N2和H2轉化為NH3。但是該方法會(huì )消耗大量的能源并且會(huì )排放出大量的二氧化碳。
工藝流程
①天然氣蒸汽重整制備H2，該過(guò)程會(huì )消耗大量的化石能源。
②水煤氣轉化生成更多的H2。
③去除氣體中殘余的CO和CO2，得到更高純度的H2。
④將到純度的N2和H2通入反應裝置，利用H-B法制氨。
⑤冷卻分離NH3，并回收未反應的N2和H2。
應用領(lǐng)域
醫藥
農業(yè)
氨在國民經(jīng)濟中有著(zhù)重要意義，現在約有85%的氨用來(lái)制造肥料，其余作為生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品的原料。除液氨可直接作為肥料外，農業(yè)上使用的氮肥，例如尿素、硝酸銨、磷酸銨、硫酸銨、氯化銨、氨水以及各種含氮混肥和復肥，都是以氨為原料的。
工業(yè)
氨在工業(yè)上主要用來(lái)制造炸藥和各種化學(xué)纖維及塑料。從氨可以制得硝酸，進(jìn)而再制造硝酸銨、硝化甘油、三硝基甲苯和硝基纖維素等炸藥。在化纖和塑料工業(yè)中，則以氨、硝酸和尿素等作為氮源，生產(chǎn)己內酰胺、尼龍6單體、己二胺、人造絲、丙烯腈、酚醛樹(shù)脂和脲醛樹(shù)脂等產(chǎn)品。在冶金工業(yè)中用來(lái)提煉礦石中的銅、鎳等金屬。在制冰、空調、冷藏等系統可以作致冷劑。
安全事宜
安全標識
象形圖 |  腐蝕劑 |  急性毒性 |  環(huán)境 |
GHS分類(lèi)
GHS | 危險說(shuō)明 | 危險等級 |
H221 | 易燃氣體 | 易燃氣體 |
H314 | 造成嚴重的皮膚灼傷和眼睛損傷 | 皮膚腐蝕/刺激 |
H331 | 吸入有毒 | 急性毒性，吸入 |
H440 | 對水生生物劇毒 | 對水生環(huán)境有害，危害嚴重 |
儲存
儲存于陰涼、干燥、通風(fēng)處。遠離火種、熱源。防止陽(yáng)光直射。保持容器密封。應與酸類(lèi)、金屬粉末等分開(kāi)存放。
泄露處理
氨發(fā)生泄露時(shí)，人員需迅速撤離泄漏污染區至上風(fēng)處，并立即進(jìn)行隔離150m，嚴格限制出入，切斷火源，盡可能切斷泄漏源。對泄露污染區合理通風(fēng)，加速擴散。高濃度泄漏區，噴含鹽酸的霧狀水中和、稀釋、溶解，并構筑圍堤或挖坑收容產(chǎn)生的大量廢水。如有可能，將殘余氣或漏出氣用排風(fēng)機送至水洗塔或與塔相連的通風(fēng)櫥內。儲罐區最好設稀酸噴灑設施。漏氣容器要妥善處理，修復、檢驗后再使用。
消防處理
消防人員必須穿全身防火防毒服，在上風(fēng)向滅火，切斷氣源，若不能切斷氣源，則不允許熄滅泄漏處的火焰，噴水冷卻容器，可能的話(huà)將容器從火場(chǎng)移至空曠處。滅火劑可以使用霧狀水、抗溶性泡沫、二氧化碳、砂土。
健康危害
低濃度的氨對黏膜有刺激作用，高濃度可造成組織溶解性壞死，引起化學(xué)性肺炎及灼傷。輕度急性中毒者表現為皮膚、黏膜的刺激反應，出現鼻炎、咽炎、氣管炎和支氣管炎；可有角膜和皮膚灼傷。重度者出現喉頭水腫、聲門(mén)狹窄、呼吸道黏膜細胞脫落，氣道阻塞而室息，可發(fā)生中毒性肺水腫和肝損傷。氨可引起反射性呼吸停止。如氨濺入眼內，可致晶體混濁、角膜穿孔，甚至失明。
急救措施
吸入：迅速脫離現場(chǎng)至空氣新鮮處，保持呼吸道通暢，如呼吸困難，應輸氧，如呼吸停止，立即進(jìn)行人工呼吸，就醫。
食入：給飲牛奶或催吐，有腐蝕癥狀時(shí)忌洗胃。
眼睛接觸：應立即拉下眼臉，用清水或涼開(kāi)水從眼眶上部流經(jīng)眼球（避免直接沖擊），反復沖洗至少10分鐘，就醫。
皮膚接觸：應立即脫去污染衣物，用大量清水沖洗至少30分鐘，嚴重者再用2%乙酸溶液進(jìn)行中和或用2%硼酸溶液濕敷就醫。
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