Ammoniak

Ammoniak is een anorganische verbinding van stikstof en waterstof met als brutoformule NH3. De structuur van de verbinding is niet vlak, maar neemt als gevolg van het vrij elektronenpaar op stikstof een trigonaal piramidale moleculaire geometrie aan. Het molecuul is uitgesproken polair. In het menselijk lichaam wordt door afbraak van eiwitten de overmaat aan stikstof uit het lichaam via de nieren afgevoerd in de vorm van ureum. In de lever wordt als tussenproduct het toxische ammoniak gevormd.

Ammoniak
Structuurformule en molecuulmodel
Structuurformule van ammoniak
Molecuulmodel van ammoniak
Vloeibare ammoniak in een drukhouder.
Algemeen
Molecuulformule
     (uitleg)		NH3
IUPAC-naamammoniak
Molmassa17,03052 g/mol
SMILES
N
InChI
1/H3N/h1H3
CAS-nummer7664-41-7
EG-nummer231-635-3
PubChem222
BeschrijvingKleurloos gas met kenmerkende zeer sterke geur
Waarschuwingen en veiligheidsmaatregelen
Gevaar
H-zinnenH221 - H280 - H314 - H331 - H400
EUH-zinnengeen
P-zinnenP210 - P261 - P273 - P280 - P305+P351+P338 - P310
EG-Index-nummer007-001-00-5
VN-nummer1005[1]
ADR-klasseGevarenklasse 2.3
MAC-waarde20 ppm (14 mg/m³)[1]
LD50 (ratten)4000 mg/kg
Fysische eigenschappen
Aggregatietoestandgas
Kleurkleurloos
Dichtheid0,717·10−3 [2] g/cm³
Smeltpunt−78[1] °C
Kookpunt−33[1] °C
Vlampunt132[1] °C
Dampdruk(bij 20 °C) 860 × 103 Pa
Goed oplosbaar inwater[1]
Waar mogelijk zijn SI-eenheden gebruikt. Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal    Scheikunde

Ammoniak is bij kamertemperatuur een kleurloos, giftig en brandbaar gas met een karakteristieke, sterk prikkelende geur. Het gas is in zeer grote hoeveelheden (tot wel 33 massa%) in water oplosbaar:[3]

Deze oplossing staat bekend als ammonia en is basisch. De oplosreactie in water is eveneens een schoolvoorbeeld van een zuur-basereactie.

Synthese

Ammoniak wordt in grote fabrieken gemaakt door hydrogenering van stikstof uit de lucht onder hoge druk met hulp van een katalysator (Haber-Boschproces).

De ontwikkeling van deze katalysator vond plaats voordat er begrip over de werking van katalysatoren en de invloed op reacties bestond. Destijds (rond 1910) bestond de enige manier erin om duizenden verschillende stoffen te proberen en te kijken welke stof de beste katalysator vormde. De meest geschikte katalysator bleek magnetiet (ijzeroxide) te zijn.

Ammoniak wordt ook uitgescheiden als eindproduct van de eiwitvertering door sommige in water levende dieren. Uit gewone, natuurlijke mest komt ook ammoniak vrij. Vooral de hydrolyse van ureum is verantwoordelijk voor de vorming van ammoniak. Het is met name deze ammoniak die milieuproblemen oplevert:

Toepassingen

Verdunde ammoniakoplossingen worden ammonia genoemd. Deze oplossingen worden wel als schoonmaakmiddel gebruikt, bijvoorbeeld om verf af te nemen voordat er opnieuw geschilderd wordt. Vet lost namelijk goed op in de ammoniakoplossing. Daarbij is goede ventilatie essentieel. Omdat de oplosbaarheid afneemt naarmate de temperatuur toeneemt, is het niet verstandig ammonia te verhitten omdat dan het merendeel van het ammoniak uit de oplossing vrij zal komen.

Ook wordt ammoniak gebruikt als koelmiddel in (grotere) koelinstallaties. Bovendien is ammoniakgas een belangrijk halffabricaat voor de productie van kunstmest.

Cocaïnegebruikers gebruiken ammoniak om de cocaïne op te koken tot crack, waarna de opgekookte cocaïne kan worden gerookt.

Ammoniak wordt, net als methanol, tevens beschouwd als een mogelijk opslagmiddel voor waterstof: zuivere waterstof kan alleen onder extreme omstandigheden opgeslagen worden (zeer hoge druk of cryogeen, -257°Celsius). De opslag van ammoniak in vloeibare vorm daarentegen is vergelijkbaar met lpg.

Vloeibare ammoniak als oplosmiddel

Omdat het kookpunt bij −33°C ligt is het niet moeilijk om met vloeibaar ammoniak te werken, hetzij bij lagere temperaturen of wat hogere drukken. Als vloeistof heeft ammoniak op water gelijkende eigenschappen omdat het molecuul een dipool heeft en ook deze moleculen onderling waterstofbruggen vormen. Toch zijn er een aantal opmerkelijke verschillen in de oplosbaarheid van verschillende stoffen tussen water en ammoniak. Alkalimetalen zoals natrium en kalium lossen gemakkelijk op en geven karakteristieke blauwe oplossingen waaruit het metaal weer te herwinnen is door verdamping van het oplosmiddel. Met water reageren deze metalen heftig. Een oplossing van lithium of natrium in vloeibare ammoniak wordt in de organische synthese gebruikt als reductor, zoals in de Birch-reductie. Bij deze reactie spelen de door ammoniak gesolvateerde elektronen een centrale rol.

Vrijwel alle fluoriden zijn onoplosbaar, maar jodiden lossen vaak goed op, zelfs bijvoorbeeld zilverjodide. Ook perchloraten, nitraten, thiocyanaten, cyaniden en nitrieten zijn meestal oplosbaar. Daarentegen zijn carbonaten, oxalaten, sulfaten, sulfieten, sulfiden, arsenaten, fosfaten, hydroxiden en oxiden in de regel onoplosbaar.[4]

Brandstof

Ammoniak is onder juiste omstandigheden bruikbaar als (motor)brandstof en levert daarbij geen CO2 of stikstofoxiden:

Ook kan ammoniak gebruikt worden in een SOFC-brandstofcel.

Hoewel de omzetting energetisch niet optimaal is (het kost alles bij elkaar een stuk meer energie om ammoniak te maken dan het bij verbranding oplevert) kan de productie van ammoniak een bijzonder nuttig gebruik van op dat moment niet verbruikbare elektrische energie zijn.[5]

Milieueffecten

Ammoniak speelt in het milieu een dubbelrol. Enerzijds is ammoniak (NH3) opgelost in water basisch en wordt het in de lucht in regendruppels of mist omgezet in ammoniumionen (NH4+), waarbij zuur wordt geneutraliseerd. Een deel van het zwavelzuur en salpeterzuur dat in de lucht aanwezig is wordt op deze wijze door ammoniak geneutraliseerd. Anderzijds kunnen ammoniak en ook ammoniumionen, eenmaal neergeslagen op de bodem, door bacteriën worden omgezet in salpeterzuur dat aan de verzuring juist weer bijdraagt.

Het nettoresultaat van deze twee processen blijkt verzuring (toename van H+) van de bodem op te leveren. In Nederland is ongeveer 30% van de verzuring van het milieu een gevolg van ammoniak.[6]

Ammoniak leidt ook tot vermesting of eutrofiëring. Ammoniak, kan net als door het lozen van afvalwater met een teveel aan nitraat en fosfaat, in het oppervlaktewater een overmaat aan voedingsstoffen veroorzaken. De algengroei in het water kan explosief toenemen wat aan het einde van het groeiseizoen als de algen afsterven en gaan rotten weer tot hypoxie - het ontbreken van zuurstof - kan leiden. Aangezien algen alleen maar overdag zuurstof produceren en in het donker juist zuurstof verbruiken, kan deze situatie al optreden als te veel algen 's nachts al het zuurstof aan het oppervlaktewater onttrekken. Deze eutrofiëring vindt ook plaats op het land. Planten die goed gedijen op mestrijke gronden, zoals brandnetels, krijgen de overhand terwijl planten die op schrale gronden groeien verdwijnen. Tot slot kan het uit ammoniak ontstane nitraat het grondwater vervuilen. De huidige overmaat aan ammoniak in het milieu is voor 90 procent uit de agrarische sector (landbouw en veeteelt) afkomstig. De ammoniak ontsnapt uit de stallen of komt in de lucht terecht na bemesting van het land (emissie). Via de lucht komt het ammoniak in de bodem of het water terecht (depositie). Het effect van ammoniakuitstoot op de natuur kan onder andere worden gemeten aan de hand van de mate van aanwezigheid van bepaalde korstmossen.

Verzuring

Ammoniak opgelost in water (ammonia) is basisch. Echter, ten gevolge van (langzame) oxidatie door de lucht wordt ammoniak omgezet in stikstofmonoxide. Het ontstane stikstofmonoxide wordt met behulp van zuurstof en water omgezet in salpeterzuur; er ontstaat zure regen die de bodem verzuurt.

Een andere bron van verzuring en van eutrofiëring is de uitstoot van SO2 en NOx. NOx ontstaat als gevolg van een evenwichtsreactie tussen luchtstikstof (N2) en zuurstof (O2) tot NO2 als gevolg van de hoge temperatuur bij verbrandingsgassen zoals in verwarmingsketels en verbrandingsmotoren.

Situatie in Nederland

Sinds eind twintigste eeuw heeft de zich steeds meer tot industriële bedrijfstak ontwikkelende veehouderij in Nederland op aandringen van de rijksoverheid inspanningen geleverd om de milieubelasting door onder andere ammoniak terug te dringen. Zo is er de verplichting gekomen lucht te zuiveren voor ze de stal verlaat en wordt drijfmest alleen nog geïnjecteerd in de bodem. Ook door het gebruik van speciale mestsilo's wordt de uitstoot beperkt. Tussen 1990 tot 2015 is de ammoniakuitstoot uit de agrarische sector dankzij dergelijke voorgeschreven maatregelen met 68 procent gedaald.[7] Ondernemers met een bedrijf dat dicht bij een kwetsbaar gebied ligt, worden met financiële middelen gestimuleerd hun bedrijf te verplaatsen. Ook is er een beleid dat vestiging van bedrijven alleen nog toestaat in aangewezen concentratiegebieden. De vermindering lijkt echter in de eenentwintigste eeuw te stagneren. Volgens onderzoek is de stikstof-uitstoot niet verder afgenomen.[8]

Zie ook
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.