Азотнокислый аммоний свойства. Как распознать нитрат аммония. Применение на различных типах почв

Длительный опыт производства и применения аммиачной се­литры показал, что при соблюдении установленных правил аммиач­ная селитра безопасна 57~66. Чистая аммиачная селитра не чувстви­тельна к толчкам, ударам или трению. Однако при определенных условиях нитрат аммония обладает взрывчатыми свойствами. На этом основании его используют и как сырье в производстве амми - ачно-селитренных взрывчатых веществ. Они взрывают только от детонатора. Взрывы чистой аммиачной селитры могут быть вы­званы в основном или воздействием детонаторов, или термическим разложением соли в замкнутом пространстве.

Взрывоопасность нитрата аммония возрастает в присутствии минеральных кислот л легко окисляющихся материалов, таких как органические вещества и некоторые металлы, особенно в порошко­образном состоянии (например, алюминий, цинк, свинец, сурьма, висмут, никель, медь, кадмий). В большинстве случаев в присут­ствии этих металлов (особенно кадмия и меди) образуется неустой­чивый, легко разлагающийся нитрит аммония.

При увеличении размера частиц и повышении влажности взры­воопасность аммиачной селитры значительно уменьшается. Влаж­ная соль, содержащая более 3% воды, не взрывает даже при взрыве детонатора 58"5Э.

При нагревании нитрат аммония начинает разлагаться согласно уравнению:

NH 4 N 03 = NH 3 + HN 03 - 41,7 ккал

Это разложение становится заметным выше 150°, но, даже при 165°, потеря в весе аммиачной селитры не превосходит 6% за сутки. При более высоких температурах нитрат аммония разлагается ин­тенсивно по следующим реакциям 67: при 200-270"

NH 4 NO 3 = N 2 0 + 2Н20 + 8,8 ккал При быстром нагревании до высокой температуры NH 4 N 03 = N 2 + 2Н20 + "/202 + 28,5 ккал

(Теплоты этих реакций даны для 18° и для газообразного состояния продуктов реакции.) Последнее уравнение соответствует взрывному разложению NH4N03. Термическое разложение NH4N03 может про­исходить одновременно по нескольким реакциям, причем одна из них может доминировать над другими. Термический распад азотной кислоты обусловливает появление в газообразных продуктах разложения аммиачной селитры N0 и NO2. По-видимому, выделяю­щиеся в результате термического распада азотной кислоты N02 и Н20 являются катализаторами дальнейшего разложения NH4NO368. Термическое разложение расплавленной аммиачной селитры уско­ряется также в присутствии соединений Сг6+, Сг3+, Сг2+ и др. 69. Та­ким образом, чистую аммиачную селитру следует безусловно от­нести к классу потенциально взрывчатых веществ.

Нитрат аммония, хранящийся в открытых складах, не взрывает­ся даже в случае сильного пожара. Пожары же аммиачной селит­ры, которые имели место в закрытых помещениях, например, в ко­рабельных трюмах, контейнерах и т. п., кончались, как правило, сильным взрывом. Предполагают, что термическое разложение ни­трата аммония при атмосферном давлении протекает иначе, чем под повышенным давлением, при котором скорость разложения мо­жет быть большей и быстро образуются большие объемы газооб­разных продуктов. Было показано 64 существование «предельного» давления (около 6 ат) после достижения которого при соответ­ствующей температуре наступает взрывное разложение аммиачной селитры.

С другой стороны, легкую воспламеняемость и взрываемость аммиачной селитры, находящейся в непроветриваемых закрытых помещениях, можно объяснить не повышением общего давления, что является вторичной причиной, а накоплением продуктов мед­ленного разложения селитры. Самопроизвольное разложение ам­миачной селитры в присутствии способных окисляться, например, органических веществ является автокаталитическнм. Такое разло­жение может привести к воспламенению и взрыву. Автокатализ вы­зывается главным образом образующейся при разложении NH4N03 двуокисью азота, а также, но в меньшей мере, водяным паром. По­следнее обстоятельство указывает на недопустимость тушения вос­пламенившейся селитры водяным паром.

Стабилизаторами, предотвращающими самопроизвольное разло­жение аммиачной селитры, могут быть вещества, связывающие образующиеся при ее разложении азотную кислоту и NO2, или вы­деляющие при взаимодействии с NH4N03 аммиак. Последний ней­трализует азотную кислоту и восстанавливает окислы азота до элементарного азота. Стабилизаторами являются, например, карб­амид (0,05-0,1% от веса селитры)70-73, карбонат кальция или маг­ния (5%), хлориды, уротропин и др.67.

Аммиачная селитра является одним из наиболее эффективных азотных удобрений. Впервые в чистом виде в качестве удобрения ее стали применять в СССР. Большое содержание азота позволяет осуществлять ее перевозки на значительные расстояния с меньшими затратами на тонну азота, чем при перевозках других азотных удо­брений (за исключением карбамида). Аммиачная селитра дешевле, чем другие азотные удобрения 74-75. Относительная стоимость азота в азотных удобрениях характеризуется следующими условными по­казателями:

TOC o "1-3" h z В аммиачной селитре................................ 1

сульфате аммония.................................. 1,3

кальциевой селитре................................ 1,5

Аммиачная селитра обладает потенциальной (физиологической) кислотностью. Физиологически нейтрализованную аммиачную се­литру получают сплавлением ее с известняком, доломитом и дру­гими материалами76. Взрывоопасность и слеживаемость аммиачной селитры сдерживали ее производство в капиталистических странах. Лишь в послевоенный период, на основе успешного опыта СССР, вначале в США, а затем и в других странах использование аммиач­ной селитры в качестве азотного удобрения получило широкое раз­витие.

Аммиачную селитру применяют для изготовления взрывчатых веществ - аммонитов (смесей аммиачной селитры с органическими материалами - древесная, жмыховая и другая мука с добавкой нн - тропродуктов), аммоналов (смесей, содержащих алюминиевый по­рошок) и др. Для этих целей выпускают водоустойчивую се­литру 77~79.

Состав аммиачной селитры приведен в табл. 89.

ТАБЛИЦА 89

Состав аммиачной селитры (в %)

Нитратного й аммиачного азота в сухом веществе в пересчете:

На NH4NO3, не менее. ............................................

На азот, не менее.........................................................

Добавок в сухом веществе:

Фосфатов (Р205), не Менее.......

Нлн нитратов Са н Mg (СаО), не менее

Влаги, ие более..................................................................

Не растворимых веществ:

В воде, не более...........................................................

В соляной кислоте, не более...............................

Гранул

В пределах 1-3 мм, не менее................................

Мельче 1 мм, не более.............................................

Жирных кислот и парафина........................................

Железа....................................................................................

Кислотность (на HNO3),Не более.............................

* Предприятиям, применяющим фосфорсодержащие добавки, разрешается вырабатывать аммиачную селитру марки В с содержанием NH4NO3Не меиеа 96К, азота ие менее 33,6Х.

При упаковке селитры температура должна быть не выше 50°.

Ее упаковывают в битумированные бумажные мешки (трех----------------

Пятнслойные), а также и в полиэтиленовые мешки80. Аммиачная селитра марки Б, используемая в сельском хозяйстве и промышлен­ности, должна быть рассыпчатой. Рассыпчатость определяют путем однократного сбрасывания любых пяти мешков с селитрой на пол плашмя с высоты 1 ж с последующим рассевом на сите 5 мм.

За время рассева селитра должна полностью пройти через сито; допускается остаток на сите отдельных комков легко измельчае­мых рукой.

Производство аммиачной селитры состоит из нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком81-84 и кристаллизации продукта. Аммиак не должен содержать более 1% влаги; в нем не допускается присутствие масла.

Азотную кислоту берут концентрацией более 45% HN0385; со­держание окислов азота в ней не должно превышать 0,1 %. Для по­лучения аммиачной селитры мо­гут быть использованы также от­ходы аммиачного производства- например, аммиачная и танковые и продувочные газы, от­водимые из хранилищ жидкого аммиака и получаемые при про­дувках систем синтеза аммиака. Состав танковых газов: 45-70% 27 NH3, 55-30% H2 + N2 (со следа -

Ми метана и аргона); состав про­дувочных газов: 7,5-9% NH3, 92,5-91% H2+N2 (со следами метана и аргона). s

Кроме того, для производства аммиачной селитры используются также газы дистилляции с производства карбамида; их примерный состав: 55-57% NH3, 18-24% С02, 15-20% Н20 86.

Тепловой эффект реакции NH3(r.) + НК03(ж.) ->NH4N03 со­ставляет 35,46 ккал/г-мол. При производстве аммиачной селитры обычно применяют 45-58%-ную кислоту. В этом случае тепловой эффект реакций нейтрализации соответственно уменьшается на величину теплоты разбавления азотной кислоты водой и на вели­чину теплоты растворения аммиачной селитры (рис. 341). При ра­циональном использований выделяющегося тепла нейтрализации можно получить за счет испарения воды концентрированные рас­творы и даже плав аммиачной селитры (рис. 342)87.

В соответствии с этим различают схемы с получением раствора аммиачной селитры с последующим выпариванием его (так назы­ваемый многостадийный процесс) и с получением плава (односта­дийный или безупарочный про­цесс).

Для выбора рациональной схе­мы нейтрализации в СССР были проверены четыре принципиально различные схемы получения аммиач­ной селитры с использованием теп­ла нейтрализации88"101:

установки, работающие при атмосферном давлении (избыточное давление сокового пара 0,15- 0,2 ат);

установки с вакуум-испарите­лем;

установки, работающие под давлением, с однократным исполь­зованием тепла сокового пара;

установки, работающие под давлением, с двукратным использо­ванием тепла сокового пара (по­лучение концентрированного плава).

В промышленной практике на­шли широкое применение как наи­более эффективные установки, рабо­тающие при атмосферном давлении, с использованием тепла ней­трализации и частично установки с вакуум-испарителем.

Химическое вещество нитрат аммония, формула которого NH4NO3, довольно давно известно химикам, еще в 1659 году его открыл И. Р. Глаубером. В литературе распространено еще одно название этого соединения - Внешне аммония нитрат представляет собой кристаллы белого цвета, обладающие высокой гигроскопичностью. соединения равна 235°С, а при 169,6°С нитрат аммония начинает плавиться. Существует несколько кристаллических модификаций, которые довольно существенно влияют на химические, физические свойства и сферы его применения.

Например, эти отличия заключаются в том, что разные модификации кристаллов имеют различный вид решетки. Всего таких модификаций насчитывается пять. Для 1-ой модификации характерна кубическая форма для 2-ой и 5-ой - тетрагоническая, для 3-й и 4-й - ромбическая. При этом в результате переходов соединения из одной модификации в другую обнаруживается постепенное, но устойчивое увеличение объема элементарной ячейки. Это свойство обусловливает различие в химических свойствах. Так, к примеру, модификация IV характеризуется плотностью вещества 1,725 г/см3, температура плавления составляет уже 139,4С°.

Растворимость аммония нитрата такова: в ста граммах воды при температуре 0°С растворяется 119 граммов вещества, при температуре в 25°С растворяется уже 212 граммов, а при 50°С - 346 граммов аммония нитрата. Кроме того, нитрат аммония может растворяться в пиридине, метаноле и этаноле. Очень важной характеристикой соединения выступает то, что при действии удара или же при достижении температуры окружающей среды свыше 270°С, аммония нитрат разлагается, вызывая взрывной эффект.

С помощью индикаторов можно определить кислую среду, которую заключает в себе нитрат аммония, гидролиз с его участием представляет собой которой можно записать как: NH4NO3 + H2O = NH4OH + HNO3. Аммиачная селитра вступает в реакции со щелочными растворами. В результате таких реакций образуется аммиак, а сам процесс реакции выступает как качественная реакция на нитрат аммония.

Как правило, вещество получают путем проведения 60%-ной HNO3. В качестве нейтрализующего вещества используется NH3 в газообразном состоянии. В процессе выделяется тепло, которое направляется на упаривание раствора аммония нитрата и получение вещества в виде гранул.

Наиболее распространенное использование нитрат аммония получил в сельском хозяйстве, в качестве ценного азотного удобрения. Соединение активно применяют и в производстве взрывчатых веществ, а как реагент - в качестве растворителя циркония в твэлах, во время проведения операций по регенерации ядерных отходов. Физико-химические свойства обуславливают постоянное повышение востребованности в веществе, поэтому его производство неуклонно растет и на сегодняшний день достигает 20 миллионов тонн в год, при перерасчете вещества на долю азота.

Аммиачную селитру можно получить в лабораторных условиях при соблюдении строжайших мер предосторожности и правил безопасности. Для этого в ледяной бане производят смешивание сильно разбавленной и нашатырного спирта (водным раствором аммиака). Проводить такую реакцию лучше всего дистанционно, например, с применением манипуляторов, и находясь на достаточно безопасном расстоянии от места расположения смешиваемого раствора. Проведение реакции состоит в постоянном подмешивании кислоты в растворе аммиака при периодической проверке индикатором достижения состояния нейтральной реакции. Таким же способом обеспечивается и контроль над течением реакции. При превышении кислотной среды - в раствор добавляют щелочной компонент, и наоборот.

Нитра́т аммо́ния, или аммонийная (аммиачная) селитра - соль азотной кислоты и аммиака, проявляющего основные свойства. Химическая формула - NH₄NO₃. Была получена еще в семнадцатом веке немецким химиком Глаубером. Аммиачная селитра используется для производства азотных удобрений и .

По своим характеристикам NH₄NO₃ представляет белое вещество, которое плавится при 169,6 °C. Выше этой температуры вещество медленно разлагается, а при 210 °C наблюдается полная деструкция. Скорость детонации 2570 м/с.

Растворение вещества сопрвождается сильным поглощением тепла (является эндотермическим), что значительно замедляет процесс. Чтобы избежать этого и быстро приготовить концентрированный раствор нитрата аммония, рекомендуется его предварительно нагреть. Засыпать кристаллизованное вещество следует небольшими порциями.

Кроме воды, это соединение можно растворить в , пиридине, метиловом и .

Основные методики синтеза аммиачной селитры

Метод c применением безводного аммиака и концентрированной азотной кислоты

Уравнение реакции:

NH₃ + HNO₃ = NH₄NO₃

Эта реакция является , то есть протекает с выделением теплоты. Из-за токсичности реагентов проводить такой синтез дома не рекомендуется.

вы найдете безопасные и зрелищные эксперименты по химии, которые можно проводить дома.

В полученном растворе аммиачной селитры NH₄NO₃ концентрация действующего вещества будет составлять 83 %, а лишняя вода испарится до состояния расплава (жидкого вещества вязкой консистенции). В нем процентное содержание нитрата аммония NH₄NO₃ будет составлять 95–99,5 % (в зависимости от того, какой сорт продукта необходимо получить). Если аммиачную селитру планируется использовать в качестве удобрения, нужно произвести грануляцию полученного состава в распылительных аппаратах. Далее селитру необходимо высушить, охладить и покрыть химическими составами, которые предотвращают слёживание. В итоге получаются белые или бесцветные гранулы.

Аммиачная селитра очень гигроскопична, поэтому если необходимо сухое вещество, ее предварительно нужно обезвоживать.

Нитрофосфатный метод (метод Одда)

Этот метод предполагает три стадии.

Первая стадия : природный минерал апатит (фосфат кальция) обрабатывают азотной кислотой

Ca₃(PO₄)₂ + 6H­NO₃ + 12H₂O → 2H₃PO₄ + 3Ca(NO₃)₂ + 12H₂O

Вторая стадия : полученный состав охлаждают до 0 °C, что приводит к кристаллизации . Образуется кристаллогидрат - Ca(NO₃)₂·4H₂O, после чего от него отделяется фосфорная кислота

2H₃PO₄ + 3Ca(NO₃)₂ + 12H₂O → 2H₃PO₄ + 3Ca(NO₃)₂·4H₂O

Третья стадия : нитрат кальция, образовавшийся в результате всех этих реакций, обрабатывается аммиаком. В результате удается синтезировать аммиачную селитру:

Ca(NO₃)₂ + 4 H₃PO₄ + 8 NH₃ → CaH­PO₄ + 2N­H₄NO₃ + 3(NH₄)₂H­PO₄

Применение аммиачной селитры

В чистом виде аммиачная селитра не применяется в качестве взрывчатого вещества, поскольку очень быстро впитывает воду из воздуха. Однако существуют примеры применения аммиачной селитры из удобрений для производства взрывчатки.

В некоторых регионах Пакистана действует запрет на производство таких удобрений. Американские ученые разработали удобрение на основе аммиачной селитры, которое нельзя использовать в качестве взрывчатки. Этот рецепт предполагает смешивание NH₄NO₃ с сульфатом железа. Сульфат-ион находится в связанном состоянии с NH₄NO₃, и реакция термического разложения аммиачной селитры (со взрывом) становится невозможной.

Страница 1

Нитрат аммония (аммонийная селитра) NH4NO3 – кристаллическое вещество с температурой плавления 169,6ºС, хорошо растворимое в воде. Растворимость при 20ºС равна 0,621 мас. долей, при 160ºС – 0,992 мас. долей. Нитрат аммония сильно гигроскопичен и легко поглощает влагу из атмосферы, в зависимости от температуры может существовать в пяти кристаллических модификациях, различающихся плотностью и структурой кристаллов. Вследствие высокой растворимости в воде, гигроскопичности и полиморфных превращений, сопровождающихся выделением тепла, нитрат аммония легко слеживается. Для уменьшения слеживаемости, которая затрудняет использование продукта, в промышленности используют следующие меры:

Перед складированием полученный продукт охлаждают до температуры ниже 32ºС, так как именно в интервале от 32,3ºС до -17ºС нитрат аммония находится в стабильной ромбической модификации;

Выпускают товарный продукт в гранулированном виде, обрабатывая поверхность гранул ПАВ, образующими на них гидрофобную пленку;

Вводят в состав продукта кондиционирующие добавки в виде нитрата магния и других солей, которые связывают свободную воду и препятствуют переходу одной модификации в другую.

Нитрат аммония в твердом состоянии или в виде высококонцентрированного раствора (плава) при нагревании выше 180 - 200 ºС разлагается:

NH4NO3 = N2O + 2H2O – DH, где DH = 36,8 кДж.

При быстром нагревании в замкнутом пространстве до 400 - 100ºС или инициировании нитрат аммония разлагается со взрывом по уравнению

NH4NO3 = N2 + 2H2O + 0,1O2 – 118 кДж.

Разложение ускоряется в присутствии минеральных кислот и органических веществ. На этом основано использование нитрата аммония в качестве компонента аммонийно-селитровых взрывчатых веществ – аммонитов (смеси с органическими веществами), аммотолов (смеси со взрывчатыми веществами) и аммоналов (смеси, содержащие аллюминий).

Нитрат аммония является безбалластным азотным удобрением и содержит 34,8% азота, из них 17,4% - в аммиачной (NH4+) и 17,4% - в нитратной (NO3-) форме. Поэтому стоимость транспортировки содержащегося в нем азота значительно ниже, чем при перевозке других балластных удобрений (например, сульфата аммония).

Производство нитрата аммония основано на реакции нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком с последующим упариванием полученного раствора нитрата аммония.

Нейтрализация.

Нейтрализация азотной кислоты аммиаком – это необратимый гетерогенный процесс хемосорбции, протекающий с выделением тепла по уравнению

HNO3 + NH3 = NH4NO3 – DH.

Реакция идет в диффузионной области, и ее скорость лимитируется диффузией аммиака из газа к поверхности жидкости. Количество тепла, выделяющегося при нейтрализации, складывается из теплового эффекта реакции и теплоты растворения образовавшегося нитрата аммония в воде:

Qå = Q1 – (Q2 + Q3),

Таким образом, тепловой эффект процесса зависит от концентрации азотной кислоты, взятой для нейтрализации.

Подогрев компонентов (азотной кислоты и газообразного аммиака) улучшает перемешивание системы, ускоряет процесс нейтрализации и повышает концентрацию раствора нитрата аммония.

Упаривание раствора нитрата аммония.

В результате нейтрализации образуется водный раствор нитрата аммония. При этом за счет теплового эффекта реакции нейтрализации часть воды испаряется в виде сокового пара. Интенсивность испарения зависит от величины теплового эффекта и температуры процесса. Поэтому концентрация образующегося раствора определяется как концентрацией азотной кислоты, так и температурой.

Скрыть

Физические и химические свойства

Аммиачная селитра (без примесей)

Практическое значение имеют четвертая и пятая модификации, существующие в следующих пределах:

При переходе из одной модификации в другую происходит перекристаллизация вещества с изменением объема, при этом вещество сильно уплотняется.

Плотность IV модификации - 1,725 г/см 3 .

Аммиачная селитра хорошо растворяется в воде и других веществах:

Аммиачная селитра (удобрение)

Аммиачная селитра (удобрение) отвечает следующим требованиям:

Аммиачная селитра (удобрение) является окислителем. Пожароопасна. При температуре 210 °C и взаимодействии с серой, серным колчеданом, кислотами, суперфосфатом, хлорной известью и порошковыми металлами разлагается с выделением токсичных окислов азота и кислорода.

Применение

Сельское хозяйство

Аммиачная селитра применяется в качестве удобрения во всех приемах ( , ) и под все сельскохозяйственные культуры.

Выпускаются две марки аммиачной селитры: А - для промышленности и Б - для сельского хозяйства. Допустимо применение марки Б для нужд промышленности.

Марки аммиачной селитры, разрешенные к использованию на территории России, находятся в таблице справа.

Промышленность

В промышленности аммиачная селитра применяется для производства различного рода взрывчатых веществ (аммонитов и гранулитов), а также как реагент для растворения циркониевых оболочек ТВЭЛов при регенерации облученного ядерного топлива.

Поведение в почве

В почве азот из аммиачной селитры легко поглощается микроорганизмами. После минерализации последних азот становится доступным для растений. Одновременно происходит растворение аммиачной селитры в почвенном растворе и вступление в реакцию с почвенно-поглощающим комплексом (ППК).

При обменном поглощении аммоний адсорбируется коллоидами почвы, а NO 3 образует соли щелочных или щелочноземельных металлов. (Изображение)

При недостатке кальция на кислых подзолистых почвах внесение аммиачной селитры вызывает некоторое подкисление почвенного раствора. На почвах, богатых основаниями (сероземах и черноземах), даже систематическое внесение высоких доз аммиачной селитры подкисления почвенного раствора не вызывает.

Местное подкисление - явление временное, но может оказать отрицательное влияние на растения в самом начале роста.

Аммонийная часть селитры иногда может подвергаться нитрификации, что также приводит к временному подкислению почвы. Последующая денитрификация приводит к переходу части нитратного азота в газообразное состояние (N 2 , N 2 O, NO).

Применение на различных типах почв

Аммиачная селитра - универсальное удобрение. С некоторыми нюансами она применяется для всех сельскохозяйственных культур и в любой из приемов внесения удобрений.

На кислых почвах

На кислых дерново-подзолистых почвах

Черноземы и сероземы

Влияние на сельскохозяйственные культуры

Внесение аммиачной селитры положительно влияет на все сельскохозяйственные культуры, например, опыты, проведенные в различных штатах США, давали следующие результаты:

Картофель

Пшеница

Получение

Аммиачная селитра получается нейтрализацией азотной кислоты газообразным аммиаком:

HNO 3 + NH 3 (газ) → NH 4 NO 3 + 144,9 кДж

Полученный раствор нитрата аммония упаривают, подвергают кристаллизации и в конце высушивают. К полученному веществу добавляют различные примеси, улучшающие его физико-химические свойства.