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氨氣
鎖定
氨氣（Ammonia），是一種無機化合物，化學式為NH3，分子量為17.031，標準狀況下，密度 0.771g/L，相對密度0.5971（空氣=1.00）。是一種無色、有強烈的刺激氣味的氣體。氨氣能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍，能在水中產生少量氫氧根離子，呈弱鹼性。在常温下加壓即可使其液化（臨界温度132.4℃，臨界壓力11.2兆帕，即112.2大氣壓），沸點-33.5℃，也易被固化成雪狀固體，熔點-77.75℃，溶於水、乙醇和乙醚。在高温時會分解成氮氣和氫氣，有還原作用。有催化劑存在時氨氣可被氧化成一氧化氮。氨氣常用於制液氮、氨水、硝酸、銨鹽和胺類等。氨氣可由氮和氫直接合成而製得，能灼傷皮膚、眼睛、呼吸器官的粘膜，人吸入過多，能引起肺腫脹，以至死亡
[1]
。
[12]
氨氣研究簡史
自古以來，人們就知道氨的氣味。18世紀，著名化學家約瑟夫·布萊克（蘇格蘭）、彼得·沃爾夫（愛爾蘭）、卡爾·威廉·舍勒（瑞典/德國）和約瑟夫·普里斯特利（英格蘭）發現空氣中的氮能被碳化鈣固定而生成氰氨化鈣，氰氨化鈣與過熱水蒸汽反應制的氨。1785年，法國化學家克勞德·路易斯·貝索萊測定了它的元素組成。
[8]
由於氮氣的化學性質很不活潑，以氮氣和氫氣為原料合成氨的工業化生產曾是一個較難的課題。1909年，德國化學家哈伯(E.Haber，1868一1934)經過反覆的實驗研究後發現，在500-600℃、17.5～20.0 MPa和鋨為催化劑的條件下，反應後氨的含量可達到6％以上，具備了工業化生產的可能性。為了把哈伯合成氨的實驗室方法轉化為規模化的工業生產，德國工程師博施(C. Bosch，1874一1940)改進了哈伯首創的高壓合成氨，找到了合適的氧化鐵型催化劑，使合成氨生產工業化，稱為"哈伯--博施法"。
1913年，一個年產量7000噸的合成氨工廠建成並投產，實現了合成氨的工業化生產。從此，合成氨成為化學工業中迅速發展的重要領域。由於合成氨工業生產的實現和相關研究對化學理論與技術發展的推動，哈伯和博施都獲得了諾貝爾化學獎。合成氨是人類科學技術發展史上的一項重大成就，在很大程度上解決了地球上因糧食不足而導致的飢餓問題，是化學和技術對社會發展與進步的巨大貢獻。
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氨氣物質結構
氨氣分子球棍模型
氨氣理化性質
氨氣物理性質
氨氣在標準狀況下的密度 | 0.771g/L |
|---|---|
臨界點 | 132.4℃ |
蒸汽壓 | 506.62 kPa（4.7℃） |
熔點 | -77.7℃ (常壓) |
沸點 | -33.5℃ (常壓) |
溶解性 | 極易溶於水（體積:1:700或質量:53.97 g/100 g） |
自燃點 | 651.1℃ |
臨界壓力 | 11.2 MPa |
臨界體積 | 72.47 cm³/mol |
臨界密度 | 0.235 g/cm³ |
臨界壓縮係數 | 0.242 |
液體熱膨脹係數 | 25℃時 0.00251/℃ |
19.75×10-3 N/m，19.75 dyn/cm | |
汽化熱 | 1336.97 kJ/kg，574.9 BTU/1 b |
熔化熱 | 332.16 kJ/kg，142.83 BTU/1 b |
氣體定壓比熱容 | 2.112 kJ/(kg·K)，0.505 BTU/(1 b·R) |
氣體定容比熱容 | 1.624 kJ/(kg·K)，0.388 BTU/(1 b·R) |
氣體比熱容比 | 1.301 |
氣體摩爾熵 | 192.67 J/(mol·K ) |
氣體摩爾生成焓 | -45.9 kJ/mol |
氣體黏度 | 101.15×10-7 Pa·s，101.15 μPa |
液體黏度 | 0.135 mPa ·s |
25℃（77 ℉）氣態時 18603.1 kJ/kg，7999.3 BTU/1 b | |
空氣中爆炸低限含量 | 16.1% |
空氣中爆炸高限含量 |
氨氣化學性質
1.與水反應
在常温，常壓下，一體積的水中能溶解700體積的氨。
氨在水中的反應可生成一水合氨：
噴泉實驗
噴泉實驗
2.與酸反應
銨氨與酸作用可得到銨鹽，銨鹽是由銨根離子（
）和酸根離子組成的化合物。一般為無色晶體，易溶於水，是強電解質。從結構來看，
和
是等電子體。
的半徑比
的大，而且接近於
，因此
具有+1價鹼金屬離子的性質，在晶體結構和溶解度方面非常相似，除高氯酸銨和酒石酸氫銨外大多數銨鹽都溶於水。但由於
是由5個原子組成的，與一般鹼金屬離子性質也有所差別（如易分解性·，水解性，熱穩定性差）。
[4]
反應對象 | 反應方程式 |
|---|---|
氨與硝酸 | NH3+HNO3=NH4NO3 |
氨與硫酸 | 2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4 |
氨與鹽酸 | NH3+HCl=NH4Cl |
氨與磷酸 | 3NH3+H3PO4=(NH4)3PO4 |
氨與乙酸 | NH3+CH3COOH=CH3COONH4 |
氨與碳酸 | NH3+H2CO3=NH4HCO3 |
碳酸氫銨不穩定受熱分解 | 
|
3.氧化還原反應
氨分子中的N原子的氧化數為-3，為氮的最低氧化態，在一定條件下可以被氧化形成較高氧化數的物質，產物中以N2為主。如，在熱的鉑絲催化下與氧氣反應、在純氧中燃燒、用氯或溴處理，都可將其氧化：
4.加合反應
加合反應（氨合反應）：作為Lewis鹼，氨以其分子中的孤對電子與許多金屬離子（Lewis酸）作用形成氨配離子，如[Ag(NH3)2]+、[Cu(NH3)4]2+、[Cr(NH3)6]2+、[Co(NH3)6]3+和[Pt(NH3)4]2+等，使許多難溶化合物溶解。
5.取代反應
氨氣應用領域
1.在電子工業中，高純氨用於模集成電路減壓或等離子體CVD，以生長二氧化硅膜鍋爐給水pH值調節劑，氨用來中和給水中的碳酸，提高pH值，減緩給大規水中二氧化碳的腐蝕。也是鍋爐停爐保護劑，對鍋爐內有少量存水不能放出的鍋爐也有較好的保護效果。
3.在食品工業中用作鹼性劑、酵母養料、食用色素稀釋劑、凍豆腐製造用劑和溶劑。也可用於可可粉及含糖可可粉、可可豆粉、可可液塊和可可油餅，食用酪蛋白酸鹽的加工，用量按GMP。
4.在化工、科研等領域用作標準氣、配製標準混合氣、物性測定、硅或氧化硅的氮化等。在無機化學工業中用於銨鹽、硝酸、氰化氫、肼、羥胺、硫胺、硝胺、磷胺、尿素等的製造。在有機化學工業中可將液氨與烷基氯或醇反應制備烷基胺，如1,2-二氯乙烷反應制取乙二胺，與己二腈反應制取己二胺，與丙烯反應制取丙烯腈等。其他還可用於嗎啉、哌嗪、烏洛托品、皮考啉，2-甲基-5-乙烯基吡啶等的製造和用作冷凍劑等，氨還可以作為生物燃料來提供能源。
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5.用於製造氨水和液氨，氨水的用途非常廣泛，如，可以檢驗HCl等氣體的存在，與鋁鹽溶液反應制氫氧化鋁。配製銀氨溶液檢驗有機物分子中醛基的存在等。液氨可用於生產硝酸、尿素和其他化學肥料，還可用作醫藥和農藥的原料。在國防工業中，用於製造火箭、導彈的推進劑。可用作有機化工產品的氨化原料，因為液氨在氣化後轉變為氨氣，能吸收大量的熱，被譽為“冷凍劑”，同時液氨具有一定的殺菌作用，所以在家禽養殖業中，被用於殺菌和降温製冷作用。液氨還可用於紡織品的絲光整理等。
氨氣安全措施
氨氣急救措施
如果患者只是單純接觸氨氣，並且沒有皮膚和眼的刺激症狀，則不需要清除污染。假如接觸的是液氨，並且衣服已被污染，應將衣服脱下並放入雙層塑料袋內。
如果眼睛接觸或眼睛有刺激感，應用大量清水或生理鹽水沖洗20 min以上。如患者戴有隱形眼鏡，又容易取下並且不會損傷眼睛的話，應取下隱形眼鏡。
病人復甦
應立即將患者轉移出污染區，至空氣新鮮處，對病人進行復蘇三步法（氣道、呼吸、循環）。
氣道：保證氣道不被舌頭或異物阻塞。
呼吸：檢查病人是否呼吸，如無呼吸可用袖珍面罩等提供通氣。
循環：檢查脈搏，如沒有脈搏應施行心肺復甦。
初步治療
氨中毒無特效解毒藥，應採用支持治療。
如果接觸濃度≥500 ppm，並出現眼刺激、肺水腫的症狀，應立即就醫。
對氨吸入者，應給濕化空氣或氧氣。如有缺氧症狀，應給濕化氧氣。
如果呼吸窘迫，應考慮進行氣管插管。
如皮膚接觸氨，會引起化學燒傷，可按熱燒傷處理：適當補液，給止痛劑，維持體温，用消毒墊或清潔牀單覆蓋傷面。如果皮膚接觸高壓液氨，要注意凍傷。
氨氣泄漏處理
氨對人體生理的影響氨無色具有強烈的刺激臭味，對人體有較大的毒性。氨氣慢性中毒會引起慢性氣管炎、肺氣腫等呼吸系統病，急性氨中毒反映在咳嗽不止、憋氣等。
(1) 少量泄漏。
撤退區域內所有人員。防止吸入蒸氣，防止接觸液體或氣體。處置人員應使用呼吸器。禁止進入氨氣可能彙集的侷限空間，並加強通風。只能在保證安全的情況下堵漏。泄漏的容器應轉移到安全地帶，並且僅在確保安全的情況下才能打開閥門泄壓。可用砂土、蛭石等惰性吸收材料收集和吸附泄漏物。收集的泄漏物應放在貼有相應標籤的密閉容器中，以便廢棄處理。
(2) 大量泄漏。
疏散場所內所有未防護人員，並向上風向轉移。泄漏處置人員應穿上全封閉重型防化服，佩戴好空氣呼吸器，在做好個人防護措施後，用噴霧水流對泄漏區域進行稀釋。通過水槍的稀釋，使現場的氨氣漸漸散去，利用無火花工具對泄漏點進行封堵。
向當地政府和“119”及當地環保部門、公安交警部門報警，報警內容應包括事故單位；事故發生的時間、地點、化學品名稱和泄漏量、危險程度；有無人員傷亡以及報警人姓名、電話。
禁止接觸或跨越泄漏的液氨，防止泄漏物進入陰溝和排水道，增強通風。場所內禁止吸煙和明火。在保證安全的情況下，要堵漏或翻轉泄漏的容器以避免液氨漏出。要噴霧狀水，以抑制蒸氣或改變蒸氣雲的流向，但禁止用水直接衝擊泄漏的液氨或泄漏源。防止泄漏物進入水體、下水道、地下室或密閉性空間。禁止進入氨氣可能彙集的受限空間。清洗以後，在儲存和再使用前要將所有的保護性服裝和設備清洗消毒
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氨氣消防措施
在貯存及運輸使用過程中，如發生火災應採取以下措施：
（1）報警：迅速向當地119消防、政府報警。報警內容應包括：事故單位、事故發生的時間、地點、化學品名稱、危險程度、有無人員傷亡以及報警人姓名、電話。
（2）隔離、疏散、轉移遇險人員到安全區域，建立500 m左右警戒區，並在通往事故現場的主要幹道上實行交通管制，除消防及應急處理人員外，其他人員禁止進入警戒區，並迅速撤離無關人員。
（3）消防人員進入火場前，應穿着防化服，佩戴正壓式呼吸器。氨氣易穿透衣物，且易溶於水，消防人員要注意對人體排汗量大的部位，如生殖器官、腋下、肛門等部位的防護。
（4）小火災時用乾粉或CO2滅火器，大火災時用水幕、霧狀水或常規泡沫。
（5）儲罐火災時，儘可能遠距離滅火或使用遙控水槍或水炮撲救。
（6）切勿直接對泄漏口或安全閥門噴水，防止產生凍結。
氨氣危害防治
（2）工作時應選用耐腐蝕的工作服、防鹼手套、眼鏡、膠鞋、防毒口罩，防毒口罩應定期檢查，以防失效。
（3）在使用氨水作業時，應隨身備有清水，以防萬一；在氨水運輸過程中，應隨身備有3%硼酸液，以備急救沖洗；配製一定濃度氨水時，應戴上風鏡；使用氨水時，作業者應在上風處，防止氨氣刺激面部；操作時要嚴禁用手揉擦眼睛，操作後洗淨雙手。
（4）預防皮膚被污染，可選用硼酸油膏。
（5）配備良好的通風排氣設施、合適的防爆、滅火裝置。
（6）工作場所禁止飲食、吸煙、明火、火花。
（7）應急救援時，必須佩帶空氣呼吸器。
（8）發生泄漏時，將泄漏鋼瓶的滲口朝上，防止液態氨溢出。
（9）加強生產過程的密閉化和自動化，防止跑、冒、滴、漏。
（10）使用、運輸和貯存時應注意安全，防止容器破裂和冒氣。
氨氣健康危害
吸入
氨的刺激性是可靠的有害濃度報警信號。但由於嗅覺疲勞，長期接觸後對低濃度的氨會難以察覺。吸入是接觸的主要途徑，吸入氨氣後的中毒表現主要有以下幾個方面。
輕度吸入氨中毒表現有鼻炎、咽炎、喉痛、發音嘶啞。氨進入氣管、支氣管會引起咳嗽、咯痰、痰內有血。嚴重時可咯血及肺水腫，呼吸困難、咯白色或血性泡沫痰，雙肺佈滿大、中水泡音。患者有咽灼痛、咳嗽、咳痰或咯血、胸悶和胸骨後疼痛等。
急性吸入氨中毒的發生多由意外事故如管道破裂、閥門爆裂等造成。急性氨中毒主要表現為呼吸道粘膜刺激和灼傷。其症狀根據氨的濃度、吸入時間以及個人感受性等而輕重不同。
中毒情況 | 症狀 |
|---|---|
急性輕度中毒 | |
急性中度中毒 | 上述症狀加重，呼吸困難，有時痰中帶血絲，輕度發紺，眼結膜充血明顯，喉水腫，肺部有乾濕性噦音。 |
急性重度中毒 | 劇咳，咯大量粉紅色泡沫樣痰，氣急、心悸、呼吸困難，喉水腫進一步加重，明顯發紺，或出現急性呼吸窘迫綜合症、較重的氣胸和縱隔氣腫等。 |
嚴重吸入中毒 | 可出現喉頭水腫、聲門狹窄以及呼吸道粘膜脱落，可造成氣管阻塞，引起窒息。吸入高濃度的氨可直接影響肺毛細血管通透性而引起肺水腫，可誘發驚厥、抽搐、嗜睡、昏迷等意識障礙。個別病人吸入極濃的氨氣可發生呼吸心跳停止。
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皮膚和眼睛接觸
皮膚接觸可引起嚴重疼痛和燒傷，並能發生咖啡樣着色。被腐蝕部位呈膠狀併發軟，可發生深度組織破壞。
高濃度蒸氣對眼睛有強刺激性，可引起疼痛和燒傷，導致明顯的炎症並可能發生水腫、上皮組織破壞、角膜混濁和虹膜發炎。輕度病例一般會緩解，嚴重病例可能會長期持續，併發生持續性水腫、疤痕、永久性混濁、眼睛膨出、白內障、眼瞼和眼球粘連及失明等併發症。多次或持續接觸氨會導致結膜炎。
氨氣毒理資料
急性毒性 | LD50 | 350 mg/kg（大鼠經口） |
|---|---|---|
LC50 | 4230 ppm（小鼠吸入，1 h） | |
LC50 | 2000 ppm（大鼠吸入，4 h） | |
刺激性 | 家兔經眼 | 100 mg，重度刺激 |
亞急性與慢性毒性 | —— | 大鼠，20 mg/m3，每天24 h，84 d，或每天5~6 h，7個月，出現神經系統功能紊亂。 |
致突變性 | 微生物致突變性 | 大腸桿菌1500 ppm（3 h） |
細胞遺傳學分析 | 大鼠吸入19800 μg/m3（16周） | |
生態毒性 | LC50 | ＞3.58 mg/L（24 h）（彩鮭，已受精的） |
LC50 | ＞3.58 mg/L（24 h）（彩鮭，幼年的） | |
LC50 | 0.068 mg/L（24 h）（彩鮭，85天的魚苗） | |
LC50 | 0.097 mg/L（24 h）（彩鮭，成年的） | |
LC50 |
氨氣檢驗方法
中和法：
用玻璃棒蘸濃鹽酸靠近，產生白煙，證明有氨氣。
離子色譜法：
以稀硫酸作為吸收液採集空氣中的氨，使氨在吸收液中轉化為銨離子，選用抑制型電導檢測器，D ionex IonPac CS10陽離子分析柱，以HCl作為淋洗液，進樣體積50 μl，通過測定吸收液中的銨離子來計算空氣中氨的濃度.結果:對空氣中氨氣的採樣效率大於98%，銨離子在1~100 mg/L範圍內具有良好的線性(r=0.9990)，方法精密度高(RSD5%)，對銨離子的檢出限為0.1 mg/L，最小採樣體積為9.5 L；與國家標準方法納氏試劑分光光度法(GB/T14668)比較，測定結果一致。
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氨氣衍生物
氨氣聯氨
聯氨(NH2NH2)又稱為肼，聯氨是一種吸濕性很強、介電常數較高的無色液體，熔點為275 K，沸點為386.5 K。固態時由於氫鍵的形成·，兩岸為聯狀多聚體。許多鹽溶於液態聯氨中，所得的溶液具有良好的導電性。聯氨可以看作氨分子中的一個氫原子被氨基取代的衍生物。在聯氨分子中的每個氮原子都以sp3不等性雜化形成σ鍵，每個氨上有一對孤對電子。過去一直認為由於氮原子上孤電子對之間的排斥作用，孤電子對應處於反位。最近從聯氨分子具有較強的極性(μ=1.85 D)等方面考慮，認為聯氨分子應該是順式結構。
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氨氣羥氨
羥氨(NH2OH)可以看作NH3分子中的一個氫被OH-（羥基）取代的衍生物，羥氨分子中的N和O都是以不等性sp3雜化軌道形成σ鍵。
- 參考資料
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- 1. 王箴等.化工辭典[M].化學工業出版社,2010 ．
- 2. 氨對人體健康的危害 ．衞生部衞生應急辦公室，中國CDC職業衞生與中毒控制所 ．2012-11．
- 3. 氨安全技術説明書 ．MSDS[引用日期2022-04-12]
- 4. 張天藍，姜風超.無機化學[M].人民衞生出版社,2016:249-252.
- 5. 應波, 李淑敏, 嶽銀玲. 離子色譜法測定空氣中的氨氣[J]. 中國衞生檢驗雜誌, 2006, 16(1):2.
- 6. 張海峯.危險化學品安全技術全書[M].化學工業出版社,2008.
- 7. 王晶.人教版高中化學必修二[M].人民教育出版社,2019:12-14.
- 8. Ammonia ．American Chemical Society[引用日期2022-04-23]
- 9. 危險化學品目錄（2015版） ．中華人民共和國應急管理部[引用日期2022-08-04]
- 10. 國家安全生產監督管理總局 中華人民共和國工業和信息化部 中華人民共和國公安部 中華人民共和國環境保護部 中華人民共和國交通運輸部 中華人民共和國農業部 中華人民共和國國家衞生和計劃生育委員會 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局 國家鐵路局 中國民用航空局公告（2015年 第5號）危險化學品目錄（2015版）--中華人民共和國應急管理部 ．中華人民共和國應急管理部[引用日期2022-08-04]
- 11. 氨 ．化源網[引用日期2022-09-01]
- 12. 《新課標高中化學辭典》編寫組編．新課標高中化學辭典：,四川辭書出版社，2005.01：第272頁
- 收起
