Jaki jest związek między amoniakiem a kwasem siarkowym?
Amoniak i kwas siarkowy są dwoma najczęściej stosowanymi chemikaliami i są produkowane w ogromnych ilościach na całym świecie. Oba mają wiele zastosowań, ale główny związek między amoniakiem i kwasem siarkowym wynika z ich zastosowania w przemyśle nawozowym. Amoniak jest wykorzystywany do produkcji wielu nawozów, takich jak mocznik, siarczan amonu, azotan amonu i, pośrednio, inne nawozy azotanowe. Kwas siarkowy jest stosowany do produkcji nawozu „superfosforanowego” i siarczanu amonu, wytwarzanych przez połączenie go z amoniakiem.
Produkcja przemysłowa amoniaku (NH 3 ) odbywa się głównie w procesie Habera-Boscha, w którym wodór i azot łączy się bezpośrednio przez ogrzewanie pod ciśnieniem z katalizatorem - zwykle mieszaniną tlenków żelaza. Większość amoniaku jest wykorzystywana do produkcji nawozów. Katalityczne utlenianie amoniaku do dwutlenku azotu (NO 2 ) jest obecnie głównym przemysłowym procesem produkcji kwasu azotowego, który jest wykorzystywany do produkcji nawozów azotanowych, takich jak azotan amonu, sodu i potasu. Termin „amoniak”, ściśle mówiąc, odnosi się do czystego związku, którym jest gaz w temperaturze pokojowej; termin ten jest jednak często używany w odniesieniu do roztworu amoniaku w wodzie.
Istnieją dwa główne procesy przemysłowej produkcji kwasu siarkowego. Pierwsze, które ma zostać wprowadzone, obejmuje utlenianie dwutlenku siarki - wytwarzanego przez spalanie siarki lub ogrzewanie minerałów zawierających siarkę - przez dwutlenek azotu (NO 2 ) w reakcji: SO 2 + NO 2 -> SO 3 + NO. Tlenek azotu (NO) wytwarzany w reakcji utlenia się z powrotem do NO2 w kontakcie z powietrzem, dzięki czemu można go zawrócić.
Amoniak jest źródłem NO 2 dla tej reakcji, wytwarzanej przez utlenianie katalityczne zgodnie z procesem produkcji kwasu azotowego. Trójtlenek siarki jest następnie łączony z wodą z wytworzeniem kwasu siarkowego. Większa część wytwarzanego obecnie kwasu siarkowego pochodzi jednak z utleniania dwutlenku siarki w powietrzu za pomocą katalizatora pięciotlenku wanadu.
Podobnie jak amoniak, jednym z głównych zastosowań kwasu siarkowego jest produkcja nawozów. Fosforanową mączkę kamienną i kostną od zwierząt można wykorzystać do wytworzenia „superfosfatu” - fosforanu monowapniowego - w reakcji: Ca 3 (PO 4 ) 2 + 2H 2SO 4 -> 2 CaSOsub> 4 + Ca (H 2 PO 4 ) 2 . Kwas siarkowy i amoniak można również łączyć, otrzymując sól siarczan amonu: 2NH 3 + H 2SO 4 -> (NH 4 ) 2SO 4 . Sól ta jest ważnym nawozem, działającym zarówno jako źródło azotu, jak i siarki, i pomagając obniżyć pH gleb alkalicznych.
Kolejne połączenie między amoniakiem i kwasem siarkowym dotyczy przemysłu materiałów wybuchowych. Prawie wszystkie handlowe i wojskowe materiały wybuchowe to nitrowane związki organiczne, takie jak trinitrotoluen (TNT). Proces nitrowania obejmuje zastąpienie grup hydroksylowych (OH) w związku organicznym grupami nitro (NO 2 ) i zwykle jest przeprowadzany przez traktowanie związku mieszaniną kwasów azotowego i siarkowego. Ta mieszanina dostarcza jony nitronium (NO 2 + ) do procesu nitrowania. Amoniak jest głównym surowcem wykorzystywanym do produkcji kwasu azotowego.
Amoniak i kwas siarkowy znajdują się również jako zanieczyszczenia w atmosferze. Kwas siarkowy pochodzi z naturalnego utleniania dwutlenku siarki wytwarzanego przez spalanie paliw kopalnych i aktywność wulkaniczną. Amoniak pochodzi z rozpadu materiałów organicznych zawierających azot. Oba mogą łączyć się w atmosferze, aby wytworzyć cząstki siarczanu amonu w tej samej reakcji, co w przemysłowej produkcji tego związku, lub w celu wytworzenia wodorosiarczanu amonu - znanego również jako wodorosiarczan amonu - w reakcji NH 3 + H 2 SO 4 - > (NH 4 ) HSO 4 . Związki te są bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie i dlatego mają tendencję do absorbowania atmosferycznej pary wodnej, powodując, że działają one jak jądra kondensacji; wraz z innymi cząstkami w atmosferze, naturalnymi i wytworzonymi przez człowieka, uważa się je za ważny czynnik w tworzeniu się chmur.