氨

氨（Ammonia，即阿摩尼亞），分子式为NH₃，是一种无色气体，有强烈的刺激气味。极易溶于水，常温常压下1体积水可溶解700倍体积氨。^[2]氨對地球上的生物相當重要，它是所有食物和肥料的重要成分。不管是直接的還是間接的，氨也是所有藥物的組成。雖然氨有很廣泛的用途，但它還具有腐蝕性等危險。氨在商業上通常稱作anhydrous ammonia(譯為無水氨)，這個名詞著重於水在氨中的不存在，因為另一種氢氧化铵或稱氨水是氨的水溶液，氨的水溶液為鹼性：

NH₃ + H₂O → NH₄⁺ + OH^-

其性質和氨氣完全不一樣。實驗室的稀氨水一的濃度一般為1M至2M。氨的飽和水溶液(大約18M)的密度是0.880g cm^-1，故可稱之為.880 Ammonia。

由於氨有廣泛的用途，氨是世界上產量最多的無機化合物之一，多於八成的氨被用於製作化肥。

[编辑] 氨的合成

第一次世界大戰以前，大部分的氨都是以乾餾^[4]含氮的蔬菜及動物的糞便(如駱駝糞)，並以氫作為還原劑以把亞硝酸及亞硝酸鹽還原而製成。除此以外，氨亦可以煤的破壞蒸餾或從銨鹽在氫氧化物(如氫氧化鈣，即生石灰)^[5]製得，所使用的銨鹽普遍為氯化銨。

2 NH₄Cl + 2 CaO → CaCl₂ + Ca(OH)₂ + 2 NH₃

現今的工廠大多使用哈伯-博施法：在200大氣壓力和500℃的環境，以氧化鐵為催化劑，加熱氮氣和氫氣。

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

$K_\mathrm{eq} = \mathrm{\frac{[NH_3]^2}{[N_2][H_2]^3}}$

這個反應是可逆的。在25℃時平衡常數為6.4 x 10²，在500℃時為1.5 x 10^-5。

合成氨的原料氮气来自于空气(以液態空氣的分餾取得)，氢气来自于水和燃料。原料气包含杂质，因此在参与反应前需要去除杂质，即原料气的净化。合成氨的反应是在高压环境的合成塔中完成的，氮气和氢气混合后经过压缩从塔的上部进入合成塔。经过合成塔下部的热交换器，混合气体的温度升高，并进入放有触媒（催化剂）的接触室。在接触室，一部分氮气和氢气发生反应，合成了氨，混有氮气，氢气和氨气的混合气体经过热交换器离开合成塔。混合气体要经由冷凝器，将氨液化，因而将氨分离出来，而氮气和氢气的混合气体经压缩再次送入合成塔，形成循环。

[编辑] 哈伯-博施法所使用的氫的製備

天然氣(取其甲烷成分)，液化石油氣(取其丙烷及丁烷成分)及石油(取其石腦油等碳氫化合物)可以用來製造合成氨的原料氢气。

第一步先把原料中的硫化物清除，是為硫化物會毒害哈伯-博施法所使用的催化劑。催化加氫可以把有機硫化物變成硫化氫：

H₂ + RSH → RH + H₂S(g)

產生的硫化氫會被氧化鋅吸收，變成水和硫化鋅：

H₂S + ZnO → ZnS + H₂O

在鎳的催化下与水反应，經脱硫的碳氫化合物（如甲烷）转變成氫氣和一氧化碳的混合物：

CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂

一氧化碳与水反应，轉化成二氧化碳及製造更多的氫氣：

CO + H₂O → CO₂ + H₂

接下來二氧化碳可經2-氨基乙醇溶液吸收或使用變壓吸附(Pressure Swing Adsorption,PSA,在此使用具有專利的固態吸附媒介)清除。

製備氫的最後步驟是以使用催化劑的甲烷化(methanation)移除在氫氣中殘留的少量一氧化碳及二氧化碳:

CO + 3 H₂ → CH₄ + H₂O

CO₂ + 4 H₂ → CH₄ + 2 H₂O

水蒸氣重組, 一氧化碳變換, 清除二氧化碳及甲烷化的步驟在25 至 35 Pa的壓強進行。

由於化石燃料短缺，製氨用的氫理論上可以用水的電解 (現今4%的氫由電解製備)或熱化裂解(thermal chemical cracking)製得，但現在來說，這些方法都是不實際的。熱裂解所需的熱能可以從核能反應中取得，而風力發電、太陽能發電及水力發電產的的過剩電能可以用來電解水製氫。現在為止，從空氣及燃料製氨以外的替代方案是不經濟的，而且這些方法對環保的作用仍未被確定。

[编辑] 用途

由於氨擁有非常刺鼻的氣味，在救傷方面，會用少量易於揮發的氨作為令人清醒的吸入劑。
生產硝酸
玻璃清潔劑
生產肥料
航空燃料（X-15）

[编辑] 備注

^ NIST Chemistry WebBook (website page of the National Institute of Standards and Technology) URL last accessed May 15 2007
^ ^2.0 ^2.1 ^2.2 ^2.3 ^2.4 （中文）氨;氨气;ammonia．化工引擎．於2008年5月6日查閱．
^ MSDS Sheet from W.D. Service Co.
^ Nobel Prize in Chemistry (1918) - Haber process. URL last accessed April 24 2006
^ BBC.co.uk URL last accessed April 24 2006

6.大气压的单位－百度百科 http://baike.baidu.com/view/82174.htm

[编辑] 參見

[_note-0] NIST Chemistry WebBook (website page of the National Institute of Standards and Technology) URL last accessed May 15 2007

[_note-hellochem.com-1] 2.0 ^2.1 ^2.2 ^2.3 ^2.4 （中文）氨;氨气;ammonia．化工引擎．於2008年5月6日查閱．

[_note-2] MSDS Sheet from W.D. Service Co.

[_note-3] Nobel Prize in Chemistry (1918) - Haber process. URL last accessed April 24 2006

[_note-4] BBC.co.uk URL last accessed April 24 2006

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氨

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[编辑] 備注

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