Vad är kopplingen mellan ammoniak och svavelsyra?
Ammoniak och svavelsyra är två av de mest använda kemikalierna och tillverkas i enorma mängder över hela världen. Båda har olika användningsområden, men den största kopplingen mellan ammoniak och svavelsyra beror på deras användning i gödningsindustrin. Ammoniak används för produktion av ett antal gödselmedel, såsom urea, ammoniumsulfat, ammoniumnitrat och indirekt andra nitratgödselmedel. Svavelsyra används vid tillverkning av "superfosfat" -gödselmedel och ammoniumsulfat, tillverkat genom att kombinera det med ammoniak.
Den industriella produktionen av ammoniak (NH3) genomförs mestadels genom Haber-Bosch-processen, varigenom väte och kväve kombineras direkt genom uppvärmning under tryck med en katalysator - vanligtvis en blandning av järnoxider. De flesta ammoniak används för produktion av gödselmedel. Den katalytiska oxidationen av ammoniak till kvävedioxid (NO 2 ) är numera den huvudsakliga industriella processen för tillverkning av salpetersyra, som används vid produktion av nitratgödselmedel som ammonium, natrium och kaliumnitrat. Termen "ammoniak" hänvisar strängt till den rena föreningen, som är en gas vid rumstemperatur; men termen används ofta för att hänvisa till en lösning av ammoniakgas i vatten.
Det finns två huvudprocesser för industriell produktion av svavelsyra. Den första som introduceras involverar oxidation av svaveldioxid - producerad genom förbränning av svavel eller uppvärmning av svavelhaltiga mineraler - med kvävedioxid (NO 2 ) genom reaktionen: SO 2 + NO 2 -> SO 3 + NO. Den kväveoxid (NO) som produceras genom reaktionen oxideras tillbaka till NO 2 vid kontakt med luft och kan sålunda återvinnas.
Ammoniak är källan till NO 2 för denna reaktion, som produceras genom katalytisk oxidation enligt salpetersyraproduktionsprocessen. Svaveltrioxiden kombineras sedan med vatten för att producera svavelsyra. Större delen av svavelsyran som tillverkas idag kommer emellertid från oxidation av svaveldioxid i luft med hjälp av en vanadinpentoxidkatalysator.
Liksom ammoniak är en av de viktigaste användningarna av svavelsyra i produktionen av gödselmedel. Fosfatberg och benmjöl från djur kan användas för att producera "superfosfat" - monokalciumfosfat - genom reaktionen: Ca 3 (PO 4 ) 2 + 2H 2 SO 4 -> 2CaSOsub> 4 + Ca (H 2 PO 4 ) 2 . Svavelsyra och ammoniak kan också kombineras för att ge saltet ammoniumsulfat: 2NH3 + H2S04 -> (NH4) 2SO4. Detta salt är ett viktigt gödselmedel som fungerar som en källa till både kväve och svavel och hjälper till att sänka pH-värdet för alkaliska jordar.
En annan koppling mellan ammoniak och svavelsyra är i explosionsindustrin. Nästan alla kommersiella och militära sprängämnen är nitrerade organiska föreningar, såsom trinitrotoluen (TNT). Nitreringsprocessen involverar ersättning av hydroxylgrupper (OH) i den organiska föreningen med nitro (NO2) -grupper och utförs vanligtvis genom behandling av föreningen med en blandning av salpetersyra och svavelsyror. Denna blandning tillhandahåller nitroniumjonerna (NO 2 + ) för nitreringsprocessen. Ammoniak är det viktigaste råvaran som används vid produktion av salpetersyra.
Ammoniak och svavelsyra finns också som föroreningar i atmosfären. Svavelsyra kommer från den naturliga oxidationen av svaveldioxid som produceras genom förbränning av fossila bränslen och genom vulkanisk aktivitet. Ammoniak kommer från sönderfallet av kväveinnehållande organiska material. De två kan kombineras i atmosfären för att producera partiklar av ammoniumsulfat genom samma reaktion som vid industriell produktion av denna förening, eller för att producera ammoniumvätesulfat - även känd som ammoniumbisulfat - genom reaktionen NH 3 + H2SO4 - > (NH4) HSO 4 . Dessa föreningar är mycket lösliga i vatten och tenderar sålunda att absorbera atmosfärisk vattenånga, vilket får dem att fungera som kondensationskärnor; tillsammans med andra partikelformiga föreningar i atmosfären, naturliga och konstgjorda, anses de vara en viktig faktor i molnbildningen.