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氨氣（Ammonia）是一種由氮和氫元素組成的無機化合物，化學(xué)式為NH?，分子量17.031。作為自然界中氮循環(huán)的關(guān)鍵中間體，它以無色氣體形態(tài)存在，具有強烈的刺激性惡臭，這一特性使其自古以來就為人類所感知——其氣味甚至與尿液的臊味直接相關(guān)，因為尿液中的含氮物質(zhì)分解后會釋放氨氣。這種氣體對人體黏膜有強烈刺激作用，吸入過量可引發(fā)肺腫脹甚至死亡，因此操作時需嚴格防護。

獨特的理化性質(zhì)

氨氣的物理性質(zhì)呈現(xiàn)顯著“極端性”：在標準狀況下密度僅為0.771g/L，遠輕于空氣（相對密度0.5971），這使得泄漏時氨氣易向上擴散。其熔點低至-77.75℃，沸點-33.5℃，因此在常溫下加壓即可液化（臨界溫度132.4℃，臨界壓力11.2MPa），液化后的液氨是工業(yè)上重要的制冷劑。最引人注目的是其溶解性——1體積水可溶解700體積氨氣，形成的氨水（NH?·H?O）呈弱堿性（1%溶液pH值11.7），能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍，這一特性成為實驗室檢驗氨氣的經(jīng)典方法。

化學(xué)性質(zhì)上，氨氣表現(xiàn)出多重反應(yīng)活性：與水結(jié)合生成一水合氨，不穩(wěn)定受熱易分解；作為路易斯堿可與酸發(fā)生中和反應(yīng)，如與HCl氣體相遇產(chǎn)生白煙（NH?Cl），這是檢驗HCl的重要手段；在純氧中燃燒生成氮氣和水（4NH?+3O?=點燃=2N?+6H?O），而在催化劑存在下則發(fā)生催化氧化（4NH?+5O?=催化劑加熱=4NO+6H?O），后者正是工業(yè)制硝酸的核心步驟。此外，液氨可發(fā)生自偶電離（2NH??NH??+NH??），展現(xiàn)出類似水的溶劑特性。

從實驗室到工業(yè)的制備之路

實驗室制備氨氣常采用銨鹽與強堿共熱的方法，如2NH?Cl（固態(tài)）+Ca(OH)?（固態(tài)）=△=2NH?↑+CaCl?+2H?O，或通過濃氨水與氫氧化鈉固體混合快速制取。而工業(yè)上則依賴劃時代的“哈伯-博施法”：1909年德國化學(xué)家哈伯發(fā)現(xiàn)，在500-600℃、17.5-20.0MPa和鋨催化劑條件下，氮氣與氫氣可直接合成氨（N?+3H??高溫高壓催化劑2NH?），氨產(chǎn)率達6%以上；工程師博施隨后改進工藝，以氧化鐵為催化劑實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，兩人因此分獲諾貝爾化學(xué)獎。

現(xiàn)代工業(yè)制氨已形成多元化原料路線：天然氣經(jīng)脫硫、轉(zhuǎn)化、變換等工序制得純凈氫氮混合氣；重質(zhì)油通過部分氧化法生產(chǎn)原料氣；煤（焦炭）氣化則是傳統(tǒng)制氨方法。2020年全球氨產(chǎn)能達2.24億噸，實際產(chǎn)量1.87億噸，位列全球化學(xué)品產(chǎn)量第九，足見其工業(yè)地位。

橫跨多領(lǐng)域的應(yīng)用

氨氣的應(yīng)用版圖極為廣闊：農(nóng)業(yè)領(lǐng)域消耗全球約80%的氨產(chǎn)量，通過合成尿素、碳酸氫銨等氮肥，為農(nóng)作物提供關(guān)鍵氮素養(yǎng)分，直接支撐著全球糧食安全——據(jù)統(tǒng)計，合成氨技術(shù)使全球糧食產(chǎn)量提升近一倍。工業(yè)上，液氨作為制冷劑廣泛用于冷鏈物流，其氣化潛熱高達1336.97kJ/kg，制冷效率優(yōu)異；在化工領(lǐng)域，氨是生產(chǎn)硝酸、純堿、胺類的基礎(chǔ)原料，聚氨酯泡沫、尼龍等高分子材料的合成也離不開它。

電子工業(yè)中，高純氨（純度99.999%-99.99999%）用于集成電路的等離子體CVD工藝，生長二氧化硅膜；食品工業(yè)作為堿性劑調(diào)節(jié)pH值，或用于可可制品加工；醫(yī)藥領(lǐng)域參與磺胺藥、維生素的合成。值得關(guān)注的是，氨氣作為潛在清潔能源載體正嶄露頭角——其燃燒僅生成氮氣和水，不排放CO?，日本、德國已開展氨燃料發(fā)電試驗，為碳中和提供新路徑。

安全與未來展望

盡管氨氣用途廣泛，其危害亦不容忽視：爆炸極限15.7%-27.4%（V/V），遇火源可引發(fā)爆炸；對黏膜具有強腐蝕性，慢性中毒導(dǎo)致氣管炎、肺氣腫，急性暴露引發(fā)喉頭水腫和肺水腫。因此泄漏處理需迅速撤離上風(fēng)向，佩戴正壓式呼吸器，少量泄漏可用水吸收，大量泄漏需用噴霧狀水稀釋驅(qū)散。

從解決全球饑餓的“面包之氮”到推動能源轉(zhuǎn)型的“零碳燃料”，氨氣在人類文明進程中扮演著多重角色。隨著綠色合成氨技術(shù)（如電催化、光催化固氮）的發(fā)展，未來這種古老而重要的化合物，必將在可持續(xù)發(fā)展中綻放新的光彩。