substance

ammoniac

Ammonia is a chemical compound of nitrogen and hydrogen that serves as a key solvent and potential biosignature in planetary science.
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Description

La molécule d'ammoniac a une distribution de charge inégale (elle est polaire) et une forme pyramidale, ce qui crée de fortes liaisons hydrogène entre les molécules. La synthèse industrielle (procédé Haber-Bosch) se fait à haute pression et température et consomme environ 1 % de l'énergie mondiale. L'ammoniac est la matière première de la plupart des composés azotés.

Histoire

Les alchimistes connaissaient déjà le 'sel ammoniac' (chlorure d'ammonium) et obtenaient de l'ammoniac par chauffage. Au XVIIIe siècle, Joseph Black et Joseph Priestley étudièrent ses propriétés. La percée décisive eut lieu au début du XXe siècle : Fritz Haber mit au point la synthèse catalytique à partir d'azote et d'hydrogène, et Carl Bosch porta le procédé à l'échelle industrielle. Cela permit d'obtenir des engrais azotés bon marché et augmenta radicalement les rendements agricoles. Ces dernières décennies, l'ammoniac est envisagé comme carburant sans carbone et moyen de stockage de l'hydrogène.

Comment ça marche

Dans le procédé Haber-Bosch, la réaction N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ est accélérée par un catalyseur au fer à 400–500 °C et une pression de 150–300 atm. Le mélange gazeux circule, l'ammoniac se condense et les substances n'ayant pas réagi sont renvoyées. Dans les cycles frigorifiques à absorption, l'ammoniac est dissous dans l'eau, puis s'évapore sous pression réduite en absorbant de la chaleur. En agriculture, l'ammoniac est épandu dans le sol, où les bactéries l'oxydent en nitrites et nitrates (nitrification), assimilables par les plantes. Ces processus obéissent aux principes des équilibres chimiques, de la thermodynamique et de la cinétique des réactions.

En pratique

Production d'engrais qui nourrissent des milliards de personnes ; utilisé dans les systèmes de réfrigération et les produits de nettoyage ménagers.

Anecdote

Des nuages de cristaux d'ammoniac existent dans les atmosphères de Jupiter et Saturne. Les scientifiques ont même envisagé l'hypothèse que la vie aurait pu utiliser l'ammoniac comme solvant au lieu de l'eau.

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