Нитрат аммония

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Нитрат аммония
Нитрат аммония
Нитрат аммония
Нитрат аммония
Общие
Систематическое
наименование
Нитрат аммония
Хим. формула NH4NO3
Физические свойства
Состояние твёрдый
Молярная масса 80,04 г/моль
Плотность 1,725 (IV модификация)
Термические свойства
Т. плав. 169,6 °C
Т. кип. 235 °C
Т. разл. ~210 °C
Химические свойства
Растворимость в воде 20 °C — 190 г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS 6484-52-2
PubChem 22985
SMILES
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иначе.

Нитра́т аммо́ния (аммонийная (аммиачная) селитра) — химическое соединение NH4NO3, соль азотной кислоты. Впервые получена Глаубером в 1659 году.

Физические свойства[править | править вики-текст]

Кристаллическое вещество белого цвета. Температура плавления 169,6 °C, при нагреве выше этой температуры начинается постепенное разложение вещества, а при температуре 210 °C происходит полное разложение. Температура кипения при повышенном давлении — 235 °C. Молекулярная масса 80,04 а. е. м. Скорость детонации 2570 м/с.

Растворимость[править | править вики-текст]

Растворимость в воде:

Температура, °C Растворимость, г/100мл
0 119
10 150
25 212
50 346
80 599
100 1024

При растворении происходит сильное поглощение тепла (аналогично нитрату калия), что значительно замедляет растворение. Поэтому для приготовления насыщенных растворов нитрата аммония применяется нагревание, при этом твёрдое вещество засыпается небольшими порциями.

Также соль растворима в аммиаке, пиридине, метаноле, этаноле.

Состав[править | править вики-текст]

Содержание элементов в нитрате аммония в массовых процентах:

  • O — 60 %,
  • N — 35 %,
  • H — 5 %.

Методы получения[править | править вики-текст]

Основной метод[править | править вики-текст]

В промышленном производстве используется безводный аммиак и концентрированная азотная кислота:

~\mathsf{NH_3 + HNO_3 \rightarrow \ NH_4NO_3 + Q}

Реакция протекает бурно с выделением большого количества тепла. Проведение такого процесса в кустарных условиях крайне опасно (хотя в условиях большого разбавления водой нитрат аммония может быть легко получен). После образования раствора, обычно с концентрацией 83 %, лишняя вода выпаривается до состояния расплава, в котором содержание нитрата аммония составляет 95—99,5 % в зависимости от сорта готового продукта. Для использования в качестве удобрения расплав гранулируется в распылительных аппаратах, сушится, охлаждается и покрывается составами для предотвращения слёживания. Цвет гранул варьируется от белого до бесцветного. Нитрат аммония для применения в химии обычно обезвоживается, так как он очень гигроскопичен и процентное количество воды в нём (\omega(H_2O)) получить практически невозможно.

Метод Габера[править | править вики-текст]

По способу Габера из азота и водорода синтезируется аммиак, часть которого окисляется до азотной кислоты и реагирует с аммиаком, в результате чего образуется нитрат аммония:

  • ~\mathsf{3H_2+N_2\longrightarrow \ 2NH_3} при давлении, высокой температуре и катализаторе
  • ~\mathsf{NH_3+2O_2 \longrightarrow \ HNO_3+H_2O}
  • ~\mathsf{HNO_3+NH_3\longrightarrow \ NH_4NO_3}.

Нитрофосфатный метод[править | править вики-текст]

Этот способ также известен как способ Одда, названный так в честь норвежского города, в котором был разработан этот процесс. Он применяется непосредственно для получения азотных и азотно-фосфорных удобрений из широко доступного природного сырья. При этом протекают следующие процессы:

  1. Природный фосфат кальция (апатит) растворяют в азотной кислоте:
    • ~\mathsf{Ca_3(PO_4)_2+6HNO_3+12H_2O \longrightarrow \ 2H_3PO_4+3Ca(NO_3)_2+12H_2O}.
  2. Полученную смесь охлаждают до 0 °C, при этом нитрат кальция кристаллизуется в виде тетрагидрата — Ca(NO3)2·4H2O, и его отделяют от фосфорной кислоты.
  3. На полученный нитрат кальция и не удалённую фосфорную кислоту действуют аммиаком, и в итоге получают нитрат аммония:
    • ~\mathsf{Ca(NO_3)_2+4H_3PO_4+8NH_3
\longrightarrow \ CaHPO_4\downarrow \ +2NH_4NO_3+3(NH_4)_2HPO_4}.

А также амфотерный метод.

Химические свойства[править | править вики-текст]

Реакции разложения[править | править вики-текст]

Термическое разложение нитрата аммония может происходить по-разному, в зависимости от температуры:

  1. Температура ниже 270 °C:
    • ~\mathsf{NH_4NO_3 \longrightarrow \ N_2O\uparrow \ +2H_2O}.
  2. Температура выше 270 °C, или детонация:
    • ~\mathsf{2NH_4NO_3 \longrightarrow \ 2N_2+O_2+4H_2O}.

Кристаллические состояния нитрата аммония[править | править вики-текст]

Изменения кристаллического состояния нитрата аммония под воздействием температуры и давления меняют его физические свойства. Обычно различают следующие состояния:

Кристаллические (=)состояния нитрата аммония
Система Диапазон температур (°C) Состояние Изменение объёма (%)
> 169.6 жидкость
I 169.6 — 125.2 кубическая +2.1
II 125.5 — 84.2 тетрагональная −1.3
III 84.2 — 32.3 α-ромбическая +3.6
IV 32.3 — −16.8 β-ромбическая −2.9
V < −16.8 тетрагональная

Фазовый переход от IV к III при 32,3 °C приносит неприятности производителям удобрений, потому как изменения плотности приводят к разрушению частиц при хранении и применении. Это особенно важно в тропических странах, где нитрат аммония испытывает циклические изменения, приводящие к разрушению гранул, слёживанию, повышенному пылению и риску возникновения взрыва.

Применение[править | править вики-текст]

Удобрения[править | править вики-текст]

Бо́льшая часть нитрата аммония используется либо непосредственно как хорошее азотное удобрение, либо как полупродукт для получения прочих удобрений. Для предотвращения создания взрывчатых веществ на основе нитрата аммония в удобрения, доступные в широкой продаже, добавляют компоненты, снижающие взрывоопасность и детонационные свойства чистого нитрата аммония, такие как мел (карбонат кальция).

В Австралии, Китае, Афганистане, Ирландии и некоторых других странах свободная продажа нитрата аммония даже в виде удобрений запрещена или ограничена. После террористического акта в Оклахома-Сити ограничения на продажу и хранение нитрата аммония были введены в некоторых штатах США[1].

Взрывчатые вещества[править | править вики-текст]

Наиболее широко в промышленности и горном деле применяются смеси аммиачной селитры с различными видами углеводородных горючих материалов, других взрывчатых веществ, а также многокомпонентные смеси:

Безопасный состав[править | править вики-текст]

В 2013 г. сотрудники Sandia National Laboratories объявили о разработке безопасного и эффективного состава на основе смеси нитрата аммония с сульфатом железа, который не может быть использован для создания на его основе взрывчатых веществ. При разложении состава ион SO42− связывается с ионом аммония, а ион железа — с нитрат-ионом, что предотвращает взрыв. Введение в состав удобрения сульфата железа может улучшить и технологические характеристики удобрения, особенно на закисленных почвах. Авторы отказались от защиты формулы удобрения патентом с тем, чтобы этот состав мог получить быстрое распространение в регионах с высокой террористической опасностью[2].

Дополнительная информация[править | править вики-текст]

Мировое производство аммиачной селитры на 1980 год составляло 14 млн т, в пересчёте на азот.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Homeland Security to Regulate Fertilizer Chemical Used in Oklahoma City, Norway Bombings (англ.). Associated Press (2 August 2011). Проверено 30 сентября 2013.
  2. Fertilizer that fizzles in a homemade bomb could save lives around the world (News release) (23 апреля 2013). Проверено 30 сентября 2013.

Ссылки[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Технология аммиачной селитры, под ред. В. М. Олевского, М., 1978.
  • Соли азотной кислоты, Миниович М. А., М., 1964.
  • Олевский В. М., Ферд М. Л., «Ж. Всес. хим. о-ва им. Д. И. Менделеева», 1983, т. 28, № 4, с. 27—39.