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氨
氮氫化合物
氨（英文名稱：Ammonia），無機化合物，由氮和氫組成。化學(xué)式為NH3，以液體存在時稱為液氨；以氣體存在時稱為氨氣，摩爾質(zhì)量為17.031g/mol，在標準條件下，密度為0.5971g/cm。氨在常溫常壓為無色氣體，有特殊刺激性臭味，容易被液化，極易溶于水、醇類等溶劑。氨溶解時放出大量熱。氨的水溶液呈弱堿性，易揮發(fā)。氨可以與無機酸反應(yīng)，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發(fā)生爆炸。氨在實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(yī)藥上主要用于制造磺胺類藥物，農(nóng)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
以液體存在時稱為液氨；以氣體存在時稱為氨氣
CAS號
7664-41-7
性質(zhì)
化學(xué)式
NH3
摩爾質(zhì)量
17.031g/mol
外觀
無色氣體
氣味
特殊刺激性臭味
密度
0.5971g/cm
熔點
78℃
沸點
-33℃
溶解性
極易溶于水
蒸氣壓
26℃時的蒸氣壓為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(xiàn)
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發(fā)現(xiàn)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(xiàn)碳化鈣在氮氣中加熱到1000℃便可得到氰氨化鈣，氰氨化鈣與過熱蒸汽反應(yīng)便可得到氨。這種制氨的方法被人們稱為氰化法，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驗室到工業(yè)化的轉(zhuǎn)折點。1911年，米塔西（Mittasch）成功研究出以鐵為活性催化劑來合成氨，這種催化劑比鋨作為催化劑廉價，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日產(chǎn)30t的合成氨裝置，1913年開始運轉(zhuǎn)。
第一次世界大戰(zhàn)德國戰(zhàn)敗后，被迫將合成氨的技術(shù)公開。經(jīng)其他國家在此基礎(chǔ)上進行改進后，出現(xiàn)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(shù)工廠采用的是中壓法。
二次世界大戰(zhàn)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的天然氣、石腦油和重油來代替固體原料（如焦炭）。
氨的來源
自然界中的氨是由動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態(tài)為-3，從能量的角度看，-3價的無機氮容易被浮游植物或微生物通過光合作用或化能合成作用吸收利用，轉(zhuǎn)化成有機氮。有機氮再通過呼吸作用，轉(zhuǎn)化為無機氮，也就是氨。
微生物、藻類和與其共生的高等植物可以通過自身的固氮酶復(fù)合物把氮氣轉(zhuǎn)變?yōu)榘?；土壤中的硝酸鹽，亞硝酸鹽以及銨鹽可以通過植物根系進入植物細胞，被硝酸還原酶和亞硝酸還原酶催化轉(zhuǎn)變成氨。
氨在人體的代謝
人體內(nèi)代謝產(chǎn)生的氨和消化道吸收的氨進入血液后形成血氨。在正常生理情況下，血氨的水平在47μmol/L~65μmol/L。在人體內(nèi)，氨的來源有氨基酸脫氨基、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(nèi)氨的主要去路（也可以與谷氨酸反應(yīng)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(jié)構(gòu)
氨分子是由一個氮原子和三個氫原子構(gòu)成，其中氮原子有5個價電子，3個未成對。氮原子采取不等性sp雜化，當(dāng)它與氫原子化合時，每個氮原子可以和3個氫原子通過極性共價鍵結(jié)合成氨分子，氨分子里的氮原子還有一個孤對電子。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(jié)構(gòu)為三角錐型。這種結(jié)構(gòu)使得氨分子有相當(dāng)大的極性（偶極矩為5.5×10C·m），易形成氫鍵。
氨的結(jié)構(gòu)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色氣體，摩爾質(zhì)量為17.031g/mol，密度為0.5971g/cm，沸點為-33℃，熔點為78℃。氨極易溶于水、醇類、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，氨就能液化成無色的液體，同時放出大量的熱量。液氨的相對密度為0.667（20℃）。如果人與液氨接觸，則會凍傷皮膚。若將液氨在0.101MPa壓力下冷卻至－77.7℃，就凝結(jié)成略帶臭味的無色結(jié)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(nèi)使人窒息死亡。
自然界中的氨是由動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(yīng)
氨可以與酸或酸酐反應(yīng)，生成各種銨鹽。
還原性
一氧化氮繼續(xù)氧化與水可以反應(yīng)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過量，則生成NCl3。
NH3通過熱的CuO也可以被氧化為N2。
NH3與過氧化物或高錳酸鹽反應(yīng)，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，它們和水合物類似，通稱氨合物，例如：對應(yīng)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，通常稱氨絡(luò)物。
合成氫氰酸、尿素
制備方法
實驗室制法
氯化銨與消石灰共熱，反應(yīng)方程式如下：
實驗室制取氨氣反應(yīng)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，氰氨化鈣與過熱蒸汽反應(yīng)生成氨。反應(yīng)方程式如下：
Haber-Bosch法合成氨
經(jīng)過了近百年的發(fā)展，人們對于H-B法不斷改進，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(zhuǎn)化為NH3。但是該方法會消耗大量的能源并且會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，該過程會消耗大量的化石能源。
②水煤氣轉(zhuǎn)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(yīng)裝置，利用H-B法制氨。
⑤冷卻分離NH3，并回收未反應(yīng)的N2和H2。
應(yīng)用領(lǐng)域
醫(yī)藥
農(nóng)業(yè)
氨在國民經(jīng)濟中有著重要意義，現(xiàn)在約有85%的氨用來制造肥料，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(nóng)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(fù)肥，都是以氨為原料的。
工業(yè)
氨在工業(yè)上主要用來制造炸藥和各種化學(xué)纖維及塑料。從氨可以制得硝酸，進而再制造硝酸銨、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(nèi)酰胺、尼龍6單體、己二胺、人造絲、丙烯腈、酚醛樹脂和脲醛樹脂等產(chǎn)品。在冶金工業(yè)中用來提煉礦石中的銅、鎳等金屬。在制冰、空調(diào)、冷藏等系統(tǒng)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
GHS | 危險說明 | 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。防止陽光直射。保持容器密封。應(yīng)與酸類、金屬粉末等分開存放。
泄露處理
氨發(fā)生泄露時，人員需迅速撤離泄漏污染區(qū)至上風(fēng)處，并立即進行隔離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(qū)合理通風(fēng)，加速擴散。高濃度泄漏區(qū)，噴含鹽酸的霧狀水中和、稀釋、溶解，并構(gòu)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(nèi)。儲罐區(qū)最好設(shè)稀酸噴灑設(shè)施。漏氣容器要妥善處理，修復(fù)、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，可能的話將容器從火場移至空曠處。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(xiàn)為皮膚、黏膜的刺激反應(yīng)，出現(xiàn)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(xiàn)喉頭水腫、聲門狹窄、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(nèi)，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(xiàn)場至空氣新鮮處，保持呼吸道通暢，如呼吸困難，應(yīng)輸氧，如呼吸停止，立即進行人工呼吸，就醫(yī)。
食入：給飲牛奶或催吐，有腐蝕癥狀時忌洗胃。
眼睛接觸：應(yīng)立即拉下眼臉，用清水或涼開水從眼眶上部流經(jīng)眼球（避免直接沖擊），反復(fù)沖洗至少10分鐘，就醫(yī)。
皮膚接觸：應(yīng)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%乙酸溶液進行中和或用2%硼酸溶液濕敷就醫(yī)。
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