Ammoniak

Gas
Strukturformel	-	Ammoniak.png		-	Allgemeines		-	Name	Ammoniak	-	Summenformel	NH₃	-	Andere Namen	Azan, als wässrige Lösung: Salmiakgeist, Ammoniakwasser	-	Kurzbeschreibung	Farbloses, stechend riechendes Gas. Reizt die Atemwege.	-	CAS-Nummer	1336-21-6	-	UN-Nummer (wasserfrei)	1005	-	UN-Nummer (wässrige Lösung)	2073	-	Sicherheitshinweise		-	Lösung >10%

	-	R- und S-Sätze	R: 10-23-34-50 S: 9-16-26-36/37/39-45-61	-	Handhabung	Handschuhe, Augen- und ggf. Atemschutz	-	Lagerung	unter +25 °C, Ammoniak-Luft-Gemische sind explosionsfähig	-	MAK	20 ml/m³	-	LD₅₀ (Ratte, oral)	350 mg/kg	-	LD₅₀ (Kaninchen)	-	-	Physikalische Eigenschaften		-	Aggregatzustand	gasförmig	-	Farbe	farblos	-	Dichte	0,771 kg/m³ (20 °C)	-	Molmasse	17,0 g/mol	-	Schmelzpunkt	195,75 K (-77,4 °C)	-	Siedepunkt	239,75 K (-33,4 °C)	-	Schmelzwärme	5,655 kJ/mol (bei -77 °C)	-	Verdampfungswärme	22 kJ/mol (bei -33 °C))	--	Lösungswärme	30,5 kJ/mol (bei 25 °C))	--	Wärmekapazität c_p	35,6 J/(mol K) bei 298 K	--	Wärmeleitfähigkeit	0,02494 W/(m K)	-	Dampfdruck	8,572 bar (20 °C)	-	Schallgeschwindigkeit	414 m/s	-	Weitere Eigenschaften	-	Löslichkeit	In 1 Liter Wasser lösen sich bei 20 °C 702 Liter NH₃.	-	Gut löslich in	Wasser, Alkohole, Benzol, Aceton, Chloroform	-	Schlecht löslich in	flüssigen Kohlenwasserstoffen wie: Pentan, Hexan, Heptan,...	-	Unlöslich in	-	-

Ammoniak (nach dem Ammonssalz = Ammoniumchlorid aus der Ammonsoase, heute Oase Siwa) ist ein stark stechend riechendes, farbloses und giftiges Gas, das zu Tränen reizt und erstickend wirkt. Die Dichte von Ammoniakgas ist geringer als die Dichte der Luft.

Weitere Eigenschaften

kritische Temperatur: 132,5 °C
kritischer Druck: etwa 11,3 MPa (Megapascal)

Ammoniak ist sehr gut wasserlöslich, bei 0 °C lösen sich in 100 ml Wasser 90,7 g. Diese Ammoniaklösung heißt Salmiakgeist (Ammoniumhydroxid). Sie reagiert alkalisch. Ammoniak hat einen stechenden Geruch.

Ammoniak-Luft-Gemische sind im Bereich von 15,5 bis 30 Vol.-% Ammoniak explosionsfähig. An heißen Oberflächen ab 630 °C kann es zum Zerfall in Stickstoff und Wasserstoff kommen; diese Zerfallsreaktion wird durch Metalle katalysiert, so dass in großtechnischen Anlagen schon bei Oberflächentemperaturen ab 300 °C die Möglichkeit einer explosionsartigen Zersetzung besteht. Es verbrennt schnell und vollständig, so dass anschließend kein NH₃ mehr wahrnehmbar ist.

Ammoniak wirkt auf Haut und Schleimhäute (insbesondere auch auf die Augen) ätzend. Geschluckt ruft es blutiges Erbrechen mit heftigen Schmerzen und Lungenschäden hervor, unter Umständen mit tödlichem Ausgang. Ein Ammoniakgehalt der Luft von 1,5 bis 2,5 g/m³ wirkt nach 30 bis 60 Minuten tödlich.

Säure-Base-Eigenschaften

Ammoniak ist amphoter und bildet als Base unter Protonierung ionische Ammoniumsalze, als Säure mit starken Basen unter Deprotonierung ionische Amide. In flüssigem Ammoniak besteht daher ein Gleichgewicht, das durch ein Ionenprodukt beschrieben werden kann.

NH₃ + NH₃ <---> NH₄⁺ + NH₂^-

Struktur

Das Molekül hat eine trigonal-pyramidale Struktur. Sie leitet sich von einem Tetraeder ab, in dem ein freies Elektronenpaar des Stickstoffs eine Ecke besetzt.

Nachweis

Klassische Nachweisreaktionen: Vorsichtige Geruchsprobe reicht meist aus. Geringe Gasmengen können beispielsweise mit angefeuchtetem Indikatorpapier nachgewiesen werden, welches auf die bei der Reaktion von Ammoniak und Wasser entstehenden OH^- Ionen mit Färbung reagiert.
Photometrisches Verfahren I: Ammoniak reagiert mit Tetraiodomercurat zu einer orangefarbenen Verbindung (Nessler-Reaktion), mit Kupfersulfatlösung zum tiefblauen Kupfertetramminkomplex (Komplexbildungsreaktion).
Photometrisches Verfahren II: Ammoniak bildet mit Hypochlorit-Ionen Chloramin. Dieses bildet mit Phenolen farbige Indophenole. Dieser Nachweis wird Indophenolreaktion oder Berthelot-Reaktion genannt.

Herstellung

Die Herstellung geschieht heute im industriellen Maßstab zum weitaus größten Teil (ca. 90 % der Welterzeugung) aus Wasserstoff und Stickstoff nach dem Haber-Bosch-Verfahren.

Alternative Herstellungsverfahren sind die Gewinnung aus Kalkstickstoff (Kalkstickstoffverfahren von Rothe-Frank-Caro) oder durch Hydrolyse von Nitriden (Serpek-Verfahren).

$\mbox{CaCN}_2 + 3 \mbox{H}_2\mbox{O} \rightarrow \mbox{CaCO}_3 + 2 \mbox{NH}_3$

$2 \mbox{AlN} + 3 \mbox{H}_2\mbox{O} \rightarrow \mbox{Al}_2 \mbox{O}_3 + 2 \mbox{NH}_3$

Beide Verfahren haben keine nennenswerte technische Bedeutung, da die Synthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren billiger ist.

Ein weiterer Weg der NH₃-Erzeugung ist die Reduktion von Stickstoffmonoxid (NO) mit Wasserstoff (H₂).

$2 \mbox{NO} + 5 \mbox{H}_2 \rightarrow 2 \mbox{NH}_3 + 2 \mbox{H}_2 \mbox{O}$

Man kann ihn auch mit Natronlauge aus Salmiaksalz (Ammoniumchlorid) herauslösen (Verdrängungsreaktion; zugleich Nachweisreaktion für Ammoniumsalze)

$\mbox{NH}_4\mbox{Cl} + \mbox{NaOH} \rightarrow \mbox{NH}_3 + \mbox{H}_2\mbox{O} + \mbox{NaCl}$

Verwendung

Ammoniak ist eines der wichtigsten und häufigsten Produkte der chemischen Industrie. Heute beträgt die Weltjahresproduktion von Ammoniak etwa 125 Millionen Tonnen. Circa 3 % der weltweit täglich produzierten Energie wird für die Herstellung von Ammoniak aufgebraucht. Der Großteil dieser Produktion wird als Ausgangstoff für Stickstoffdünger verwendet. Daneben wird:

flüssiges Ammoniak wegen seiner hohen Verdampfungswärme in Kältemaschinen eingesetzt (Kältemittelbezeichnung R717).
In der Textilveredlung, zum Plastifizieren von Holz und als nichtwässeriges Lösungsmittel wird Ammoniak gebraucht
Gasförmiges Ammoniak wird als Destraktions-Mittel verwendet.
In der Metall-Industrie wird Ammoniak als Ammoniak-Spaltgas zur Nitrierhärtung und als Schutzgas zur Wärmebehandlung, auch zum Blankglühen, verwendet.
Ammoniakwasser findet Verwendung zu Reinigungs- und Beizzwecken. Auch wird es zum Unschädlichmachen von Chlor u. Formaldehyd nach Desinfektionsmaßnahmen eingesetzt.
Ammoniak kann auch zur Entschwefelung von Rauchgas verwendet werden. Hierbei bildet sich Ammoniumsulfat, das als Düngemittel verwertet wird.
Lange Zeit wurde konzentriertes Ammoniak (ca. 35%ig in Wasser)zur Entwicklung von Lichtpausen verwendet.
Sowohl bei der Rauchgasreinigung von Kraftwerken wie auch bei der Abgasreinigung von Dieselmotoren wird Ammoniak zur Entstickung eingesetzt (SCR-Verfahren).
Ammoniak wird auch zur Herstellung von Arzneimittel und Sprengstoff eingesetzt.
Ammoniakwasser wird in Chlorgasanlagen zur Dichtigkeitsprüfung eingesetzt. An Lecks kommt es zur Nebelbildung, aufgrund entstehenden Ammoniumchlorids ^*
erlangt in flüssiger und überkritischer Form immer mehr Bedeutung als nicht oxidatives Lösemittel, unter anderem wegen seiner physikalisch-chemischen Ähnlichkeit zu Wasser (Wasserstoffbrückenbindungen, Eigendissoziation NH₄⁺ + NH₂^- -> 2NH₃, usw.)
Ammoniak wird vom Bakterium Helicobacter pylori im Magen mit Hilfe des Enzyms Urease aus dem im Magen enthaltene Harnstoff hergestellt, um die Magensäure neutralisieren zu können und somit im Magen überleben zu können. Dieses Bakterium ist die häufigste Ursache für Magengeschwüre.
Ammoniak ist eine der bedeutendsten Grundchemikalien der chemischen Industrie. Aus ihm werden zahlreiche weitere Vorprodukte hergestellt. Hierbei sind besonders zu nennen:

Literatur

Robert Schlögl: Katalytische Ammoniaksynthese - eine "unendliche Geschichte"? Angewandte Chemie 115(18), S. 2050 - 2055 (2003),

Weblinks

Umweltberatung: Ammoniak und Ammonium

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