Wat is het verband tussen ammoniak en zwavelzuur?
Ammoniak en zwavelzuur zijn twee van de meest gebruikte chemicaliën en worden in enorme hoeveelheden over de hele wereld geproduceerd. Beide hebben verschillende toepassingen, maar het belangrijkste verband tussen ammoniak en zwavelzuur is te wijten aan hun gebruik in de kunstmestindustrie. Ammoniak wordt gebruikt voor de productie van een aantal meststoffen, zoals ureum, ammoniumsulfaat, ammoniumnitraat en, indirect, andere nitraatmeststoffen. Zwavelzuur wordt gebruikt bij de productie van "superfosfaat" kunstmest en ammoniumsulfaat, gemaakt door het te combineren met ammoniak.
De industriële productie van ammoniak (NH 3 ) wordt meestal uitgevoerd door het Haber-Bosch-proces, waarbij waterstof en stikstof direct worden gecombineerd door onder druk te verwarmen met een katalysator - meestal een mengsel van ijzeroxiden. De meeste ammoniak wordt gebruikt bij de productie van meststoffen. De katalytische oxidatie van ammoniak tot stikstofdioxide (NO 2 ) is tegenwoordig het belangrijkste industriële proces voor de productie van salpeterzuur, dat wordt gebruikt bij de productie van nitraatmeststoffen zoals ammonium, natrium en kaliumnitraat. De term "ammoniak" verwijst strikt genomen naar de zuivere verbinding, die een gas is bij kamertemperatuur; de term wordt echter vaak gebruikt om te verwijzen naar een oplossing van ammoniakgas in water.
Er zijn twee hoofdprocessen voor de industriële productie van zwavelzuur. De eerste die wordt geïntroduceerd, betreft de oxidatie van zwaveldioxide - geproduceerd door het verbranden van zwavel of het verwarmen van zwavelhoudende mineralen - door stikstofdioxide (NO 2 ) door de reactie: SO 2 + NO 2 -> SO 3 + NO. Het stikstofoxide (NO) dat door de reactie wordt geproduceerd, wordt bij contact met lucht terug tot NO2 geoxideerd en kan dus worden gerecycled.
Ammoniak is de bron van NO 2 voor deze reactie, die wordt geproduceerd door katalytische oxidatie volgens het salpeterzuurproductieproces. Het zwaveltrioxide wordt vervolgens gecombineerd met water om zwavelzuur te produceren. Het grootste deel van het tegenwoordig geproduceerde zwavelzuur is echter afkomstig van de oxidatie van zwaveldioxide in lucht met behulp van een vanadiumpentoxidekatalysator.
Net als ammoniak is een van de belangrijkste toepassingen van zwavelzuur de productie van meststoffen. Fosfaatrots en beendermeel van dieren kunnen worden gebruikt om "superfosfaat" - monocalciumfosfaat - te produceren door de reactie: Ca 3 (PO 4 ) 2 + 2H 2 SO 4 -> 2CaSOsub> 4 + Ca (H 2 PO 4 ) 2 . Zwavelzuur en ammoniak kunnen ook worden gecombineerd om het zout ammoniumsulfaat te geven: 2NH3 + H2S04 -> (NH4) 2S04. Dit zout is een belangrijke meststof en fungeert als een bron van zowel stikstof als zwavel en helpt de pH van alkalische bodems te verlagen.
Een ander verband tussen ammoniak en zwavelzuur zit in de explosievenindustrie. Bijna alle commerciële en militaire explosieven zijn genitreerde organische verbindingen, zoals trinitrotolueen (TNT). Het nitratieproces omvat de vervanging van hydroxyl (OH) groepen in de organische verbinding door nitro (N02) groepen en wordt gewoonlijk uitgevoerd door de verbinding te behandelen met een mengsel van salpeterzuur en zwavelzuur. Dit mengsel levert de nitronium (NO 2 + ) -ionen voor het nitratieproces. Ammoniak is de belangrijkste grondstof die wordt gebruikt bij de productie van salpeterzuur.
Ammoniak en zwavelzuur worden ook gevonden als verontreinigende stoffen in de atmosfeer. Zwavelzuur komt van de natuurlijke oxidatie van zwaveldioxide geproduceerd door de verbranding van fossiele brandstoffen en door vulkanische activiteit. Ammoniak komt van het verval van stikstofhoudende organische materialen. De twee kunnen in de atmosfeer combineren om deeltjes ammoniumsulfaat te produceren door dezelfde reactie als bij de industriële productie van deze verbinding, of om ammoniumwaterstofsulfaat te produceren - ook bekend als ammoniumbisulfaat - door de reactie NH 3 + H 2 SO 4 - > (NH 4 ) HSO 4 . Deze verbindingen zijn zeer oplosbaar in water en absorberen dus atmosferische waterdamp, waardoor ze werken als condensatiekernen; samen met andere deeltjesvormige deeltjes in de atmosfeer, natuurlijk en door de mens gemaakt, worden ze beschouwd als een belangrijke factor bij de vorming van wolken.