Come si produce l'ammoniaca?

Che cos’è l’ammoniaca?

L’ammoniaca è un composto chimico gassoso, di formula NH3, che si forma in natura in seguito alla putrefazione delle sostanze organiche azotate e può essere prodotto per distillazione del carbon fossile e di altre sostanze azotate; si trova anche in alcune emanazioni naturali (come nei gas dei soffioni boraciferi di Larderello) e nell’atmosfera (in quest’ultima solo in tracce). L’ammoniaca è un gas incolore, di odore pungente, irritante e irrespirabile, molto piú leggero dell’aria (0,596), solubilissimo nell’acqua (1 litro d’acqua a O CC scioglie 1146 litri di A.; a 15 0C ne scioglie 756 e a 20 °C 670).

La soluzione ha reazione basica, in seguito alla formazione di idrato d’ammonio. L’ammoniaca liquefa con grande facilità: alla pressione di un’atmosfera diventa liquida a —33,3 °C e solidifica a —77,7 0C; a 15 0C si può liquefare alla pressione di 7 atmosfere. L’evaporazione dell’ammoniaca liquida provoca un forte abbassamento di temperatura, perché il suo calore di evaporazione è molto elevato: su questa proprietà si basa il suo impiego nelle macchine frigorifere. In atmosfera di ossigeno l’ammoniaca esplode per accensione, formando azoto e acqua; anche le miscele di ammoniaca e aria possono esplodere, se la miscela contiene dal 16,5 al 26.8% in volume di ammoniaca. In presenza di catalizzatori (spugna di platino, amianto platinato, ecc.) la miscela di aria e ammoniaca subisce a 500°C un’ossidazione, con formazione di ipoazotide (NO2), di nitrito d’ammonio (NH,NO2), e nitrato d’ammonio (NH4NO3). Questa reazione viene utilizzata per la sintesi dell’acido nitrirco.

L’ammoniaca è una sostanza a carattere basico e questa sua proprietà si manifeesta in molte reazioni. Ad esempio, con gli acidi l’ammoniaca si combina direttamente, formando i sali d’ammonio: NH3 + HC I –> NII4C1 A. ac. cloridrico cloruro d’ammonio 2NH3 H2SO4 —3- (NH4)2SO4 A. ac. solforico solfato d’ammonio. L’ammoniaca insomma reagisce sommando uno ione idrogeno H+ e forma l’ione ammonio NH+4, che non esiste libero ma solo combinato con ioni negativi, come l’ossidrile OH-, col quale forma l’idrato d’amonio, NH4OH, o l’ione cloruro Cl-(NH4C1), ecc.

Come si usa l’ammoniaca

L’ammoniaca ha numerosi impieghi, sia allo stato puro, come ammoniaca gassosa o liquida, sia in soluzione. L’ammoniaca liquida serve come liquido per frigoriferi, come solvente in molte sostanze, per la preparazione della sodioamide e di molte sostanze coloranti. L’ammoniaca gassosa serve per la produzione dell’acido nitrico, dei sali ammoniacali della soda Solvay. L’ammoniaca in soluzione è molto usata nella fabbricazione della saccarina e di molti coloranti. Ad esempio, si usa in tintoria e per la stampa dei tessuti, in conceria per depilare le pelli, nelle filature per sgrassare la lana, nelle cartiere per neutralizzare il cloro dopo l’imbiancamento della carta, in metallurgia per separare argento e rame da certi minerali e per la nitrurazione degli acciai; inoltre, per pulire metalli, per smacchiare, ecc.

Serve anche in analisi chimica per il riconoscimento di vari metalli, e in farmacia per la confezione di alcuni preparati galenici. Una glande quantità di ammoniaca viene oggi destinata alla produzione di concimi chimici azotati, sia direttamente, per la produzione dei concimi ammoniacali, sia indirettamente, previa ossidazione ad acido nitrico, per la fabbricazione dei concimi nitrici. Data questa molteplicità di usi la richiesta di ammoniaca è andata sempre crescendo e ben presto non è stata più sufficiente quella che si poteva ottenere dall’industria del gas illuminante, da cui si separa approfittando della sua grande solubilità nell’acqua.

Una sostanza dall’odore pungente, ma molto utile

L’ammoniaca è un composto gassoso che è impiegato, oltre che per la pulizia della casa, anche nella produzione di fertilizzanti ed esplosivi, tinture coloranti e tessuti sintetici, come il nylon. Il metodo principale per la produzione di ammoniaca è il processo Haber-Bosch, nel quale si fanno reagire azoto e idrogeno. L’azoto dell’aria e l’idrogeno derivato da gas naturali vengono combinati a circa 450 gradi in rapporto 1:3 (N2-1-3H2 a> 2NH3), utilizzando un catalizzatore per accelerare la reazione. Una volta raffreddati, il 15 percento dei gas iniziali reagiscono per formare ammoniaca. Il gas restante viene rimesso all’inizio del processo, consentendo una resa del 98 percento. L’ammoniaca viene usata principalmente per la produzione di fertilizzanti. Nella sua forma naturale, l’ammoniaca si crea attraverso la rottura degli aminoacidi. Una volta nel terreno, le piante sono in grado di assorbire gli atomi di idrogeno facilmente e utilizzarli per la costruzione degli aminoacidi utili al proprio organismo per la crescita o la rigenerazione. L’ammoniaca è stata usata anche come componente per la produzione del combustibile per razzi (come spiegato qui a destra). Viene impiegata anche nella produzione di tinture per capelli, perché può aprire la cuticola permettendo al colore di penetrare nella corteccia capillare, ma un uso ripetuto può essiccare i capelli e danneggiarli.

Come si produce l’ammoniaca

Di seguito le fasi principali del processo di Haber-Bosh:

  1. Azoto. Dopo essere filtrato dalle impurita, l’azoto preso dall’aria fluisce in un tubo.
  2. Idrogeno. Il gas di idrogeno viene iniettato da un altro tubo e miscelato all’azoto.
  3. Convertitore. La miscela di gas caldi viene inviata alla seconda camera, anch’essa pressurizzata e riscaldata fino a 450°C.
  4. Catalizzatore. Nel convertitore è presente polvere di ferro e altri ossidi metallici che velocizzano la conversione del gas in ammoniaca.
  5. Condensatore. La camera successiva è riempita d’acqua, che raffredda il gas di ammoniaca facendolo condensare.
  6. Ricircolo. Il gas che non ha reagito viene rimandato alla camera di riscaldamento per massimizzare l’efficienza.
  7. Prodotto. L’ammoniaca liquida scende dal basso e viene estratta per la successiva lavorazione.

L’idrazina è un parente stretti dell’ammoniaca. E’ stata creata nel 1889 e viene utilizzata come combustibile per razzi. Utilizzata anche per il lancio della missione Apollo 11 che ha portato l’uomo sulla Luna nel 1969, è stata in seguito sostituita dalla diametril-idrazina asimmetrica. L’idrazina viene creata facendo reagire una soluzione di ammoniaca con ipoclorito di sodio e con gli ioni ipoclorito, creando la cloramina. Questa poi reagisce con l’ammoniaca restante per produrre idrazina. Quando l’idrazina reagisce con l’ossigeno, brucia violentemente, producendo azoto e vapore, che espandendosi forniscono la spinta propulsiva al razzo.

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