كبريتات الأمونيوم – (NH4)2SO4

في الكيمياء تعد مادة كبريتات الأمونيوم عبارة عن مادة صلبة بيضاء عديمة الرائحة، تمتلك الصيغة الكيميائية التالية (2(NH4)SO)، كما أن مركب كبريتات الأمونيوم عبارة عن ملح كبريتات غير عضوي يتم الحصول عليه من خلال التفاعل الذي يتم بين كلا من حمض الكبريتيك مع مكافئين من الأمونيا.

كبريتات الأمونيوم

كبريتات الأمونيوم هي عبارة عن مادة صلبة بيضاء عالية الانصهار إذ أنها تتحلل فوق درجة حرارة 280 درجة مئوية، كما وأنها شديدة الذوبان في الماء، حيث تذوب بمقدار 70.6 جم لكل 100 جم ماء عند درجة حرارة 0، وتذوب بمقدار 103.8 جم لكل 100 جم ماء عند 100، كما أنها تستخدم على نطاق واسع كسماد للتربة القلوية.

مركب كبريتات الأمونيوم (2(NH4)SO4) هو عبارة عن منتج يتم تصنيعه على نطاق واسع ويستخدم بشكل أساسي كسماد نيتروجين في الزراعة، وبالإضافة إلى ذلك هناك العديد من التطبيقات المتخصصة الأخرى، على سبيل المثال كمادة مضافة للغذاء ومعالجة مياه الشرب.

2(NH4)SO4 أو (AMSUL) كان أحد أول الأسمدة النيتروجينية (N) وأكثرها استخدامًا لإنتاج المحاصيل، إنه الآن أقل شيوعًا ولكنه ذو قيمة خاصة عندما يكون كل من النيتروجين (N) والكبريت (S) مطلوبين، كما وتوفر قابليته العالية للذوبان تنوعًا في عدد من التطبيقات الزراعية.

لقد تم إنتاج مركب كبريتات الأمونيوم لأكثر من 150 عامًا، في البداية لقد تم تصنيعه من الأمونيا التي تم إطلاقها أثناء تصنيع غاز الفحم (المستخدم لإضاءة المدن) أو من فحم الكوك المستخدم في إنتاج الصلب، واليوم يصنعه المصنعون عن طريق تفاعل حامض الكبريتيك مع الأمونيا المسخنة.

من أجل الحصول على الحجم البلوري الأنسب للتطبيق، فإنه يتم التحكم في ظروف التفاعل عن طريق عملية الغربلة والتجفيف (مثل أجهزة الطرد المركزي والمجففات) حتى الوصول إلى الحجم المطلوب، بعض المواد مطلية بمكيف لتقليل الغبار والتكتل.

صناعيا يتم الحصول على مادة كبريتات الأمونيوم عن طريق تفاعل مادة الأمونيا الغازية مع حمض الكبريتيك، وفي هذا التطبيق أيضًا تعد عملية معالجة “نفايات حمض الكبريتيك” من عمليات الإنتاج سببًا لبناء مصانع كبريتات الأمونيوم أكثر من الطلب العالمي على كبريتات الأمونيوم، وبسبب عمليات التبديد التي لا يمكن تجنبها أثناء التفاعل السريع يكون المنتج من بلورات التفاعل أدق بشكل ملحوظ وبالتالي أرخص من المنتج عالي الجودة من بلورات (DTB).

كبريتات الأمونيوم (2(NH4)SO4) هو عبارة عن ملح غير عضوي يمتلك العديد من الاستخدامات التجارية، علما أن الاستخدام الأكثر شيوعًا هو كسماد للتربة، ويحتوي على نسبة 21٪ من النيتروجين مثل كاتيونات الأمونيوم ونسبة 24٪ كبريت كأنيونات كبريتات، إن الغرض من الكبريتات في الأسمدة هو من أجل تقليل درجة حموضة التربة.

يستعمل مركب كبريتات الأمونيوم بشكل شائع كسماد اصطناعي للتربة القلوية، وفي التربة يتم إطلاق أيون الكبريتات ويعمل على تشكل حمض الكبريتيك مما يقلل من توازن درجة الحموضة في التربة (مثل مركبات الكبريتات الأخرى مثل كبريتات الألومنيوم)، بينما يساهم في النيتروجين الأساسي لنمو النبات.

بالإضافة إلى ذلك فإنه يعمل على ربط كاتيونات الحديد والكالسيوم الموجودة في كل من مياه الآبار والخلايا النباتية، حيث أنه فعال بشكل خاص كمساعد لمبيدات الأعشاب (2،4-D) (أمين) والجليفوسات والغلوفوسينات.

في الكيمياء الحيوية، تعتبر عملية ترسيب مركب كبريتات الأمونيوم طريقة شائعة من أجل تنقية البروتينات عن طريق عملية الترسيب، وعلى هذا النحو لقد تم إدراج مادة كبريتات الأمونيوم أيضًا كمكون في العديد من اللقاحات المستخدمة في الولايات المتحدة وفقًا لمراكز السيطرة على الأمراض والوقاية منها (CDC).

كبريتات الأمونيوم مركب يدخل كمضافات غذائية مثل منظم الأحماض (E517) حيث تعتبر من المواد المعترف بها عمومًا على أنها آمنة (GRAS) من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية وفي الاتحاد الأوروبي، ولقد تم تعيينها بواسطة E رقم (E517)، كما ويتم استخدامه كمنظم الحموضة في الدقيق والخبز.

إن مادة كبريتات الأمونيوم غير خطرة على الإنسان، كما وتعرف أيضا باسم كبريتات ديامونيوم أو ملح حمض ثنائي الأمونيوم حامض الكبريتيك، علما أنها مادة ليست لها رائحة وتذوب في الماء بسهولة، بينما أنها لا تذوب في الأسيتون، ويظهر المركب على شكل بلوري أبيض صلب ويمتلك طعم مالح.

البيانات الكيميائية لكبريتات الأمونيوم – 2(NH4)SO4

تتحلل مادة كبريتات الأمونيوم عند التسخين فوق 250 درجة مئوية مكونة مادة ثنائي كبريتات الأمونيوم، حيث يؤدي التسخين عند درجات حرارة أعلى إلى التحلل إلى الأمونيا والنيتروجين وثاني أكسيد الكبريت والماء.

(NH4)2SO4 → (NH4)HSO4 + NH3

تحضير كبريتات الأمونيوم

تتواجد مادة كبريتات الأمونيوم بشكل طبيعي من المسكنيت المعدني في الفومارول البركاني وبسبب حرائق الفحم في بعض المقالب، حيث تتشكل هذه المادة عن طريق إضافة الجبس المقسم بدقة إلى محلول كربونات الأمونيوم كما في المعادلة التالية:

(NH4) 2CO3 + CaSO4 → (NH4)2SO4 + CaCO3

كما وتتشكل كبريتات الأمونيوم أيضًا عن طريق عملية معالجة الأمونيا بحمض الكبريتيك، كما في المعادلة التالية:

2 NH3 + H2SO4 → (NH4) 2SO4

استخدامات كبريتات الأمونيوم

1. يتم استخدامه في التجزئة الكيميائية للبروتينات.
2. يتم استخدامه كمضافات غذائية.
3. يتم استخدامه كمثبط للهب.
4. يتم استخدامه في ترسيب الأمونيوم لكل كبريتات وأملاح الأمونيوم الأخرى.
5. يتم استخدامه كلقاح من أجل السيطرة على الأمراض المختلفة.
6. يتم استخدامه كمادة مضافة للتنظيف.
7. يتم استخدامه كوحدة تحكم في الأس الهيدروجيني للمحاليل.
8. يتم استخدامه في لوحة الحائط كمادة ملزمة.
9. يتم استخدامه في دباغة الجلود.
10. يستخدم في الطب لأنه آمن للاستهلاك.
11. يتم استخدامه كمكيف للعجين في منتجات الخبز.
12. يتم استخدامه في الصناعات النسيجية.

إنتاج كبريتات الأمونيوم

لقد تم إنتاج مادة كبريتات الأمونيوم (التي يشار إليها أحيانًا باسم AS أو AMS) لأكثر من 150 سنة، وفي البداية لقد تم تصنيعه من الأمونيا التي تم إطلاقها أثناء تصنيع غاز الفحم (تستخدم لإضاءة المدن) أو من فحم الكوك المستخدم في إنتاج الصلب، وهي مصنوعة من تفاعل حامض الكبريتيك والأمونيا المسخنة.

كما ويتم تحديد حجم البلورات الناتجة من خلال التحكم في ظروف التفاعل، وعندما يتحقق الحجم المطلوب، البلورات يتم تجفيفها وغربلتها حسب أحجام الجسيمات المحددة، وهناك بعض المواد مطلية بالبلسم لتقليل الغبار والتكتل، كما ويتم تلبية معظم الطلب الحالي على كبريتات الأمونيوم من خلال الإنتاج من المنتجات الثانوية لمختلف الصناعات.

على سبيل المثال، مادة كبريتات الأمونيوم عبارة عن منتج مشترك في عملية تصنيع النايلون، بعض المنتجات الثانوية التي تحتوي على الأمونيا أو مستهلكة يتم تحويل حامض الكبريتيك عادة إلى كبريتات الأمونيوم لاستخدامها في الزراعة، وعلى الرغم من أن اللون يمكن أن يتراوح من الأبيض إلى البيج، ولكن يباع باستمرار على أنه بلور عالي الذوبان وله خصائص تخزين ممتازة، ويمكن أن يختلف حجم الجسيمات حسب الغرض المقصود.

الاستخدام الزراعي لكبريتات الأمونيوم

تستخدم هذه المادة عند الحاجة إلى مكملات النيتروجين والكبريت لتلبية المتطلبات الغذائية للنباتات النامية، ونظرًا لاحتوائه على 21٪ N فقط فهناك مصادر سماد أخرى أكثر تركيزًا واقتصادية في المناولة والنقل، ومع ذلك فإنه يوفر مصدر S ممتاز له العديد من الوظائف الأساسية في النباتات بما في ذلك تخليق البروتين، ونظرًا لوجود جزء النيتروجين في شكل الأمونيوم، يتم استخدام كبريتات الأمونيوم بشكل متكرر في التربة المغمورة لإنتاج الأرز حيث تكون الأسمدة القائمة على النترات خيارًا سيئًا بسبب فقد نزع النتروجين.

عادة فإنه يتم وضع محاليل تتضمن كبريتات الأمونيوم المذابة في بخاخ مبيد الأعشاب حتى يتم العمل على تحسين الفعالية في مكافحة الحشائش الضارة، وتكون هذه العملية فعالة بشكل كبير عند ما تحتوي إمدادات المياه على تراكيز عالية من معدن الكالسيوم أو معدن المغنيسيوم أو معدن الصوديوم.