NH3 (Amoniac) là gì? Tổng quan từ A-Z về Tính chất, Sản xuất và Ứng dụng

Bạn đang tìm hiểu về NH₃? Amoniac (NH₃) là một trong những hợp chất vô cơ quan trọng bậc nhất trong sản xuất công nghiệp và đời sống. Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan, chi tiết và dễ hiểu nhất về Amoniac, từ cấu trúc phân tử đến các ứng dụng thiết thực.

Amoniac là một hợp chất hóa học gồm một nguyên tử nitơ (N) liên kết cộng hóa trị với ba nguyên tử hydro (H). Ở điều kiện tiêu chuẩn, nó tồn tại ở dạng chất khí không màu, có mùi hắc đặc trưng rất dễ nhận biết.

Tính chất Vật lý Nổi bật của Amoniac

Amoniac là khí không màu, nhẹ hơn không khí, mùi hắc đặc trưng, tan vô hạn trong nước do tạo liên kết hydro mạnh và rất dễ hóa lỏng dưới áp suất ở nhiệt độ -33,34°C.

Các đặc tính vật lý của Amoniac quyết định rất lớn đến cách thức lưu trữ, vận chuyển và ứng dụng của nó. Dưới đây là các thông số chi tiết:

• Nhiệt độ sôi: -33,34°C. Điều này có nghĩa là NH₃ rất dễ hóa lỏng khi bị nén dưới áp suất, thuận lợi cho việc vận chuyển trong các bồn chứa chuyên dụng.
• Mật độ: 0,682 g/L (ở điều kiện tiêu chuẩn), nhẹ hơn không khí đáng kể. Do đó, khi rò rỉ, khí amoniac có xu hướng bay lên cao.
• Độ tan: Amoniac có độ tan gần như vô hạn trong nước. Ở 0°C, 1 lít nước có thể hòa tan gần 900 lít khí NH₃. Quá trình hòa tan này tỏa ra nhiều nhiệt và tạo thành một dung dịch bazơ yếu.
• Liên kết Hydro: Phân tử NH₃ phân cực mạnh do cặp electron tự do trên nguyên tử Nitơ, giúp nó dễ dàng tạo liên kết hydro với các phân tử nước, giải thích cho khả năng tan tốt của nó.

Tính chất Hóa học của Amoniac (NH₃)

Amoniac có hai tính chất hóa học chính: tính bazơ yếu (phản ứng với nước và axit, làm xanh quỳ tím) và tính khử (phản ứng với oxy ở nhiệt độ cao để tạo ra các oxit của nitơ).

1. Tính bazơ yếu

Khi tan trong nước, một phần nhỏ các phân tử NH₃ phản ứng với nước tạo thành ion amoni (NH₄⁺) và hydroxide (OH⁻), làm cho dung dịch có tính kiềm. Phản ứng này được thể hiện qua phương trình cân bằng hóa học:

NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻

Do tính bazơ, dung dịch amoniac làm giấy quỳ tím ẩm chuyển sang màu xanh và dung dịch phenolphtalein không màu chuyển thành màu hồng.

2. Phản ứng với axit

Amoniac dễ dàng phản ứng với các axit để tạo thành muối amoni. Ví dụ kinh điển là phản ứng với axit clohidric (HCl) tạo ra khói trắng amoni clorua (NH₄Cl).

NH₃ (khí) + HCl (khí) ⟶ NH₄Cl (rắn)

3. Phản ứng oxy hóa (Tính khử)

Amoniac có thể bị oxy hóa bởi oxy để tạo ra nitơ và nước, hoặc nitơ oxit tùy thuộc vào điều kiện phản ứng. Đây là phản ứng nền tảng để sản xuất axit nitric (HNO₃) trong công nghiệp.

4NH₃ + 5O₂ ⟶ 4NO + 6H₂O (xúc tác Pt, 850–900°C)

Phương pháp Sản xuất và Điều chế Amoniac

Trả lời ngắn: Trong công nghiệp, Amoniac được sản xuất chủ yếu qua quy trình Haber-Bosch từ N₂ và H₂. Trong phòng thí nghiệm, nó được điều chế bằng cách đun nóng muối amoni với một bazơ mạnh như NaOH.

1. Trong công nghiệp (Quy trình Haber-Bosch)

Đây là phương pháp chính, sản xuất hơn 235 triệu tấn amoniac trên toàn cầu mỗi năm (số liệu ước tính năm 2024). Quy trình tổng hợp amoniac từ khí nitơ và hydro dưới điều kiện áp suất cao (150-350 atm), nhiệt độ (400-500°C) và chất xúc tác (sắt).

N₂ (khí) + 3H₂ (khí) ⇌ 2NH₃ (khí)

2. Trong phòng thí nghiệm

Amoniac được điều chế bằng cách đun nóng muối amoni với một bazơ mạnh như Natri hydroxit (NaOH) hoặc Canxi hydroxit.

(NH₄)₂SO₄ + 2NaOH ⟶ 2NH₃ + Na₂SO₄ + 2H₂O

Ứng dụng Quan trọng của Amoniac trong Thực tiễn

Ứng dụng lớn nhất của Amoniac là sản xuất phân bón (chiếm hơn 80% sản lượng). Các ứng dụng quan trọng khác bao gồm làm chất làm lạnh công nghiệp, sản xuất hóa chất (axit nitric), và làm chất tẩy rửa.

Sản lượng amoniac khổng lồ trên thế giới phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp thiết yếu. Dưới đây là bảng tóm tắt các ứng dụng chính:

Ngoài ra, NH₃ còn được dùng trong xử lý nước thải, sản xuất nhiên liệu tên lửa và là một nguồn năng lượng tái tạo tiềm năng (nhiên liệu hydro xanh).

An toàn và Xử lý Sự cố với Amoniac

Amoniac là hóa chất độc và ăn mòn, yêu cầu trang bị bảo hộ đầy đủ (kính, găng tay), làm việc nơi thông thoáng. Khi rò rỉ, cần sơ tán ngược chiều gió và dùng nước phun sương để hấp thụ.

Amoniac là một hóa chất nguy hiểm, đòi hỏi sự cẩn trọng cao độ khi làm việc.

• Mức độ nguy hại: Khí NH₃ có độc tính cao, nồng độ IDLH (Nguy hiểm ngay lập tức đến tính mạng hoặc sức khỏe) là 300 ppm. Hít phải nồng độ cao có thể gây phù phổi, bỏng đường hô hấp nghiêm trọng.
• Giới hạn phơi nhiễm: Theo OSHA (Mỹ), giới hạn cho phép là 50 ppm trong 8 giờ làm việc.
• Biện pháp xử lý: Luôn trang bị đầy đủ đồ bảo hộ cá nhân (kính, găng tay chống hóa chất). Làm việc ở khu vực thông gió tốt. Trong trường hợp rò rỉ, cần sơ tán khỏi khu vực ngược chiều gió. Sử dụng vòi phun nước dạng sương để hấp thụ khí amoniac.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Phân biệt giữa Amoniac (NH₃) và Amoni (NH₄⁺)?

Amoniac (NH₃) là một phân tử khí trung hòa, trong khi Amoni (NH₄⁺) là một ion mang điện tích dương, thường tồn tại trong dung dịch hoặc muối.

NH₃ là axit hay bazơ?

NH₃ là một bazơ yếu vì nó có khả năng nhận proton (H⁺) từ các chất khác, điển hình là nước.

Làm thế nào để phát hiện rò rỉ amoniac?

Có thể phát hiện qua mùi hắc đặc trưng của nó, hoặc dùng giấy quỳ tím ẩm (sẽ hóa xanh khi tiếp xúc với khí amoniac).

Nếu bạn đang tìm kiếm một địa chỉ uy tín để mua các loại hóa chất công nghiệp và dung môi, hãy ghé thăm cửa hàng hóa chất gần đây của chúng tôi để được tư vấn và nhận báo giá tốt nhất.