كيف يتم تصنيع غاز الامونيا

يُعتبر الأمونيا من الغازات الضرورية في الصناعة، لكنه أيضًا له العديد من المخاطر على صحة الإنسان، فهل تعلم كيف يتم تصنيع غاز الأمونيا؟

3 إجابات

الكثير من الغازات تدخل في الصناعات وبعض مجالات الحياة الأخرى، ومن هذه الغازات غاز الأمونيا وهو غاز قلوي لا لون له ورائحته قوية ونفاذة، ويتكون هذا الغاز من الهيدروجين و النيتروجين(NH3)، وغاز الأمونيا مصدرًا مهمًا للأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات وله دور مهم في زراعة بعض أنواع المحاصيل.
تم تحضير الأمونيا لأول مرة من قبل العالم الفيزيائي الانجليزي جوزيف بريستلي عام 1774م، وتم تحديد تكوينها الدقيق من قيل العالم الفرنسي كلود لويس بيرثولت عام 1785م.
والطريقة الأساسية لإنتاجها من خلال دمج عنصر من الهايدروجين مع عنصر من النايتروجين، ويتم هذا التفاعل باستخدام محفز هو عبارة عن ضغط عالي(100-1000) ضغط جوي، ودرجة حرارة مرتفعة تصل إلى (400-550) درجة مئوية، يمكن إنتاج الأمونيا بدرجات حرارة منخفضة لكن الحرارة العالية تُعطي نتائج أفضل بكثير من الحرارة المنخفضة.
وأيضًا استخدمت بعض المحفزات لإنتاج الأمونيا مثل: أكسيد المغنسيوم وأكسيد الألمنيوم الذي تم تنشيطه بواسطة أكاسيد الفلزات القلوية والروثينيوم مع الكربون، ويتم صنع الأمونيا بشكلٍ أفضل عن طريق التحليل المائي لنيتريد المعادن.

يستخدم الأمونيا على نطاقٍ واسعٍ في صناعة الأسمدة، حيث يساعد على زيادة خصوبة التربة وإنتاج محاصيل زراعية ذات جودة عالية.
أيضًا يستخدم هذا الغاز في صناعة المنظفات، حيث يساعد على تنظيف المطابخ والمراحيض ويقضي على البقع الصعبة كبقع الزيوت والدهون وغيرها…
ومن اهم خصائصه أنه قادر على امتصاص كميات كبيرة من الحرارة لذلك يستخدم في المكيفات، و يدخل في صناعة المبيدات والأقمشة والمواد البلاستيكية وله دور في بعض الصناعات الدوائية.

أكمل القراءة

أوّل من توصّل لطريقة تصنيع الأمونيا هو العالم الألمانيّ فريتز هابر (Fritz Haber)، بتحويل نتروجين الهواء إلى أمونيا مع الهيدروحين، في تفاعلٍ عكوسٍ بين الهيدروجين والنتروجين، لأهميتها في صُنع الأسمدة والمتفجرات والأصباغ.

حدّد فريتز هابر شروط حدوث تفاعل النيتروجين والهيدروجين، لإنتاج غاز الأمونيا NH3، بما يلي:

  1. درجة حرارة متوسطة (500 درجة مئوية).
  2. ضغط مرتفع جدًا، ما يقارب 250 ضغط جوي، 25500 كيلوباسكال.
  3. مُحفّز، يُستخدم الحديد المساميّ، عن طريق اختزال المغنتيت (أكسيد الحديد الأسود Fe3O4(، ويُستخدم الأوسميوم أحيانًا، ولكنه مكلفٌ للغاية، ويتشكل بالنتيجة حوالي  10-20 ٪ أمونيا.

يُعدّ تفاعل غاز النيتروجين وغاز الهيدروجين، تفاعلًا ناشرًا للحرارة، فيطلق92.4 كيلوجول/مول من الطاقة، عند درجة حرارة 25درجة مئوية.

تصنيع غاز الامونيا

يمرّ التفاعل بعّدة خطواتٍ، هي:

  1. تعالج مواد التفاعل الخام بعملية الغسل لتنقيتها من الشوائب.
  2. يُخلط غازي التفاعل ليكونا مزيجًا، ثم يُعرض المزيج لضغطٍ جويٍّ عالٍ حوالي 200 ضغط جوي، أعلى 200 مرة من الضغط العادي، فتكتسب جزيئات المزيج طاقةً حركيةً عاليةً، وترتفع درجة الحرارة إلى ما يقارب 300 درجة مئوية، ممّا يتسبّب بانقسام جزيئات الهيدروجين والنتروجين.
  3. يلي الضغط، مرحلة التفاعل الأساسية، فيُنقل المزيج إلى محوّلٍ، ويضغط إلى 200 ضغط جوي، و450 درجة مئوية، مع وجود رفوفٍ من الحديد المحفّز للتفاعل. يبدأ التفاعل بتشكيل الأمونيا من تفاعل الهيدروجين والنتروجين على سطح الحديد، ولكنه لا يدخل التفاعل، كما تتعرّض الأمونيا المتشكلة للتحلل مرةً أخرى في تفاعلٍ عكوسٍ، ونتيجةً لذلك، فإنّ 15٪ فقط من الخليط الخارج من المحول هو الأمونيا.
  4. تُبرّد نواتج التفاعل، فيتشكّل الأمونيا السائلة، في حين يبقى الهيدروجين والنتروجين في الحالة الغازية؛ لانخفاض درجة انصهارهما.
  5. تُكرّر خطوات التفاعل 3_4 مرّات، لرفع نسبة الأمونيا الناتجة قدر المستطاع.
  6. تُجمع الأمونيا السائلة في خزاناتٍ، وتُخزّن تحت الضغط.

تصنيع غاز الامونيا

وفقًا لمبدأ لوشاتولييه (Le Chetalier)، يمكن تحريك التفاعل نحو اليمين لإنتاج المزيد من الأمونيا، بإحدى الطريقتين:

  • بزيادة الضغط المطبق على خليط التفاعل، بسبب زيادة عدد الجزيئات في الجانب الأيسر من المعادلة، عنه في الجانب الأيمن.
  • بالتخفيض المستمرّ لدرجة حرارة خليط التفاعل، لأن تفاعل تشكيل الأمونيا هو تفاعلٌ ناشرٌ للحرارة، ممّا يوقف تغييرات التفاعل العكسي لتفكيك الأمونيا الناتجة عن نشر الحرارة.

أكمل القراءة

يُعتبر غاز الأمونيا أو النشادر من الغازات القلويّة والذي يتميّز برائحته القويّة، ويتكون هذا الغاز من ثلاث ذرات من الهيدروجين وذرة من النيتروجين، وصيغته الكيميائيّة NH3، يتواجد غاز الأمونيا بشكل طبيعي في الطبيعة، وهو من العوامل البيولوجيّة الهامة عند الكائنات الحيّة والذي يساعدها في تشكيل الأحماض الأمينيّة التي تُعتبر لبنة البناء الأساسيّة للبروتينات، أمّا بالنسبة لإنتاجه فيتم ذلك بشكل طبيعيّ بواسطة العمليات الحيويّة للبكتيريا في التربة، كما ينتج عن تحلّل المواد العضويّة في النباتات والحيوانات.

كما يمكن تحضير الأمونيا مخبريًا، حيث كان عالم الفيزياء الإنجليزي جوزيف بريستلي أوّل من أنتج الأمونيا في عام 1774، وفي يومنا الحالي يُحضّر غاز الأمونيا التجاريّ من خلال عمليّة كيميائيّة يُطلق عليها هابر-بوش (Haber–Bosch) وذلك من خلال التفاعل المباشر للهيدروجين الأوّلي مع النيتروجين الأوّلي، والذي يتم وفق المعادة الكيميائيّة التالية:

تصنيع غاز الامونيا

ويحدث هذا التفاعل ضمن شروط خاصة تشمل:

  • تطبيق ضغط عالي يبلغ 100-1000 ضغط جوي.
  • درجة حرارة مرتفعة تتراوح ما بين 400 إلى 550 درجة مئويّة.
  • استخدام محفّزات للتفاعل مثل الحديد.

بينما يتم تحضيره مخبريًا من خلال تفاعلات الحلمهة (Hydrolysis) لنتريدات المعادن، فعلى سبيل المثال تفاعل حلمهة نتريد المغنزيوم:

تصنيع غاز الامونيا

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "كيف يتم تصنيع غاز الامونيا"؟