ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АММИАКА

АННОТАЦИЯ

В этой научной статье мы рассмотрим физико-химические свойства аммиака, важного соединения в химической промышленности и важного компонента природных процессов. Аммиак широко используется в производстве удобрений, пищевой промышленности, хладагентов и очистителях воды. Обсуждаются основные физико-химические свойства аммиака, включая его структуру, химическую активность и термодинамические свойства. Также обсуждаются современные методы исследования аммиака и их применение в различных отраслях промышленности. Изучение этих свойств аммиака важно для оптимизации его производства, использования и разработки новых технологий, направленных на снижение негативного воздействия на окружающую среду.

ABSTRACT

In this scientific article, we will consider the physic-chemical properties of ammonia, an important compound in the chemical industry and an important component of natural processes. Ammonia is widely used in the production of fertilizers, food processing, refrigerants and water purifiers. The basic physic-chemical properties of ammonia, including its structure, chemical activity and thermodynamic properties, are discussed. Modern methods of ammonia research and their application in various industries are also discussed. The study of these properties of ammonia is important for optimizing its production, use and development of new technologies aimed at reducing the negative impact on the environment

Ключевые слова: технологии, промышленность, аммоний, химия, хроматография, исследования.

Keywords: technologies, industry, ammonium, chemistry, chromatography, research.

Введение

Современные неорганические технологии (производство минеральных удобрений, а также технической и реактивной соли, органических и неорганических материалов специального назначения и т.д.). Декоммунизация в основном включает химические и технические методы переработки органического и неорганического сырья и полуфабрикатов, которые характеризуются широким спектром свойств и требований к продукции.

Вопросы идентификации становятся все более важными на начальном, среднем и заключительном этапах, а также на протяжении всего технического процесса. Поэтому использование методов физико-химического анализа устройств является наиболее перспективным для изучения структуры, состава и свойств этих веществ.

ИК-спектроскопия, ядерный магнитный резонанс, рентгеновская дифракция, газовая хроматография, высокоэффективная жидкостная хроматография, масс-спектрометрия и т.д. позволяют быстро и надежно идентифицировать, и анализировать органические и неорганические вещества с высокой точностью и воспроизводимостью, делать выводы о совместимости состава и структуры этих веществ, проверять состав сырья, готовой продукции и соблюдать необходимые правила и техническую документацию.

Качество химической продукции, выпускаемой в АО "Maxam-Chirchiq" и на всех других предприятиях промышленности стран СНГ, определяется соответствующими нормативными документами - ГОСТ, техническими характеристиками и т.д. Отредактировано с помощью. Основными показателями, регламентируемыми этими документами, являются физические свойства продукта, а также содержание основных компонентов (удобрения – питательные вещества, техническая продукция – содержание основных компонентов).

В соответствии с условиями, действующими на территории стран ЕС для того, чтобы продукты могли попасть на воскресенье ЕС, эти продукты (вещества) подлежат предварительной регистрации в соответствии с правилами REACH.

Основное различие между требованиями Регламента REACH и требованиями действующего нормативного документа заключается в том, что должны декоммунизироваться все идентификационные показатели вещества, включая химический состав (включая примеси и добавки), молекулярные и структурные формулы одно- и многокомпонентных веществ, названия ЕС и идентификаторы других веществ (идентификаторы других веществ), в случае веществ с переменным составом).

Данная работа проводилась на основаниизаключенного договора между предприятием и Учреждением образования «Белорусский государственный технологический университет» на выполнение НИР «Проведение исследований по определению состава и структуры химическихвеществ, подлежащих регистрации в составе продукции АО «Maxam-Chirchiq» в соответствии с Регламентом европейского парламента и совета (ЕС) № 1907/2006от18 декабря 2006 года, касающимся регистрации, оценки, разрешения и ограничения химических веществ (REACH)».

В качестве объектов исследования использовали следующую химическую продукцию АО «Maxam-Chirchiq»:

• аммиак безводный технический (в баллонах) – ГОСТ 6221-90
• аммиак водный технический – ГОСТ 9-92

Методы исследования и оборудование

Исследования проводились с использованием следующих методов и оборудования:

• ИК-спектроскопия (IR) – ИК-Фурье спектрометр Nexus^TM ESP 670 (ThermoNicolet, США).
• ЯМР – спектроскопия (NMR) – ЯМР-Фурье спектрометр BrukerAvance 400 (Bruker, Германия).
• Рентгеновская дифракция (XRD) – рентгеновский дифрактометрBrukerD8 Advance (BrukerAXS, Германия).
• Высокоэффективная жидкостная хромато-масс-спектрометрия (HPLC-MS) – высокоэффективный хромато-масс-спектрометр Watersc диодно-матричным спектрофотометрическим детектором PDA 996 и масс-детектором ZQ 2000 (Waters, США).
• Газовая хроматография (GC) – газовый хроматограф HP 4890 Dc пламенно-ионизационным детектором (HewlettPackard, США).
• Газовая хромато-масс-спектрометрия (GC-MS) – газовый хромато-масс-спектрометр Agilent Technologies 6850 с масс-селективным детектором Agilent Technologies 5973 (Agilent Technologies, США).

Результаты экспериментальных исследований

Аммиак безводный

Аммиак – NH₃, нитрид водорода, при нормальных условиях – бесцветный газ с резким характерным запахом (запах нашатырного спирта), почти вдвое легче воздуха, ядовит. Растворимость NH₃ в воде чрезвычайно велика – около 1200 объёмов (при 0°C) или 700 объёмов (при 20°C) в объёме воды.

Молекула аммиака имеет форму тригональной пирамиды с атомом азота в вершине. Три неспаренных p-электрона атома азота участвуют в образовании полярных ковалентных связей с 1s-электронами трёх атомов водорода (связи N−H), четвёртая пара внешних электронов является неподелённой, она может образовать донорно-акцепторную связь с ионом водорода, образуя ион аммония NH₄⁺. Благодаря тому, что не связывающее двухэлектронное облако строго ориентировано в пространстве, молекула аммиака обладает высокой полярностью, что приводит к его хорошей растворимости в воде.

Аммиак безводный исследовали методами ИК-спектроскопии и газовой хромато-масс-спектрометрии.

Исследование аммиака безводного методом ИК-спектроскопии (IR)

ИК-спектры(см. рис. 1.)регистрировали с использованием ИК-Фурье спектрометра FT-IR NEXUS 670 (ThermoNicolet, США) в области 600–4000 см^-1 с применением газовой кюветы с окнами из хлорида натрия.

Рисунок 1. ИК-спектр аммиака безводного

ИК-спектр исследованного образца аммиака безводного приведен на рисунке 1. ИК-спектр вещества соответствуе тбиблиотеке NIST [9].

Исследование аммиака безводного методом газовой хромато-масс-спектрометрии (GC-MS)

Хроматографический анализ образца аммиака безводного проводили с использованием газового хромато-масс-спектрометра Agilent Technologies 6850 с масс-селективным детектором Agilent Technologies 5973 (Agilent Technologies, США).

Условия хроматографирования:

- колонка DB-5 (фаза 5% Phenyl, 95% Polysilphenylene-siloxane), 60м×0.32мм×0.25 мкм;

- тип ионизации – электронный удар;

- температура источника (MS Source) – 230ºC;

- температура квадруполя (MS Quad) – 150ºC;

- давление (Pressure) – 239.3 кПа;

- сброс (Split ratio) – 250:1;

- газ-носитель (Gastype) – гелий;

- объемв водимой пробы (InjectionVolume) – 50 мкл.

Аммиак водный

Аммиак водный исследовали методом газовой хромато-масс-спектрометрии (см. рис. 2).

Рисунок 2. Хроматограмма аммиака водного

Хроматографический анализ образца аммиака водного проводили с использованием газового хромато-масс-спектрометра Agilent Technologies 6850 с масс-селективным детектором Agilent Technologies 5973 (Agilent Technologies, США).

Условия хроматографирования:

- колонка DB-5 (фаза 5% Phenyl, 95% Polysilphenylene-siloxane), 60м×0.32мм×0.25 мкм;

- тип ионизации – электронный удар;

- температура источника (MS Source) – 230ºC;

- температура квадруполя (MS Quad) – 150ºC;

- давление (Pressure) – 239,3 кПа;

- сброс (Split ratio) – 250:1;

- газ-носитель (Gastype) – гелий;

- объем вводимой пробы (InjectionVolume) – 5 мкл.

На рисунке 4 представлена хроматограмма аммиака безводного.

Полученный масс-спектр (рисунок 3) соответствует эталонному масс-спектру аммиака масс-спектрометрической базы.

Рисунок 3. Масс-спектры безводного аммиака (а), сравнение масс-спектров безводного аммиака и библиотечного масс-спектра аммиака (б) и библиотечный масс-спектр аммиака (в)

Аммиак водный

Аммиак водный исследовали методом газовой хромато-масс-спектрометрии.

Хроматографический анализ образца аммиака водного проводили с использованиемгазового хромато-масс-спектрометра Agilent Technologies 6850 с масс-селективным детектором Agilent Technologies 5973 (Agilent Technologies, США).

Условия хроматографирования:

- колонка DB-5 (фаза 5% Phenyl, 95% Polysilphenylene-siloxane), 60м×0.32мм×0.25 мкм;

- тип ионизации – электронный удар;

- температура источника (MS Source) – 230ºC;

- температура квадруполя (MS Quad) – 150ºC;

- давление (Pressure) – 239,3 кПа;

- сброс (Split ratio) – 250:1;

- газ-носитель (Gastype) – гелий;

- объем вводимой пробы (InjectionVolume) – 5 мкл.

На рисунке 4 представлена хроматограмма аммиака безводного.

Рисунок 4. Хроматограмма аммиака водного

Масс-спектр аммиака водного (см. рис. 5) соответствует эталонному масс-спектру аммиака масс-спектрометрической базы, так же в нем наблюдается дополнительная линия с молекулярной массой 18, что соответствует молекуле воды.

Рисунок 5. Масс-спектры безводного аммиака (а), сравнение масс-спектров безводного аммиака и библиотечного масс-спектра аммиака (б) и библиотечный масс-спектр аммиака (в)

Заключение

Были проведены исследования для определения состава и структуры химических веществ, подлежащих регистрации в составе продукции АО "Максам-Чирчик" в соответствии с Регламентом Европейского парламента и Совета (ЕС) № 1907/2006 от 18 декабря 2006 года, касающимся регистрации, оценки, выдачи разрешений и ограничения использования химических веществ (REACH).."

В соответствии с техническим заданием были проведены следующие исследования:

• безводного технического аммиака (в баллонах) методами ИК-спектроскопии и газовой хроматографии-масс-спектрометрии;
• технический водный аммиак методом газовой хроматографии-масс-спектрометрии;

В результате проведенных исследований подтверждена структура и состав химических веществ, подлежащих регистрации в продукции АО "Максам-Чирчик".

Список литературы:

1. Свойства и методы идентификации веществ в неорганической технологии /И.М. Жарский [и др.]. – Минск, 1996. – 372 с.
2. Хроматографические и спектральные методы анализа / И.И. Глоба, С.А. Ламоткин. – Минск: БГТУ, 2008. – 352 с.
3. Эрнст, Р. ЯМР в одном и двух измерениях / Р. Эрнст, Дж.Боденхаузен, А. Вокаун; пер. с англ.; под ред. К.М. Салихова. – М.: Мир, 1990. – 709 с.
4. Гюнтер, Х. Введение в курс спектроскопии ЯМР / Х.Гюнтер; пер. с англ. – М.: Мир, 1984. – 478 с.
5. Чижик, В.И. Квантовая радиофизика: магнитный резонанс и его приложения / В.И. Чижик. – 2-ое изд. перераб. – СПб.: С.-Петерб. ун-та, 2009. – 700 с.
6. Александров, М.Л. Экстракция ионов из растворов при атмосферном давлении – новый метод масс-спектрометрического анализа / М.Л. Александров [и др.] // Доклады Академии наук СССР. – Москва, 1984. – Т. 277. – № 2. – С. 379-383.
7. Henderson, M.A. Ionic liquids enable electrospray ionisation mass spectrometry in hexane // M.A. Henderson, J.S. McIndoe. – Chem. Commun. – 2006. – P. 2872-2874.
8. Henderson, W. Mass Spectrometry of Inorganic and Organometallic Compounds // W. Henderson, J. S. McIndoe. – Wiley. – Chem. Commun. – 2005. – P. 2872-2874