Сульфат амонію

Шаблон:Речовина Амо́ній сульфа́т, сульфат амонію — амонієва сіль сульфатної кислоти складу (NH₄)₂SO₄. За звичайних умов є білими, гігроскопічними кристалами.

Основною сферою застосування сульфату амонію є сільське господарство — як азот- та сірковмісне добриво. Також використовується у виробництві персульфатів та антипіренів.

Поширення у природі

Масканьїт

У природі сульфат амонію може знаходитися у вигляді мінералу масканьїту. Він кристалізується на вулканічних фумаролах та на джерелах термальних вод.

Фізичні властивості

Сульфат амонію є білими, ортогональними кристалами. Добре розчиняється у воді, не утворюючи гідратів. При 0 °C його розчинність складає 70,6 г на 100 г води та 103,8 г при 100 °C. Не розчиняється в етанолі та ацетоні.

Температура Кюрі 566 °C

Отримання

Сульфат амонію зазвичай синтезується кількома шляхами:

• з аміаку та сульфатної кислоти;
• із коксового газу;
• як побічний продукт органічних синтезів;
• із гіпсу;
• із сульфату міді (домашні або лабораторні умови).

З аміаку та сульфатної кислоти

Цех виробництва сульфату амонію на заводі «Leunawerke» німецького міста Лойна (1963)

Даний метод нині є промисловим способом отримання сульфату амонію.

Газуватий аміак впорскується до концентрованої (понад 70 %) сульфатної кислоти і в результаті утворюються кристали солі розміром 0,5—3 мм:

$\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{⟶}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$

Взаємодія аміаку і кислоти є екзотермічною, але утворене тепло не відводять — воно необхідне для випаровування зайвої води і підтримування стабільно високої концентрації кислоти.

З коксового газу

Масштаби отримання сульфату амонію з коксового газу останніми десятиліттями суттєво зменшуються через модернізацію металургійних підприємств та впровадження безвідходних технологій виробництва.

Коксовий газ, що утворюється в результаті коксування кам'яного вугілля, є сумішшю оксидів вуглецю, водню, метану та, найголовніше, аміаку. Неочищений коксовий газ пропускається крізь сульфатну кислоту з утворенням солі сульфату амонію. Такий продукт має значну кількість домішок у вигляді органічних смол.

Застосовується також непрямий метод: аміак виділяється із водного шару коксівного конденсату під дією вапна і далі пропускається крізь сульфатну кислоту.

Побічний продукт органічних синтезів

Значні кількості сульфату амонію отримують як побічний продукт синтезу капролактаму. Взаємодією циклогексанону з гідроксиламіном синтезують оксим (2), який в олеумі або концентрованій H₂SO₄ зазнає перегрупування Бекмана із утворенням капролактаму (3).

У реакційній суміші, після охолодження, капролактам перебуває у формі монозаміщеного сульфату. Його витісняють додаванням аміаку, в результаті чого утворюється капролактам та сульфат амонію як побічний продукт.

З гіпсу

Через дефіцит сульфатної кислоти у часи Першої світової війни, науковцями BASF був розроблений метод отримання сульфату амонію з гіпсу. Дрібно помелений гіпс змішують із розчином карбонату амонію:

$\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{⟶}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

Взаємодію проводять протягом кількох годин у резервуарах із перемішуванням, а потім фільтрують на вакуум-фільтрах. Карбонат кальцію добре виділяється із суміші завдяки його малій розчинності.

Також можна проводити взаємодію шляхом пропускання газуватих аміаку та оксиду вуглецю крізь суспензії гіпсу:

$\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{⟶}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

З купрум сульфату

Утворюється в розчині при осадженні гідроксиду міді(II) (світло-блакитний осад) з розчину сульфату міді (мідного купоросу) аміаком або його водним розчином (нашатирним спиртом) на відкритому повітрі чи під витяжкою:

$\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{⟶}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\downarrow }$

Розчин треба помішувати до зникнення інтенсивного темно-синього забарвлення аміачного комплексного іона міді [Cu(NH₃)₄]²⁺, який утворюється при надлишку аміаку, а аміак додавати до повного осадження міді.

Хімічні властивості

При нагрівання на повітрі сульфат амонію починає розкладатися при температурі понад 100 °C, а у вакуумі — при 513 °C.

$\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\stackrel{>100^{o}C}{\to }\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{H}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}$

При вищих температурах, більше 300 °C, можуть також виділятися незначні кількості N₂, SO₂, SO₃, H₂O.

У розчинах сполука добре дисоціює із частковим гідролізом, утворюючи кисле середовище:

$\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{\leftrightarrows }\mathrm{2}\mathrm{N}{H}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{S}{O}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}\mathrm{-}}$

При взаємодії твердого (NH₄)₂SO₄ з концентрованою сульфатною кислотою утворюється монозаміщений сульфат:

$\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}\mathrm{(}\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{c}\mathrm{.}\mathrm{)}}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{H}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$

Сульфат амонію вступає в реакції обміну з лугами та деякими солями:

$\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\uparrow }\mathrm{+}\mathrm{N}{\mathrm{a}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{B}\mathrm{a}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{\downarrow }$

При нагріванні окиснюється сильними окисниками до вільного азоту:

$\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}{\mathrm{K}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{7}}\stackrel{250-350^{o}C}{\to }{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{K}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

При електролізі розчину солі в концентрованій сульфатній кислоті, утворюється персульфат амонію:

$\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}\mathrm{(}\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{c}\mathrm{.}\mathrm{)}}\stackrel{electrolysis}{\to }\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{S}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{6}}\mathrm{(}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{)}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$ (на платиновому або платинованому аноді утворюється персульфат, а на катоді — водень).

Застосування

Французька листівка про значення сульфату амонію у садівництві

Практично увесь синтезований сульфат амонію застосовується як добриво. Окрім значного вмісту в сполуці азоту, в ній також присутня важлива для аграріїв сірка.

У менших масштабах сіль використовується для виробництва персульфатів, антипіренів. Також застосовується у фотографії, текстильній та скляній промисловостях.

Див. також

• Азотні добрива
• Капролактам

Джерела

• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-ru
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-ru