Сульфат амонію

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

Сульфат амонію
Ідентифікатори
Номер CAS	7783-20-2
Номер EINECS	231-984-1
KEGG	D08853
Назва MeSH	D01.625.062.374 і D01.875.800.800.850.050
ChEBI	62946
SMILES	[NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)[O-]
InChI	InChI=1S/2H3N.H2O4S/c;;1-5(2,3)4/h2*1H3;(H2,1,2,3,4)
Номер Бельштейна	11343144
Властивості
Молекулярна формула	(NH4)2SO4
Молярна маса	132,141 г/моль
Зовнішній вигляд	білі кристали
Густина	1,77 г/см³[1]
Тпл	280 °C (розкл.)[1] 513±2 °C (у вакуумі)
Розчинність (вода)	76,4 г/100 г H2O[1]
Термохімія
Теплоємність, co p	1423 Дж/(г·K)
Небезпеки
NFPA 704	1 2 0
Якщо не зазначено інше, дані наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

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.^[2]

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:

${\displaystyle \mathrm {2NH_{3}+H_{2}SO_{4}\longrightarrow (NH_{4})_{2}SO_{4}} }$

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:

${\displaystyle \mathrm {CaSO_{4}+(NH_{4})_{2}CO_{3}\longrightarrow (NH_{4})_{2}SO_{4}+CaCO_{3}} }$

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:

${\displaystyle \mathrm {CaSO_{4}+2NH_{3}+CO_{2}+H_{2}O\longrightarrow (NH_{4})_{2}SO_{4}+CaCO_{3}} }$

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:

${\displaystyle \mathrm {CuSO_{4}+2NH_{3}+2H_{2}O\longrightarrow (NH_{4})_{2}SO_{4}+Cu(OH)_{2}\downarrow } }$

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.

${\displaystyle \mathrm {(NH_{4})_{2}SO_{4}{\xrightarrow {>100^{o}C}}NH_{4}HSO_{4}+NH_{3}} }$

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:

${\displaystyle \mathrm {(NH_{4})_{2}SO_{4}\leftrightarrows 2NH_{4}^{+}+SO_{4}^{2-}} }$

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

${\displaystyle \mathrm {(NH_{4})_{2}SO_{4}+H_{2}SO_{4(conc.)}\longrightarrow 2NH_{4}HSO_{4}} }$

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

${\displaystyle \mathrm {(NH_{4})_{2}SO_{4}+2NaOH\longrightarrow 2NH_{3}\uparrow +Na_{2}SO_{4}+2H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {(NH_{4})_{2}SO_{4}+BaCl_{2}\longrightarrow 2NH_{4}Cl+BaSO_{4}\downarrow } }$

При нагріванні окиснюється сильними окисниками до вільного азоту:

${\displaystyle \mathrm {(NH_{4})_{2}SO_{4}+K_{2}Cr_{2}O_{7}{\xrightarrow {250-350^{o}C}}N_{2}+K_{2}SO_{4}+Cr_{2}O_{3}+4H_{2}O} }$

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

${\displaystyle \mathrm {(NH_{4})_{2}SO_{4}+H_{2}SO_{4(conc.)}{\xrightarrow {electrolysis}}(NH_{4})_{2}S_{2}O_{6}(O_{2})+H_{2}\uparrow } }$ (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