كيف يتم تصنيع غاز الأمونيا؟
يُعتبر الأمونيا من الغازات الضرورية في الصناعة، لكنه أيضًا له العديد من المخاطر على صحة الإنسان، فهل تعلم كيف يتم تصنيع غاز الأمونيا؟
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 والنيتروجين(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.
طريقة تصنيع غاز الأمونيا
والطريقة الأساسية لإنتاجها من خلال دمج عنصر من الهيدروجين مع عنصر من النيتروجين، 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.
استخدامات الأمونيا
- 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.
- يستعمل هذا الغاز كسماد زراعي، كما يضاف إلى مواد التنظيف الكيماوية، وأيضاً يستعمل في تنقية المياه وفي صناعة البلاستيك، وقد يستعمل كأساس لبعض الأدوية.
- 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.
شروط حدوث التفاعل لتصنيع الأمونيا
أوّل من توصّل لطريقة تصنيع الأمونيا هو العالم الألمانيّ فريتز هابر (Fritz Haber)، بتحويل نتروجين الهواء إلى أمونيا مع الهيدروجين، 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:
- درجة حرارة متوسطة (500 درجة مئوية).
- ضغط مرتفع جدًا، ما يقارب 250 ضغط جوي، 25500 كيلوباسكال.
- 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:
- تعالج مواد التفاعل الخام بعملية الغسل لتنقيتها من الشوائب.
- 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.
- 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.
- تُبرّد نواتج التفاعل، فيتشكّل الأمونيا السائلة، في حين يبقى الهيدروجين والنتروجين في الحالة الغازية؛ لانخفاض درجة انصهارهما.
- تُكرّر خطوات التفاعل 3_4 مرّات، لرفع نسبة الأمونيا الناتجة قدر المستطاع.
- تُجمع الأمونيا السائلة في خزاناتٍ، وتُخزّن تحت الضغط.
- 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.
سمات غاز الأمونيا
الأمونيا NH3: غاز عديم اللون ذو رائحة قوية، يتكون من النيتروجين والهيدروجين، وهو عامل طبيعي في الكائنات الحية يساعد على تشكيل الأحماض الأمينية، والتي تعد أساس البروتينات، بالإضافة إلى أنه يساهم في تحلل بقايا الحيوانات والنباتات.
يتميز غاز الأمونيا بأنه أخف من الهواء، ويغلي في الدرجة -33 درجة مئوية، وهو محبّ للماء للغاية وعند تخزينه كغاز أو كسائل مضغوط فيسمى بالأمونيا اللامائية.
وهكذا عرفنا أن 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.