Ammoniakist ein farbloses, stehend riechendes, zu Tränen reizendes, giftiges Gas. Seine chemische Formel ist NH3, es besteht im Verhältnis 1:3 aus Stickstoff (Symbol: N) und Wasserstoff (Symbol: H). Es ist leichter als Luft und lässt sich einfach zu einer farblosen, leicht beweglichen, stark lichtbrechenden Flüssigkeit verdichten, welche bei -32°C siedet und bei -77°C zu weißen, durchscheinenden Kristallen erstarrt.
In Wasser ist Ammoniak leicht löslich; Ammoniakwasser reagiert schwach alkalisch. Bei Raumtemperatur ist Ammoniak beständig, zerfällt aber bei Erwärmen in Gegenwart von Katalysatoren in seine Elemente. Flüssiges Ammoniak ist ein gutes Lösemittel für viele Stoffe.
Abb. 1: Formel von Ammoniak, NH3 (File:Bildung Ammonium.svg: Yikrazuul / *derivative work Matt, Ammoniak, Wikimedia Commons, gemeinfrei)
Bahnbrechende Entdeckung von Justus von Liebig
In Form von Salmiak (Ammoniumchlorid, NH4Cl) war Ammoniak schon in der Antike bekannt und wurde aus Kamelmist gewonnen. Praktische Bedeutung erlangte es aber erst, als im Jahr 1840 Justus von Liebig (1803 – 1873) die Stickstoffdüngung zur Verbesserung der landwirtschaftlichen Erträge vorschlug. Er hatte als erster erkannt, dass sich das Wachstum von Pflanzen drastisch erhöhte, wenn man den Böden, auf denen die Pflanzen wuchsen, Stickstoff in Form von Mineraldüngern zuführt.
Heute ist Ammoniak mit einer Weltjahres-Produktion im 100 Megatonnemaßstab eine der meistproduzierten Chemikalien. Neben der Produktion von Düngemitteln ist es Grundstoff für die Herstellung von Kunststoffen (z.B. Nylon) und Salpetersäure. Ammoniak wird auch als FCKW-freies Kühlmittel (Kühltheken, Eislaufhallen) eingesetzt.
Foto: Justus von Liebig, ca. 1860 (Franz Hanfstaengl creator QS:P170,Q647812, derivative work: Amano1 (talk), Justus von Liebig nah, Wikimedia Commons, gemeinfrei)
Haber-Bosch-Verfahren: die wichtigste Synthese der modernen Chemie
Großtechnisch wird Ammoniak seit 1913 nach dem Haber-Bosch-Verfahren, genannt nach Fritz Haber (1868-1934) und Carl Bosch (1874-1940), hergestellt. Beide Wissenschaftler erhielten für diese Entwicklung den Nobelpreis. Im Haber-Bosch-Verfahren wird Ammoniak aus Stickstoffgas (N2) und Wasserstoffgas (H2) in Gegenwart von Katalysatoren hergestellt. Der Stickstoff wird dabei aus der Luft und der Wasserstoff aus Wasser gewonnen.
In der Luft ist der Stickstoff physikalisch mit Sauerstoff vermischt, während im Wasser der Wasserstoff chemisch mit dem Sauerstoff verbunden ist. Die Entfernung des Sauerstoffes erfolgt durch die Verwendung von Koks, wobei aus der Luft in einer wärmeerzeugenden Reaktion Stickstoff und Kohlenmonoxid entstehen und aus Wasser und Koks in einer wärmeverbrauchenden Reaktion Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Beide Reaktionen werden abwechselnd in einem Reaktor durchgeführt. Aus dem erhaltenen Gasgemisch wird das Kohlenmonoxid entfernt. Das nun vorliegende Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch wird bei 500°C und 200 bar in Gegenwart einer Kontaktmasse zu Ammoniak umgesetzt. Das Ammoniak wird in einer Ausbeute von ca. 11% erhalten. 90% des Ammoniaks werden nach diesem Verfahren produziert.
Vielfältigen Einfluss auf Lebensmittelproduktion und industrielle Entwicklung
Das Haber-Bosch-Verfahren hatte einen enormen Einfluss auf die Lebensmittelproduktion, die Landwirtschaft und die industrielle Entwicklung. Aus Ammoniak konnten auf einfache Weise stickstoffhaltige Dünger hergestellt werden. Dieser Einsatz von Stickstoffdüngern in der Landwirtschaft hat die Ertragsmenge von Nutzpflanzen erheblich gesteigert. Damit konnten Hungersnöte der wachsenden Weltbevölkerung reduziert werden.
Abb. 3. Cartoon zu Stickstoff-Dünger (Text unter https://faszinationchemie.de/chemie-ueberall/news/haber-bosch-verfahren-brot-aus-luft), Zeichnung: Maike Hettinger)
Auch im Körper produziert
Im menschlichen und tierischen Körper entsteht Ammoniak beim Abbau von Proteinen in ihre Bestandteile, die Aminosäuren . Es wird in der Leber in den ungiftigen Harnstoff umgewandelt, der mit dem Urin ausgeschieden wird. Erhöhte Ammoniakwerte im Blut deuten zumeist auf eine Lebererkrankung hin.
Salmiakpastillen
Abb. 4: Salmiakpastillen (Andreas Schwarzkopf, Salmiakpastillen, CC BY-SA 3.0)
Salmiakpastillen dagegen sind ungefährlich, solange man sie nicht im Übermaß konsumiert. Kinder haben manchmal an dem etwas stechenden und in der Nase kitzelnden Geschmack ihre Freude.
Dieser besondere „Geschmack“ der Salmiakpastillen – einer Mischung aus Lakritze (Süßholzwurzelextrakt) und Anisöl – stammt vom beigemischten Salmiak (chemisch Ammoniumchlorid NH4Cl), das immer ein wenig Ammoniak abgibt.
Quellen
https://de.wikipedia.org/wiki/Justus_von_Liebig
https://de.wikipedia.org/wiki/Ammoniak
https://de.wikipedia.org/wiki/Haber-Bosch-Verfahren
https://www.internisten-im-netz.de/mediathek/blutbild-erklaerung/ammoniak.html
Der Beitrag wurde vom Arbeitskreis Öffentlichkeitsarbeit der Seniorexperten Chemie, einer Fachgruppe der Gesellschaft Deutscher Chemiker, erstellt.
Autorin: Dr. Wolfgang Weber (bearbeitet durch kjs, Redaktion FaszinationChemie)
In unserer Rubrik „Chemie überall“ geht es um chemische Verbindungen oder chemische Verfahren, die wir im Alltag nutzen oder um Substanzen, die immer mal wieder in den Schlagzeilen sind. Die Beiträge in leicht verständlicher Form sind von Chemikerinnen und Chemikern geschrieben. Alle Beiträge der Reihe: https://faszinationchemie.de/chemie-ueberall
Titelfoto oben: BASF SE (Ammoniakanlage am Standort Ludwigshafen)
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