Ammoniak
Ammoniak (chemische formule: NH₃, systematische naam: azaan) is een kleurloos gas met een scherpe, priemende geur. Het behoort tot de meest geproduceerde industriële chemicaliën ter wereld.
Fysische Eigenschappen
| Eigenschap | Waarde |
|---|---|
| Molaire massa | 17,031 g/mol |
| Kookpunt | −33,34 °C |
| Smeltpunt | −77,73 °C |
| Dichtheid (gas bij STP) | 0,769 kg/m³ |
| Dichtheid (vloeibaar, −33 °C) | 0,682 g/cm³ |
| Molecuulvorm | Trigonaal pyramidaal |
| Bindingshoek | 106,7° |
Ammoniak is lichter dan lucht en goed oplosbaar in water. De geur is al waarneembaar bij concentraties vanaf 5 ppm.
Geschiedenis
Ammoniak werd in 1756 voor het eerst geïsoleerd door de Schotse arts Joseph Black. In 1785 bepaalde de Franse scheikundige Claude Louis Berthollet de chemische samenstelling ervan.
De belangrijkste doorbraak in de ammoniakchemie vond plaats in 1909, toen de Duitse chemicus Fritz Haber en ingenieur Robert Le Rossignol een procédé demonstreerden voor de synthese van ammoniak uit atmosferische stikstof en waterstof. Dit proces werd op industriële schaal ontwikkeld door Carl Bosch bij BASF en staat sindsdien bekend als het Haber-Bosch-proces. Fritz Haber ontving hiervoor in 1918 de Nobelprijs voor Scheikunde.
Productie
De wereldwijde ammoniakproductie bedroeg in 2021 circa 235 miljoen ton, waarmee het tot de industrieel grootste volumeproducten behoort.
Haber-Bosch-proces
De dominante industriële methode combineert stikstof (N₂) uit de lucht met waterstof (H₂), grotendeels afkomstig uit aardgas, onder hoge druk en temperatuur met een ijzeren katalysator:
N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃
Biologische stikstoffixatie
Bepaalde bacteriën en archaea zetten atmosferische stikstof op natuurlijke wijze om in ammoniak. Dit biologische proces is een essentieel onderdeel van de stikstofkringloop en vormt de basis van bodemvruchtbaarheid.
Toepassingen
Kunstmest
Circa 88% van de ammoniakproductie wordt gebruikt in de landbouw, voornamelijk als grondstof voor stikstofmeststoffen zoals ureum, ammoniumnitraat en ammoniumsulfaat. Het Haber-Bosch-proces draagt daarmee direct bij aan de voedselvoorziening van een groot deel van de wereldbevolking.
Koeltechniek
Ammoniak (aangeduid als R-717) is een efficiënt koelmiddel dat breed wordt toegepast in industriële koelinstallaties, waaronder voedselopslag en koelketens.
Brandstof
Ammoniak wordt onderzocht en gebruikt als koolstofvrije brandstof voor de scheepvaart, luchtvaart en energieopwekking, vanwege het hoge waterstofgehalte en de bestaande productie-infrastructuur.
Overige toepassingen
- Schoonmaak- en huishoudproducten
- Antimicrobieel middel bij voedselverwerking
- Grondstof voor explosieven, kunststoffen, textiel en farmaceutica
Voorkomen in de natuur
Ammoniak komt van nature voor in het hele zonnestelsel. Op aarde komt het in de atmosfeer terecht via voornamelijk landbouwactiviteiten (~80%), verbranding van biomassa en natuurlijke bodememissies. Het is ook aangetroffen in de interstellaire ruimte.
Veiligheid
Ammoniak is giftig bij inademing en bijtend voor ogen, huid en luchtwegen.
| Drempelwaarde | Waarde |
|---|---|
| Geurdetectie | ~5 ppm |
| OSHA-grenswaarde (8 uur) | 25 ppm |
| NIOSH IDLH (onmiddellijk gevaarlijk) | 300 ppm |
| Letale concentratie | >500 ppm |
Ammoniak is sterk giftig voor waterorganismen, met name vissen en amfibieën. Bij zoogdieren voorkomen metabole processen normaal gesproken ophoping in de bloedbaan, maar leverfalen kan leiden tot gevaarlijk hoge ammoniakspiegels (hyperammoniëmie).