¿Cómo se producen el amoníaco sintético y el ácido nítrico?
Las principales fuentes de compuestos que contienen oxígeno en el suelo son: las heces de animales o animales y plantas muertos ingresan al suelo y se transforman en ellos, los óxidos de nitrógeno formados en la atmósfera durante las emisiones de las tormentas se disuelven en el agua de lluvia y se transportan; en el suelo; algunas bacterias Rhizobium que crecen simbióticamente con leguminosas absorben cloro del aire y producen algunos compuestos de flúor. Sin embargo, estas fuentes están lejos de satisfacer las necesidades de la producción agrícola a gran escala. Por lo tanto, cómo convertir el gas flúor libre en la atmósfera en compuestos que contienen nitrógeno que las plantas pueden absorber, es decir, la fijación de amoníaco, se ha convertido en un tema explorado por los químicos.
Esta disciplina logró un gran avance a principios del siglo XX. Primero, en 1898, el profesor de química alemán Frank y sus asistentes, el Dr. Ross y el Dr. Carroll, descubrieron que el carburo de bario se calentaba en nitrógeno para generar cianuro de bario y cianamida de bario. Luego, descubrieron que el carburo de calcio también puede producir cianamida de calcio cuando se calienta a más de 1000 °C en nitrógeno, y descubrieron que la cianamida de calcio se hidroliza para producir amoníaco. Por lo tanto, inicialmente se recomendó la cianamida cálcica como fertilizante. En 1904, Alemania construyó su primera instalación de producción industrial. También se estableció una fábrica en Italia en 1905, seguida de fábricas en Estados Unidos y Canadá. En 1921, la producción mundial de cianamida cálcica alcanzó las 500.000 toneladas por año, pero desde entonces la construcción de nuevas plantas se ha detenido gradualmente, porque la industria de la síntesis directa de amoníaco a partir de hidrógeno y nitrógeno estaba emergiendo silenciosamente.
Posteriormente, el nitrógeno y el oxígeno se combinan directamente a través de la electricidad para formar oxicloruro, que se disuelve en agua para formar ácido nítrico y ácido nitroso.
Para implementar este método en la producción industrial se requiere una potencia potente y un arco estable. Este experimento fue diseñado en 1904 por el profesor de física noruego Birkeland y el ingeniero Ed. Utilizaron tuberías de cobre con agua de refrigeración como electrodos e introdujeron corriente alterna. El arco generado más un fuerte campo magnético hace que el arco forme una forma de disco oscilante, por lo que el área de la llama aumenta considerablemente y la temperatura puede alcanzar los 3300°C. El dispositivo entró en funcionamiento en Noruega en 1905. Noruega tiene una potente central hidroeléctrica que puede utilizarse para producir ácido nítrico. Sin embargo, este método de preparación de ácido nítrico perdió rápidamente su valor industrial después de la aparición de la oxidación del ácido nítrico con oxígeno.
La oxidación del amoniaco comienza con la síntesis de amoniaco. La invención del oxígeno sintético fue el tercer método de fijación química del nitrógeno.
El amoniaco también se llama gas amoniaco. La palabra proviene del antiguo dios egipcio de la vida y la fertilidad. Esto se debe a la acumulación de estiércol de camello y de las ofrendas restantes de los fieles junto al templo del antiguo dios egipcio de la vida y la fertilidad, formando gradualmente cloruro de amonio. La materia orgánica que contiene nitrógeno, los animales y plantas muertos y los excrementos pueden producir amoníaco bajo la acción de las bacterias.
En 1774, Priestley calentó una mezcla de cloruro de amonio e hidróxido de calcio, recogiendo primero amoníaco eliminando el mercurio y extrayendo gas. El análisis de Berthollet en 1784 confirmó que el amoníaco está compuesto de nitrógeno e hidrógeno. En el siglo XIX, muchos químicos intentaron sintetizar oxígeno a partir de cloro e hidrógeno, utilizando catalizadores, arcos eléctricos, altas temperaturas y altas presiones, pero fracasaron. Algunas personas pensaron que era imposible sintetizar amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno.
No fue hasta el siglo XIX que se lograron algunos avances en los campos de investigación de nuevas disciplinas como la termodinámica química, la cinética química y los catalizadores, y algunos químicos estudiaron con éxito la reacción de síntesis de amoníaco bajo la dirección de teorías correctas.
En 1904, el químico alemán Haber realizó experimentos de síntesis utilizando tubos cerámicos llenos de catalizadores de hierro. Se ha determinado que cuando la reacción alcanza el equilibrio a presión normal y temperatura alta de 1020°C, hay amoníaco con una fracción en volumen de 0,012% en la mezcla de gases. Entre 1904 y 1911 realizó más de 20.000 experimentos. Basándose en datos experimentales, creía que el proceso podría lograrse haciendo circular el gas de reacción a alta presión y separando continuamente el amoníaco producido por la reacción de este ciclo. En 1909 solicitó una patente para utilizar una mezcla de osmio, uranio y carburo de uranio como catalizador. En mayo de 1910 se lograron finalmente resultados gratificantes en el laboratorio.
El Hubble aplicó experimentos exitosos a la producción industrial y obtuvo la cooperación de ingenieros de las empresas alemanas Bardisil y Soda, como Bosch, Lapp, Mitach y otras. En julio de 1910, Bosch fabricó el equipo de alta presión necesario para la industria de síntesis de amoníaco; Lapp resolvió una serie de problemas mecánicos bajo alta temperatura y alta presión; Mittag desarrolló con éxito un catalizador de hierro que contenía una pequeña cantidad de cocatalizador de alúmina y carbonato de potasio; , utilizando Utilizado en la síntesis industrial de amoníaco. Establecieron la primera planta industrial de amoníaco del mundo en Aobao en 1911, con una producción anual de 9.000 toneladas de amoníaco. La construcción comenzó el 9 de septiembre de 1913. Desde entonces se ha completado la fijación artificial de nitrógeno.
La síntesis de hidrógeno no sólo sintetizó amoníaco, sino que también fue pionera en la promoción de reacciones químicas a alta presión. Posteriormente, el químico alemán Bergius aplicó el método de alta presión a la producción de diversos productos químicos. En 1920, el carbón se licuó mediante el método de alta presión y se sintetizó con éxito gasolina sintética.
Como resultado, Hubble ganó el Premio Nobel de Química en 1918; Bosch y Bergius ganaron ambos el Premio Nobel de Química.
Sin embargo, mientras Hubble creó formas de salvar a millones de criaturas hambrientas, también ideó medios horribles para matar personas.
1965438+ Alrededor de las 5 de la tarde del 22 de abril de 2005, cuando estalló la Primera Guerra Mundial, Alemania abrió casi 6.000 cilindros llenos de cloro gaseoso y unas 180 toneladas de cloro gaseoso se esparcieron sobre la línea de defensa. que custodiaba Ypres, Bélgica, a manos de las fuerzas aliadas canadienses y las tropas argelinas francesas, provocó 15.000 bajas, 5.000 de ellas muertas. Esta fue la primera vez en la historia que se utilizaron armas químicas. Esto fue planeado por Harper. Su esposa, doctora en química, le rogó que dejara el trabajo, pero cuando su marido se negó, ella se suicidó con la pistola de Harper. En este sentido, el Hubble fue condenado y vilipendiado por las generaciones futuras.
El hidrógeno del amoníaco sintético proviene del agua y el amoníaco proviene del aire. Se sopla aire al fondo de un generador de gas que contiene carbón para provocar que el carbón se queme. Cuando la temperatura del horno alcanza aproximadamente 1000°C, se introduce vapor para generar monóxido de carbono e hidrógeno mientras se absorbe calor. Para mantener la temperatura en el horno, en el funcionamiento real, se sopla alternativamente aire y vapor, y el gas obtenido de esta manera se denomina gas semiagua. Su composición es aproximadamente la siguiente:
H2: 38% ~ 42% N2: 21% ~ 23% Co: 30% ~ 32% CO2: 8% ~ 9% H2S: 0,2% ~ 0,5% semi -gas de agua Se necesitan hidrógeno y cloro para sintetizar amoníaco, y es necesario eliminar otros gases.
El sulfuro de hidrógeno (H2S) es absorbido por el amoniaco.
En presencia de un catalizador, el monóxido de carbono se convierte en dióxido de carbono e hidrógeno mediante calentamiento y reacción con agua. El gas transformado se llama gas transformado.
La solubilidad del dióxido de carbono en agua en el gas de cambio es significativamente mayor que la solubilidad de otros componentes en el gas de cambio, por lo que puede eliminarse con agua o absorberse con álcali y amoníaco.
El bicarbonato de amonio es solo un pequeño fertilizante químico utilizado en la China rural.
Una pequeña cantidad de monóxido de carbono se elimina mediante absorción en una solución de acetato cúprico y amónico.
La mezcla pura de hidrógeno y nitrógeno se comprime y luego entra en la torre de síntesis. Pasa por el catalizador a una determinada temperatura y presión para sintetizar parcialmente el amoniaco. Debido a que el amoníaco se licua fácilmente, se transformará en líquido a presión atmosférica y -33,4°C. El nitrógeno, el hidrógeno y el amoníaco que salen de la torre de síntesis entrarán en el enfriador y el amoníaco se licuará, mientras que el nitrógeno y el hidrógeno seguirán siendo gases. Después de pasar por el separador, el amoníaco se separa del nitrógeno y del hidrógeno. El compresor de circulación envía el nitrógeno y el hidrógeno sin reaccionar a la torre de síntesis para su reciclaje.
La síntesis de amoniaco también abre un camino para la preparación de ácido nítrico. El alquimista árabe del siglo VIII, Jabir, escribió sobre la preparación del ácido nítrico: Destilar 65.438+0 libras de vitriolo verde y media libra de salitre para obtener un ácido que disuelva bien algunos metales. Si agrega 1/4 de libra de cloruro de amonio, el efecto será mejor.
El ácido sulfúrico se destila del vitriolo verde. El vitriolo verde reacciona con el salitre para obtener ácido nítrico y se añade cloruro de amonio para obtener ácido clorhídrico.
Una mezcla de 3 partes de ácido clorhídrico y 1 parte de ácido nítrico es agua regia.
Desde el siglo VIII, los europeos producían ácido nítrico a partir de salitre y vitriolo verde. Después de la expansión de la producción de ácido sulfúrico, se produjo gradualmente ácido nítrico a partir de la reacción del nitrato de sodio y el ácido sulfúrico.
Como se mencionó anteriormente, el ácido nítrico se producía oxidando el óxido nítrico a principios del siglo XX, pero ese método consumía mucha electricidad.
Ya en 1830, el fabricante químico francés Cullmann propuso que el amoníaco se combina con el oxígeno bajo la catálisis del platino para generar ácido nítrico y agua.
En 1906, el químico letón Ostwald industrializó este método y lo introdujo en Gran Bretaña en 1918.
Luego sustituir constantemente el catalizador. El químico ruso Igor Andreyev cambió a una aleación de platino-iridio en 1914; la mezcla de óxido de cerio y óxido de torio utilizada en la investigación de Frank y Carlo era menos catalítica que el platino, pero menos costosa. En la actualidad, se utiliza principalmente una aleación de platino y rodio. A altas temperaturas, el amoníaco se oxida primero en óxido nítrico y luego en dióxido de nitrógeno. El dióxido de nitrógeno se disuelve en agua para formar ácido nítrico.