(Fr.: (gaz)ammoniac; Du.: Ammoniak; Eng.: (anhydrous) ammonia), de oudst bekende en belangrijkste verbinding van stikstof en waterstof, met de formule NH3.
Eigenschappen.
Ammoniak is een kleurloos gas met prikkelende, traanverwekkende reuk, dat zich gemakkelijk tot vloeistof laat comprimeren (kookpunt −33,3°C). Bij verdamping worden aanzienlijke hoeveelheden warmte (1,2 MJ/kg) opgenomen, van welk feit in de koeltechniek gebruik wordt gemaakt. In water is het zeer goed oplosbaar (tot ammonia). Bij 10°C kan per liter water 930 liter NH3 oplossen. In geringe hoeveelheden komt NH3 in de natuur voor, o.a. door rotting van eiwitten, in het bijzonder van faeces en urine. Ammoniak is een basisch gas; met water ontstaat een base en met zuren ontstaan ammoniumzouten.
In zuurstof verbrandt ammoniak, voornamelijk tot stikstof N2 en water H2O (mengsels van ammoniak en zuurstof zijn explosief!), maar met platina als katalysator ontstaan stikstofmonoxide NO en water H2O als verbrandingsprodukten. Leidt men ammoniakgas over verhit natrium of kalium, dan wordt één waterstofatoom vervangen en ontstaan amiden (NaNH2 of KNH2). Worden alle drie de waterstofatomen vervangen, dan spreekt men van nitriden, bijv. magnesiumnitride Mg3N2. Doordat de zwaartepunten van de positieve en van de negatieve lading niet samenvallen, bezitten de ammoniakmoleculen een dipoolmoment (1,47 p = 4,9 × 10−30 Cm). De polariseerbaarheid is vrij groot. Dit verklaart het ontstaan van tal van complexen, zowel met vloeibare ammoniak als met ammonia, de zgn. ammincomplexen, en het feit dat evenals in water in vloeibare ammoniak verscheidene zouten goed oplossen. Het ammoniakmolecule bezit geen vlakke configuratie, maar heeft de vorm van een piramide met de stikstofkern in de top (∠HNH = 105°). De N─H bindingen zijn covalent.
Vergelijkt men de chemische en fysische eigenschappen van ammoniak met die van water, dan valt de overeenkomst op. Beide verbindingen kunnen als base fungeren door het opnemen van een H+-ion, maar ook als zuur door het afstaan van een proton. Beide vloeistoffen zijn goede oplosmiddelen voor tal van anorganische verbindingen. Naast de chemie van de waterige oplossingen staat een analoge chemie van overeenkomstige oplossingen in vloeibare ammoniak. Tegenover de hydraten staan de ammincomplexen.
Bereiding.
Verreweg de grootste hoeveelheid ammoniak wordt bereid uit de elementen stikstof en waterstof (proces van Haber-Bosch) volgens de evenwichtsreactie
N2 + 3H2 ⇆ 5 2NH3.
De benodigde stikstof wordt door fractioneren uit vloeibare lucht verkregen. De waterstof wordt afgezonderd uit cokesovengas of uit watergas. Ook kart men uitgaan van aardgas. Bij de synthese wordt een mengsel van stikstof en driemaal zoveel waterstof via een tegenstroomvoorverwarmer, bij een druk van 10...30 MPa en een temperatuur van 450...600°C, onder invloed van een katalysator (Fe3O4 met een weinig Al2O3 als promotor) gedeeltelijk omgezet in NH3. Het gasmengsel wordt buiten de reactor in een circulatiestelsel sterk afgekoeld, waarbij NH3 condenseert. Het resterende gas wordt na suppleren van vers synthesegas opnieuw naar de reactor gepompt.
Ammoniak wordt ook verkregen bij de zuivering van cokesoven- en steenkoolgas. Deze gassen worden door water geleid, waarin NH3 gretig oplost tot ammoniakwater. Kookt men dit ammoniakwater met kalkmelk en vangt men de ontwijkende ammoniak in geconcentreerd zwavelzuur op, dan verkrijgt men ammoniumsulfaat (1,2 kg per 100 kg kolen).
Een derde technische bereidingswijze is die uit ‘kalkstikstof ’ (onzuiver calciumcyaanamide CaCN2) en stoom.
In het laboratorium kan men NH3 bereiden door verhitting van geconcentreerde ammonia. Er ontwijken dan stromen nat ammoniakgas, dat gedroogd moet worden met ongebluste kalk. Vanwege het gebruik van cilinders met vloeibare ammoniak wordt dit weinig meer toegepast.
Toepassingen.
NH3 heeft vele toepassingen: voor de bereiding van kunstmeststoffen (ammoniumzouten, ureum), als grondstof voor de salpeterzuurbereiding, bij de sodabereiding volgens het solvayproces, voor de bereiding van waterstof door het kraken van NH3 (dit is goedkoper dan het kopen en vervoeren van H2 in bombes), in koelmachines, ijsfabrieken enz.