Was ist Ammoniak?
Ammoniak ist eine anorganische Verbindung aus einem Stickstoffatom (N) und drei Wasserstoffatomen (H).
Es ist eine Substanz, die sich durch einen starken, stechenden Geruch auszeichnet, und Ammoniakgeruch findet sich häufig in tierischen Produkten. Das liegt daran, dass die meisten tierischen Produkte Stickstoffverbindungen enthalten, wie Proteine und freie Aminosäuren. Wenn diese durch Mikroorganismen verwesen und zersetzt werden, entsteht Ammoniak, der sich als Geruch bemerkbar macht.
Ammoniak ist bei normaler Temperatur und normalem Druck als farbloses Gas stabil. Durch Druckbeaufschlagung und Abkühlung lässt es sich leicht verflüssigen, und die verflüssigte Form wird als flüssiger Ammoniak oder verflüssigtes Ammoniak bezeichnet.
Da es sich um einen Stoff handelt, der sich gut in Wasser löst, wird er häufig in Form von Ammoniakwasser verwendet. Ammoniakwasser ist alkalisch und wird als analytisches Reagenz verwendet. Es wird auch für andere örtliche Anwendungen verwendet, z. B. zur Fleckenentfernung aus Kleidung und als Neutralisierungsmittel bei Insektenstichen.
Anwendungen von Ammoniak
1. Düngemittel
Die häufigste Verwendung von Ammoniak sind chemische Düngemittel. Von dem weltweit produzierten Ammoniak werden etwa 80 % als Düngemittel verbraucht. Die restlichen 20 % werden für industrielle Zwecke und als Grundstoff für chemische Produkte verwendet.
Die Technologie zur Steigerung der Nahrungsmittelproduktion hat das Wachstum der Weltbevölkerung unterstützt, und chemische Düngemittel, die Stickstoffverbindungen aus Ammoniak verwenden, haben einen besonders wichtigen Beitrag zur Landwirtschaft geleistet. Auch heute nimmt die Weltbevölkerung weiter zu. Aufgrund der Notwendigkeit, die Ernährung zu sichern, wird die Bedeutung von Ammoniak als Düngemittel in der Landwirtschaft voraussichtlich auch in Zukunft unverändert bleiben.
2. Kraftstoff Ammoniak
In den letzten Jahren hat die Erforschung der Verwendung von Ammoniak als Brennstoffenergie als neuer Ansatz zur Bekämpfung der globalen Erwärmung Aufmerksamkeit erregt. Dies liegt daran, dass Ammoniak ein kohlenstofffreier Stoff ist, der bei der Verbrennung kein Kohlendioxid freisetzt. Derzeit wird eine Technologie für die thermische Mitverbrennung entwickelt, bei der Ammoniak mit kohlebefeuerten Kesseln zur Stromerzeugung gemischt wird. Für die Zukunft wird eine Technologie entwickelt, bei der ausschließlich Ammoniak als Energieträger verbrannt wird.
3. Energieträger
Um die Kohlendioxidemissionen zu verringern, wird zunehmend Wasserstoff als Energieträger eingesetzt. Wasserstoff, der in großen Mengen nur schwer zu transportieren ist, wird in einen anderen Stoff umgewandelt, der als ‚Wasserstoffträger‘ bezeichnet wird.
Als Transportmedium bietet sich Ammoniak (NH3) an, das molekularen Wasserstoff (H) enthält. Wie bereits erwähnt, wird Ammoniak weltweit importiert und exportiert, hauptsächlich für Düngemittelanwendungen, so dass die bestehende Technologie für seinen Transport gut etabliert ist.
Nach dem Transport kann Ammoniak durch thermische Zersetzung in Gegenwart eines Katalysators wieder in Wasserstoff umgewandelt und in Brennstoffzellen und anderen Anwendungen eingesetzt werden, oder es kann in seiner Ammoniak Form als Kraftstoff verwendet werden.
Merkmale von Ammoniak
Das Ammoniak Molekül ist durch ein Stickstoffatom an der Spitze und drei Wasserstoffatome an der Basis gekennzeichnet. Die Stickstoff- und Wasserstoffatome sind jeweils zu einer dreidimensionalen Dreieckspyramidenanordnung verbunden.
Der ideale Bindungskern einer Dreieckspyramide basiert auf einer tetraederförmigen Elektronenpaargeometrie, weicht jedoch vom idealen Winkel ab, da Einzelelektronenpaare eine größere Raumfläche einnehmen als Einfachbindungen. Aus diesem Grund beträgt der Bindungswinkel 107 ° für den Bindungskern anstelle von 109,5 ° für den Tetraeder.
Weitere Informationen zu Ammoniak
Synthese von Ammoniak
In der Natur kommt Ammoniak in Spuren in der Atmosphäre und in geringen Mengen in natürlichem Wasser vor. Im Boden wird stickstoffhaltiges organisches Material, das in Düngemitteln (einschließlich Ammoniak), tierischen und pflanzlichen Überresten usw. enthalten ist, von sich zersetzenden Organismen zu Ammoniak-Stickstoff abgebaut.
In Europa versuchten Ende des 19. Jahrhunderts viele Forscher, Ammoniak zu synthetisieren. Die Ammoniaksynthese galt als unmöglich, aber 1913 industrialisierte Bosch von der BASF die Laborforschung, die der Deutsche Haber, erfolgreich durchgeführt hat. Dieser hat Ammoniak direkt aus Wasserstoff und Stickstoff synthetisierte, industriell nutzbar gemacht. Dies ist als das Haber-Bosch-Verfahren bekannt.
Heute basiert die industrielle Herstellung von Ammoniak im Allgemeinen auf dem Haber-Bosch-Verfahren, bei dem Stickstoff und Wasserstoff unter Druck und hoher Temperatur an einem Katalysator umgesetzt werden.