Отримання аміаку в лабораторних і промислових масштабах
Аміак (NH3) являє собою хімічну сполуку водню з азотом. Свою назву він отримав від грецького слова «hals ammniakos» або латинського «sal ammoniacus» які переводяться Одинокова - «нашатир». Саме така речовина під назвою амонію хлорид отримували в Лівійській пустелі в оазисі Аммоніум.
Аміак вважається дуже отруйною речовиною, яка здатна подразнювати слизові оболонки очей і дихальних шляхів. Первинними симптомами отруєння аміаком є рясне сльозотеча, задишка і запалення легенів. Але разом з тим, аміак - цінна хімічна речовина, яка широко використовується для отримання неорганічних кислот, наприклад, азотної, синильної, а також сечовини і азотовмісних солей. Рідкий аміак - це чудове робоча речовина холодильних контейнерів і машин, так як він має велику питому теплоту випаровування. Водні розчини аміаку використовують як рідкі добрива, а також для аммонізаціі суперфосфатів і тукових сумішей.
Отримання аміаку з газів, що відходять у процесі коксування вугілля є найдавнішим і досить доступним методом, але на сьогоднішній день він вже застарів і практично не використовується.
Сучасним і основним способом є отримання аміаку в промисловості на основі процесу Габера. Його суть в прямій взаємодії азоту і водню, яке протікає в результаті конверсії вуглеводневих газів. В якості вихідної сировини виступають зазвичай природний газ, гази нафтопереробки, попутні нафтові гази, залишкові гази від виробництва ацетилену. Суть методу конверсійного отримання аміаку полягає в розкладанні метану і його гомологів при високій температурі на складові: водень і окис вуглецю за участю окислювачів - кисню і водяної пари. При цьому до конвертованості газу підмішують повітря, збагачене киснем, або атмосферне повітря. Спочатку реакція отримання аміаку на основі конвертованого газу протікає з виділення тепла, але з пониженням обсягу вихідних продуктів реакції:
N2 + 3H2 harr- 2NH3 + 45,9 кДж
Однак отримання аміаку в промислових масштабах ведеться з використанням каталізатора і при штучно створених умовах, які дозволяють збільшити вихід готового продукту. В атмосфері, де проходить отримання аміаку, збільшується тиск до 350 атмосфер, а температура піднімається до 500 градусів Цельсія. За таких умов вихід аміаку - близько 30%. Газ видаляється із зони реакції за допомогою методу охолодження, а азот і водень, що не прореагували, повертаються назад в колону синтезу і знову можуть брати участь в реакціях. У ході синтезу дуже важливо очистити суміш газів від каталітичних отрут, речовин, здатних зводити нанівець дію каталізаторів. Такими речовинами є пари води, СО, As, P, Se, O2, S.
В якості каталізатора в реакціях синтезу азоту і водню виступає пористе залізо з домішками оксидів алюмінію і калію. Тільки це речовина, з усіх 20 тисяч раніше перепробуваних, дозволяє досягти рівноважного стану реакції. Такий принцип отримання аміаку вважається найекономічнішим.
Отримання аміаку в лабораторії засноване на технології витіснення його з амонієвих солей сильними лугами. Схематично ця реакція представлена наступним чином:
2NH4CI + Ca (OH) 2 = 2NH3 ^ + CaCl2 + 2H2O
або
NH4Cl + NaOH = NH3 ^ + NaCl + H2O
Щоб видалити зайву вологу і осушити аміак, його пропускають через суміш їдкого натру і вапна. Отримання аміаку дуже сухого досягається в результаті розчинення в ньому металевого натру і подальшої перегонки суміші. Найчастіше такі реакції проводять в закритій металевій системі під вакуумом. Причому така система повинна витримати високий тиск, який досягається виділяються парами аміаку, до 10 атмосфер при кімнатній температурі.