مفهوم الأمونيا وأهم تطبيقاتها

الأمونيا

في الكيمياء تعد الأمونيا (NH3) عبارة عن غاز عديم اللون برائحة مميزة ولاذع يتكون من عنصر النيتروجين وعنصر الهيدروجين، كما إنها تعد أبسط مركب ثابت لهذه العناصر ويعمل كمواد أولية لإنتاج العديد من مركبات النيتروجين المهمة تجاريًا، كما وتعد الأمونيا لبنة كيميائية ومكون رئيسي في تصنيع العديد من المنتجات التي يستخدمها الناس كل يوم.

تظهر الأمونيا بشكل سلس وطبيعي في كل المواقع البيئة سواء في الهواء أو التربة أو الماء وحتى في النباتات والحيوانات بالإضافة إلى البشر، إذ يصنع جسم الإنسان الأمونيا عندما يكسر الجسم الأطعمة التي تحتوي على البروتين إلى أحماض أمينية وأمونيا ثم يحول الأمونيا إلى يوريا.

تحضير الأمونيا

لقد تمت عملية صنع الأمونيا النقية في أول مرة من قبل عالم الفيزياء بريستلي في عام 1774 ميلادي، كما أنه لقد تم تحديد تركيبتها الدقيقة بواسطة الكيميائي الفرنسي كلود بيرثوليت في عام 1785 ميلادي، إذ تعد الأمونيا من بين أفضل خمس مواد كيميائية منتجة في الولايات المتحدة، أن الطريقة التجارية الأساسية من أجل إنتاج الأمونيا هي من خلال عملية هابر بوش والتي تتضمن التفاعل المباشر للهيدروجين العنصري والنيتروجين الأولي.

N₂ + 3H₂ → 2NH₃

يتطلب هذا التفاعل استخدام عامل مساعد عند ضغط مرتفع (100-1000 الغلاف الجوي) كما ويحتاج درجة حرارة مرتفعة (400-550 درجة مئوية [750-1020 درجة فهرنهايت])، وفي الواقع فإن التوازن بين العناصر والأمونيا يفضل تكوين الأمونيا عند درجة حرارة منخفضة ولكن درجة الحرارة المرتفعة مطلوبة لتحقيق معدل مرضٍ لتكوين الأمونيا.

من الممكن أن يتم استخدام عدة محفزات مختلفة، وعادة ما يكون المحفز هو الحديد المحتوي على أكسيد الحديد، ومع ذلك تم استخدام كل من أكسيد المغنيسيوم على أكسيد الألومنيوم الذي تم تنشيطه بواسطة أكاسيد الفلزات القلوية والروثينيوم على الكربون كمحفزات، وفي المختبر يتم تصنيع الأمونيا بشكل أفضل عن طريق التحلل المائي لنتريد المعدن.

Mg₃N₂ + 6H₂O → 2NH₃ + 3Mg(OH)₂

الخصائص الفيزيائية للأمونيا

• الأمونيا غاز عديم اللون ذو رائحة نفاذة حادة، كما أن نقطة غليانها هي -33.35 درجة مئوية (-28.03 درجة فهرنهايت) ونقطة تجمدها -77.7 درجة مئوية (-107.8 درجة فهرنهايت).

• تحتوي الأمونيا على حرارة مرتفعة من التبخر إذ تبلغ حوالي 23.3 كيلوجول لكل مول عند نقطة الغليان، كما ويمكن التعامل معه كسائل في حاويات معزولة حرارياً في المختبر، كما أن جزيء الأمونيا له شكل هرمي ثلاثي الزوايا مع ذرات الهيدروجين الثلاث وزوج من الإلكترونات غير المشترك متصل بـ ذرة النيتروجين.

• كما تعد الأمونيا عبارة عن جزيء قطبي كما وأنها ترتبط ارتباطًا وثيقًا بسبب الترابط الهيدروجيني القوي بين الجزيئات، أما بالنسبة لثابت العزل الكهربائي للأمونيا فهو أقل من ثابت الماء؛ لذلك فهو يعد مذيب أفضل للمواد العضوية، ومع ذلك فإنه لا يزال عاليا بما يكفي للسماح للأمونيا بالعمل كمذيب مؤين جيد إلى حد ما، علما أن الأمونيا تتأين ذاتيًا أيضًا على الرغم من أنها أقل من الماء.

-2NH₃ ⇌ NH₄⁺ + NH₂

التفاعل الكيميائي للأمونيا

• يستمر احتراق الأمونيا بصعوبة ولكنه ينتج غاز النيتروجين والماء.

4NH₃ + 3O₂ + الحرارة ← 2N₂ + 6H₂O

• ومع ذلك مع استخدام محفز وتحت ظروف درجة الحرارة الصحيحة تتفاعل الأمونيا مع الأكسجين لإنتاج أكسيد النيتريك NO الذي يتأكسد إلى ثاني أكسيد النيتروجين NO2، ويستخدم في التخليق الصناعي لحمض النيتريك.

• تذوب الأمونيا بسهولة في الماء مع تحرير الحرارة.

• تستخدم الأمونيا السائلة على نطاق واسع كمذيب غير مائي، كما تذوب المعادن القلوية وكذلك المعادن الأرضية القلوية الثقيلة وحتى بعض المعادن الانتقالية الداخلية في الأمونيا السائلة مما ينتج محاليل زرقاء، كما وتوفر القياسات الفيزيائية بما في ذلك دراسات التوصيل الكهربائي دليلاً على أن هذا اللون الأزرق والتيار الكهربائي ناتج عن الإلكترون المذاب.

• هذه المحاليل هي عبارة عن مصادر ممتازة للإلكترونات لتقليل الأنواع الكيميائية الأخرى، ومع زيادة تراكيز المعادن المذابة يصبح المحلول ذو لون أزرق غامق ثم يتحول في النهاية إلى محلول نحاسي اللون مع بريق معدني، كما وتنخفض الموصلية الكهربائية، وهناك دليل على أن الإلكترونات المنفردة تترابط من أجل تكوين أزواج إلكترونية، وتذوب معظم أملاح الأمونيوم بسهولة في الأمونيا السائلة.

استخدامات الأمونيا

الأمونيا في صناعة النسيج

تستخدم الأمونيا في صناعة الألياف الاصطناعية مثل النايلون والحرير الصناعي أيضا، بالإضافة إلى ذلك يتم استخدامها في صباغة وتنظيف القطن والصوف والحرير، كما وتعمل الأمونيا كعامل مساعد في إنتاج بعض الراتنجات الاصطناعية، والأهم من ذلك أنه يعمل على تحييد النواتج الثانوية الحمضية من أجل عملية تكرير البترول.

الأمونيا ودورها في سماد

الأمونيا هي عبارة عن عامل أساسي ومهم لأسمدة نترات الأمونيوم التي تطلق النيتروجين، كما ويتم استخدام حوالي 90 في المائة من الأمونيا المنتجة في جميع أنحاء العالم في الأسمدة من أجل المساعدة في الحفاظ على إنتاج الغذاء لمليارات الأشخاص حول العالم، كما ويؤدي إنتاج المحاصيل الغذائية بشكل طبيعي إلى استنفاد إمدادات مغذيات التربة.

من أجل الحفاظ على محاصيل صحية يعتمد المزارعون على الأسمدة للحفاظ على تربتهم منتجة، ويمكن أن تساعد الأسمدة أيضًا في زيادة مستويات العناصر الغذائية الأساسية مثل الزنك والسيلينيوم والبورون في المحاصيل الغذائية.

الاستخدام الرئيسي للأمونيا كسماد في الولايات المتحدة، حيث يتم تطبيقه عادة مباشرة على التربة من الخزانات التي تحتوي على الغاز المسال، ويمكن أن تكون الأمونيا أيضًا في شكل أملاح الأمونيوم مثل نترات الأمونيوم NH4NO3 وكبريتات الأمونيوم 2(NH4) SO4 ومختلف فوسفات الأمونيوم.

الأمونيا في منتجات التنظيف المنزلية

مركب هيدروكسيد الأمونيوم والذي يعرف أيضا باسم الأمونيا المنزلية هو عبارة عن واحد من مكونات العديد من منتجات التنظيف المنزلية المستخدمة من أجل تنظيف مجموعة متنوعة من الأسطح بما في ذلك الأحواض والمصارف والمراحيض وأسطح العمل والبلاط، والأمونيا فعالة أيضًا في تكسير الأوساخ أو البقع المنزلية من الدهون الحيوانية أو الزيوت النباتية مثل شحوم الطهي، كما أنه نظرًا لأن الأمونيا تتبخر بسرعة فإنها تُستخدم بشكل شائع في محاليل تنظيف الزجاج للمساعدة في تجنب ظهور الخطوط.

الأمونيا في الاستخدامات الصناعية

• عند استخدامها كغاز تبريد وفي معدات تكييف الهواء يمكن للأمونيا أن تمتص كميات كبيرة من الحرارة من المناطق المحيطة بها.

• يمكن استخدام الأمونيا لتنقية إمدادات المياه وكحجر بناء في تصنيع العديد من المنتجات بما في ذلك البلاستيك والمتفجرات والأقمشة والمبيدات الحشرية والأصباغ.

• تستخدم الأمونيا أيضًا في معالجة النفايات ومياه الصرف الصحي والتخزين البارد والمطاط ولب الورق والورق وصناعات الأغذية والمشروبات كعامل استقرار ومعادل ومصدر للنيتروجين، كما أنها تستخدم في صناعة الأدوية.

• تستخدم الأمونيا في العديد من العمليات المعدنية أيضا بما في ذلك نيترة صفائح السبائك لتقوية أسطحها، لأن الأمونيا يمكن أن تتحلل بسهولة لإنتاج الهيدروجين فهي مصدر محمول مناسب للهيدروجين الذري من أجل اللحام.

معلومات السلامة لاستخدام الأمونيا

• عند استخدام منتجات التنظيف التي تحتوي على الأمونيا اتبع جميع التعليمات الموجودة على ملصق المنتج وتأكد من أن المنطقة جيدة التهوية (النوافذ والأبواب المفتوحة) وارتداء الملابس المناسبة وحماية العين، كما ويمكن أن يؤدي التعرض للأمونيا إلى تهيج الجلد والعينين والرئتين.

• لا تخلط الأمونيا مع الكلور المبيض؛ وذلك لأن هذا ينتج غازات سامة تسمى الكلورامين، وقد يؤدي التعرض لغازات الكلورامين إلى السعال وضيق التنفس وألم الصدر والغثيان وتهيج الحلق والأنف والعينين أو الالتهاب الرئوي وسوائل في الرئتين.