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Siehe auch: Ammoniumchlorid, Ammoniumcarbonat, Ammoniumhydrogencarbonat, Ammoniumnitrat 
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Ammoniak

Autor: Hans Lohninger

Eigenschaften
CAS-Nr.7664-41-7
FormelNH3
Molmasse17.031
Schmelzpunkt-77.7 °C
Siedepunkt-33.35 °C
Dichte, [gasf., 0°C, 1 bar]0.7714 g/L
Brechungsindex [17°C]1.325

Ammoniak, NH3, ist ein farbloses sehr stark riechendes Gas, das bei Raumtemperatur unter ca. 6 bar Druck verflüssigt werden kann. Ammoniak ist in Wasser sehr gut löslich (1 l Wasser löst bei 0°C 1170 l Ammoniak, bei 20°C immer noch rund 700 l NH3). Das konzentrierte Ammoniakwasser entspricht einer 35%-igen Lösung und kommt als "Salmiakgeist"(1) in den Handel. Ammoniaklösung reagiert leicht basisch.

Alkali- und Erdalkalielemente lösen sich in flüssigem Ammoniak mit blauer Farbe, die von solvatisierten Elektronen herrührt. Die blauen Lösungen leiten elektrischen Strom sehr gut und sind starke Reduktionsmittel.

Ammoniak reagiert heftig mit Säuren. So bilden sich mit HCl weiße Ammoniumchloridnebel:

NH3 (g) + HCl (g) NH4Cl (s)

Darstellung
Die Ammoniaksynthese erfolgt nach dem Haber-Bosch-Verfahren aus den Elementen:

3 H2 + N2 2 NH3

Diese Reaktion ist exotherm und mit einer Volumenverminderung verknüpft. Darum kann das Gleichgewicht durch Erniedrigung der Temperatur und Erhöhung des Drucks nach rechts verschoben werden. Bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck liegt das Gleichgewicht fast zu 100% auf der Ammoniakseite. Allerdings ist die Reaktionsgeschwindigkeit bei niedriger Temperatur so gering, dass man "ewig" auf die Einstellung des Gleichgewichts warten müsste. Da die Katalysatoren erst ab einer Temperatur von ca. 400°C ihre beschleunigende Wirkung entfalten, ist man gezwungen, die Temperatur der Synthese auf rund 500°C anzuheben. Bei dieser Temperatur und bei Atmosphärendruck liegt das Gleichgewicht aber sehr weit links (nur 0.13 Vol% Ammoniak); darum erhöht man den Druck bei 500°C auf 200 bar, so dass die Ausbeute auf rund 18% steigt.

Die technische Synthese erfolgt bei 500°C und 200 bar in Kontaktöfen an Eisenkatalysatoren, bei einer Kontaktzeit von ca. 30 Sekunden. Diese Zeit ist für die vollständige Einstellung des Gleichgewichts zu kurz, so dass die tatsächliche Ausbeute nur etwa 11% ist (gegenüber den 18%, die theoretisch möglich sind). Der gebildete Ammoniak wird entweder ausgewaschen oder durch Abkühlung verflüssigt. Die verbleibenden Reaktionsgase werden nach dem Entzug des Ammoniaks wieder dem System zugeführt. Der für die Synthese benötigte Stickstoff wird der Luft durch Luftverflüssigung entnommen, der Wasserstoff stammt entweder aus der Reduktion von Wasser mit Koks (Wassergas) oder aus der Spaltung von Erdgas oder Rohbenzin (Spaltgas).

Verwendung
Der Großteil der Weltproduktion an Ammoniak dient zur Düngemittelproduktion (in Form von Ammoniumsalzen und Nitraten). Weiters ist Ammoniak der Ausgangspunkt der Synthese einer Reihe von Stickstoffverbindungen, wie z.B. Hydrazin, Hydroxylamin, Harnstoff oder Natriumcyanid.


(1) Achtung "Salmiakgeist" und "Salmiak" sind zwei verschiedene Substanzen. Ersterer ist Ammoniakwasser, zweiterer ist festes Ammoniumchlorid.


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Last Update: 2013-09-09