Ammoniac - Définition et Explications

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Nomenclature

D'après la nomenclature IUPAC, l'ammoniac est le plus simple des azanes, ou hydrures d'azote acycliques.

Propriétés physicochimiques

  • Odeur : très âcre et facilement reconnaissable, nocif par inhalation (mortel à hautes doses).
  • Inflammabilité et explosibilité : sous forte pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.), l'ammoniac (L’ammoniac est un composé chimique, de formule NH3 (groupe générique des nitrures d'hydrogène). C'est une molécule pyramidale à base trigonale : l'atome d'azote (N) est au...) peut former un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat...) explosif (Un explosif est un composé chimique défini ou un mélange de corps susceptibles lors de leur transformation, de dégager en un temps très court, un grand volume de gaz porté à haute...) avec les huiles de lubrification, le mélange air-ammoniac s'enflamme et explose violemment.
  • Surchauffe de compression : la valeur élevée du rapport α=Cp/Cv = 1,335 à °C limite rapidement le taux de compression (Le taux de compression est une mesure de la performance d'un algorithme de compression de données informatiques. Il est généralement exprimé en pourcentage, et noté τ. Deux...) admissible du fait des hautes températures des vapeurs de refoulement (Le refoulement est un des concepts majeurs de la psychanalyse développés par Sigmund Freud.), températures qui risqueraient au-delà d'une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...) de 120 °C une altération des huiles de lubrification et la formation d'un mélange détonant.
  • Corrosion des métaux, joints et lubrifiants : attaque le cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable, et présente sur ses surfaces fraîches une...) et tous ses alliages. C'est la raison pour laquelle les installations frigorifiques fonctionnant à l'ammoniac sont réalisées avec des tuyauteries en acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du soudage de l’acier) et de la construction...).
  • Miscibilité et solubilité : très soluble dans l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) et non miscible avec les huiles naphténiques et les huiles de synthèse. Lorsqu'il est dissout dans l'eau, le gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de...) ammoniac forme une solution aqueuse de ce gaz, nommée l’ammoniaque, et donne lieu à un équilibre peu dissocié ; il se formerait alors de l'hydroxyde d'ammonium (L'ion ammonium (de formule NH4+) est un ion polyatomique de charge électrique positive (c'est donc plus précisément un cation polyatomique). Il est obtenu par protonation de...) de formule NH4OH. L'ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais, à partir de l'adjectif grec ἰόν (ion), se traduisant par « allant, qui va ».) ammonium NH4+ comporte alors un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un...) d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) aux quatre sommets du tétraèdre (Le tétraèdre (du grec tétra : quatre), est un solide composé de quatre triangles, de la famille des pyramides, donc des cônes.). L'existence de l'hydroxyde d'ammonium est remise en question, à cause de la qualité d'acide de Lewis (Un acide de Lewis (du nom du chimiste américain Gilbert Newton Lewis) est une entité chimique dont un de ses atomes la constituant possède une lacune...) de l'ion ammonium. L'ammoniac peut également perdre un proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire positive.), H+, et donner l'ion amidure, NH2-,qui est une base forte.

Production industrielle

La production industrielle de l'ammoniac se fait essentiellement par synthèse directe à partir de dihydrogène (Le dihydrogène est la forme moléculaire de l'élément hydrogène, qui existe à l'état gazeux aux conditions normales de pression et de température....) et de diazote (Le diazote, couramment nommé « azote » de manière incorrecte, est le nom de la molécule diatomique composée de deux atomes d'azote....) (procédé Haber-Bosch). Le diazote est fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni, sont...) par l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines...) et le dihydrogène par vaporeformage du méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la famille des alcanes. C'est un gaz que l'on trouve à l'état naturel et qui est produit par des organismes...) (gaz naturel).

\mathrm{CH_4 + N_2 + 2\,H_2O \longrightarrow 2\,NH_3 + H_2 + CO_2}

Qui peut se décomposer en :

Production de dihydrogène par vaporeformage (voir l'article dihydrogène) :
\mathrm{CH_4 + H_2O \longrightarrow CO + 3\,H_2}
\mathrm{CO + H_2O \longrightarrow CO_2 + H_2}
Synthèse de l'ammoniac :
\mathrm{N_2 + 3H_2 \longrightarrow 2\,NH_3 \ \ \ \ \Delta H^0_{298} = -\,92,2\ kJ/mol}

Ancienne méthode de fabrication

Anciennement, l'ammoniac était obtenu par distillation (La distillation est un procédé de séparation de substances, mélangées sous forme liquide. Elle consiste à porter le mélange à ébullition et à recueillir une fraction légère appelée distillat, et une fraction lourde appelée...) du purin et du fumier.

Au début du XXe siècle, différents procédés de synthèse ont été imaginés.
L'un d'entre eux se base sur l'hydrolyse de la cyanamide calcique, elle-même obtenue à partir du carbure (Un carbure est un composé chimique du carbone avec un deuxième élément chimique autre que l’oxygène. Ils présentent donc une formulation générale de type...) de calcium (Le calcium est un élément chimique, de symbole Ca et de numéro atomique 20.).

\mathrm{CaO + 3\,C \longrightarrow CaC_2 + CO}
\mathrm{CaC_2 + N_2 \longrightarrow CaCN_2 + C}
\mathrm{CaCN_2 + 3\,H_2O \longrightarrow CaCO_3 + 2\,NH_3}

L'autre utilise l'hydrolyse du nitrure d'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse...), lui-même produit par nitruration à haute température de l'alumine.

\mathrm{Al_2O_3 + N_2 + 3\,C \longrightarrow 2\,AlN + 3\,CO}
\mathrm{2\,AlN + 3\,H_2O \longrightarrow Al_2O_3 + 2\,NH_3}

Il faudra attendre 1913 pour voir apparaitre le procédé Haber-Bosch encore employé au XXIe siècle.

Impact environnemental

Les quantités d'ammoniac rejetées dans l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) en font l'un des principaux responsables de l'acidification de l'eau et des sols, ainsi qu'un facteur favorisant les pluies acides. En France et en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme...), le secteur de l'agriculture est à l'origine de 95% des émissions d'ammoniac. 80% des émissions proviennent de la volatilisation des déjections animales ; Les 20 % restant sont principalement liés à la production des engrais (Les engrais sont des substances, le plus souvent des mélanges d'éléments minéraux, destinées à apporter aux plantes des...) azotés et à leur épandage, difficile à adapter aux aléas climatiques.

Il s'agit du principal responsable de l'eutrophisation (L'eutrophisation d'un milieu aquatique, tel que cours d'eau ou mares, désigne originellement et simplement son caractère eutrophe (du grec eu :...) des milieux aquatiques.


Avec un GWP («Global Warming Potential») de 0, l’ammoniac est un fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides...) frigorigène sans effet sur le réchauffement climatique (Le réchauffement climatique, également appelé réchauffement planétaire, ou réchauffement global, est un phénomène d'augmentation de la température moyenne des océans et de...), contrairement aux fluides frigorigènes type HFC couramment utilisés dans les climatiseurs et pompes à chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) dont le GWP peut varier de 1430 (R134A) à 3900 (R404A).

De même, avec un ODP ("Potentiel de déplétion (Le terme déplétion peut faire référence à :) ozonique") de 0, l'ammoniac est un fluide frigorigène sans effet sur la couche d'ozone (L’ozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes d’oxygène (O3). Sa structure est une résonance entre trois états. Métastable aux conditions ambiantes,...), contrairement aux fluides frigorigènes type HCFC dont le plus connu est le R22 encore courant dans les systèmes de climatisations anciens.

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