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本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。
氨气（英文名Ammonia），是一种无机化合物，化学式为NH3，分子量为17.031。标准状况下密度为0.771g/L，相对密度0.5971（空气=1.00）。是一种无色、有强烈的刺激气味的气体。氨气能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，能在水中产生少量氢氧根离子，呈弱碱性。在常温下加压即可使其液化（临界温度132.4℃，临界压力11.2兆帕，即112.2大气压），沸点-33.5℃，也易被固化成雪状固体，熔点-77.75℃，溶于水、乙醇和乙醚。在高温时会分解成氮气和氢气，有还原作用。有催化剂存在时氨气可被氧化成一氧化氮。氨气常用于制液氮、氨水、硝酸、铵盐和胺类等。氨气可由氮和氢直接合成而制得，能灼伤皮肤、眼睛、呼吸器官的粘膜，人吸入过多，能引起肺肿胀，以至死亡[1]。[12]
- 中文名
- 氨气[11]
- 外文名
- Ammonia[11]
- 别 名
- 氨[11]
- 化学式
- NH3[4]
- 分子量
- 17.031[11]
- CAS登录号
- 7664-41-7[11]
- EINECS登录号
- 231-635-3[11]
- 熔 点
- -77.7 ℃（101 KPa）
- 沸 点
- -33.5 ℃（101 KPa）
- 水溶性
- 极易溶于水
- 密 度
- 0.771 kg/m³（20℃，101 KPa）
- 外 观
- 无色有刺激性恶臭的气味[4]
- 闪 点
- 11 ℃
- 安全性描述
- S26；S7；S45；S36/37/39；S16；S9；S61[11]
- 危险性符号
- F[11]
- 危险性描述
- R10；R11；R36/37/38；R39/23/24/25[11]
- UN危险货物编号
- 1219[11]
目录
自古脚兰以来，人们就知道氨的气味。18世纪，著名化榆踏学家约瑟夫·布莱克（苏格兰）、彼得·沃尔夫（爱尔兰）、卡尔·威廉·舍勒（瑞典/德国）和约瑟夫·普里斯特利（英格兰）发现空气中的氮能被碳化钙固定而生成氰氨化钙，氰氨化钙与过热水蒸汽反应制的氨。1785年，法国化学家克劳德·路易斯·贝索莱测定了它的元素组成。[8]
由于氮气的化学性质很不活泼，以氮气和氢气为原料合成氨的工业化生产曾是一个较难的课题。1909年，德国化学家哈伯(E.Haber，1868-1934)经过反复的实验研究后发现，在500-600℃、17.5～20.0 MPa和锇为催化剂的条件下，反应后氨的含量可达到6％以上，具备了工业化生产的可能性。为了把哈伯合成氨的实验体归旬室方法转化为规模化的工业生产，德国工程师博施(C. Bosch，18笑婆整74-1940)改进了哈伯首创的高压合成氨，找到了合适的氧化铁型催化剂，使合成氨生产工业化，称为"哈伯--博施法"。
1913年，一个年产量7000吨的合成氨工厂建成并投产，实现了合成氨的工业化生产。从此，合成氨成为化学工业中迅速发展的重要领域。由于合成氨工业生产的实现和相关研究对化学理论与技术发展的推动，哈伯和博施都获得了诺贝尔化学奖。合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，在很大程度上解决了嫌旬判地球上因粮食不足而催狼姜导致的饥饿问题，是化学和技术对社会发展与进步的巨大贡芝笑洪盛献。[7]
2020年，全球氨生产能力为2.2体催兵4亿吨。实际产量为1.87亿吨，在全球生产的化学品中排名第九。[8]
从氨的结构来看，氨分子里的氮原子还有一个孤对电子，可以结合成质子，显示碱性；可作为Lewis碱，形成配位化合物（如加合物）；氨分子上有三个活性氢，可以被取代而发生取代反应；氨分子的空间结构是三角锥形，极性分子。[4]
氨气在标准状况下的密度
0.771g/L
临界点
132.4℃
蒸汽压
506.62 kPa（4.7℃）
熔点
-77.7℃ (常压)
沸点
-33.5℃ (常压)
溶解性
极易溶于水（体积:1:700或质量:53.97 g/100 g）
自燃点
651.1℃
临界压力
11.2MPa
临界体积
72.47cm3/mol
临界密度
0.235g/cm3
临界压缩系数
0.242
液体热膨胀系数
25℃时0.00251/℃
19.75×10-3N/m，19.75dyn/cm
汽化热
1336.97kJ/kg，574.9BTU/1b
熔化热
332.16kJ/kg，142.83BTU/1b
气体定压比热容
2.112kJ/(kg·K)，0.505BTU/(1b·R)
气体定容比热容
1.624kJ/(kg·K)，0.388BTU/(1b·R)
气体比热容比
1.301
气体摩尔熵
192.67J/(mol·K)
气体摩尔生成焓
-45.9kJ/mol
气体黏度
101.15×10-7Pa·s，101.15μPa
液体黏度
0.135mPa·s
25℃（77 ℉）气态时18603.1kJ/kg，7999.3BTU/1 b
空气中爆炸低限含量
16.1%
空气中爆炸高限含量
25%[1]
氨在室温下于0.6～0.7MPa时可液化（临界温度为132.5℃，临界压力为11.23MPa）。氨极易溶于水，也溶于乙醇。液氨为无机质子性非水溶剂，有较大的介电常数、偶极矩和氢键键能。摩尔体积比水大，但比HCN、H2S、SO2等其他无机溶剂小，是一种自行离解小（pKa＝34，-33℃）碱性强的溶剂。因此，液氨能很好地溶解强电解质。同时由于范德华力大，也能溶解碘离子、烯烃、芳香烃以及含有羟基和氨基的化合物。液氨最特殊的性质是能溶解碱金属和碱土金属，作为化学还原的溶剂用于多种有机化学反应。[13]
1.与水反应
在常温，常压下，一体积的水中能溶解700体积的氨。
氨在水中的反应可生成一水合氨：
喷泉实验：
在干燥的圆底烧瓶里充满氨气，用带有玻璃管和滴管（滴管里预先吸入水）的塞子塞紧瓶口。立即倒置烧瓶，使玻璃管插入盛水的烧杯里（水里事先加入少量的酚酞试液），把实验装置装好后。打开橡皮管的夹子，挤压滴管的胶头，使少量的水进入烧瓶，可以观察到酚酞溶液变红并且在尖嘴导管口形成喷泉。
实验的基本原理是加水使烧瓶内大部分氨气溶于水，在短时间内产生较大的压强差，利用大气压将烧瓶下面烧杯中的液体压入烧瓶内，从而在导管口形成喷泉。[7]
2.与酸反应
铵氨与酸作用可得到铵盐，铵盐是由铵根离子
和酸根离子组成的化合物。一般为无色晶体，易溶于水，是强电解质。从结构来看，
和
是广义等电子体。
的半径比
的大，而且接近于
，因此
具有+1价碱金属离子的性质，在晶体结构和溶解度方面非常相似，除酒石酸氢铵等外大多数铵盐都溶于水。但由于
是由5个原子组成的，与一般碱金属离子性质也有所差别（如易分解性·，水解性，热稳定性差）。[4]
3.氧化还原反应
氨分子中的N原子的氧化数为-3，为氮的最低氧化态，在一定条件下可以被氧化形成较高氧化数的物质，产物中以N2为主。如，在热的铂丝催化下与氧气反应、在纯氧中燃烧、用氯或溴处理，都可将其氧化：
氨在空气中燃烧产生绿色火焰，若点燃氨与空气的混合物（体积比在16%～25%时）可以发生爆炸。[13]
4.加合反应
加合反应（氨合反应）：作为Lewis碱，氨以其分子中的孤对电子与许多金属离子（路易斯酸）作用形成氨配离子，如[Ag(NH3)2]+、[Cu(NH3)4]2+、[Cr(NH3)6]3+、[Co(NH3)6]3+和[Pt(NH3)4]2+等，使许多难溶化合物溶解。
此外，氨还可与具有空轨道的Lewis酸直接作用形成相应的加合物，如：[4]
5.取代反应
另一方面，也可以看作以氨基、亚氨基取代其他化合物中的原子或基团生成的产物：[4]
1.市场上有钢瓶装纯的合成氨出售，因此实验室中就不再用铵盐来制备氨了。市售钢瓶装液态氨(纯度在99.8%以上)，在室温下约有压力0.8MPa，用氨瓶减压阀降至常压放出后，在一般的合成实验室中，完全可以直接使用，其中一些不重要的杂质如油气、痕量的CO2等可将氨气通过热处理过的活性炭除去。欲需要彻底干燥，可将瓶装氨气分别通过装有碱石灰或固体KOH和金属钠丝的两根0.5m长的管子。最后可让它在P2O5上通过，如果此时氨与P2O5不起反应，说明前两步干燥是有效的。精制方法：一般市售的液氨纯度很高，杂质主要是水。水是在钢瓶进行耐压试验时带入的。其次还有微量的氧化铁等。这些杂质通过重复进行脱水蒸馏可以完全除去。在钢瓶中事先放入金属钠时，可在真空耐压反应管中蒸馏液氨，水可以彻底除去。蒸馏时接受器要充分冷却。用水反复吸收氨后冷却而得。[13]
2.工业生产的主要原料为煤（或焦炭、天然气等）、空气和水。工业化生产氨的过程一般分为造气、脱硫变换、压缩精制和合成等工序。氮和氢的混合气体加压到15MPa后，由合成塔的上部进入合成塔，经热交换器，由中心管进入接触室，自上而下地通过催化剂层，在480～520℃温度下进行下述反应： 反应后的气体（含氨12%～16%的混合气）经热交换气降低温度后，由塔底出口导出。出塔后经水冷器进一步降温，使氨液化，再经氨分离器分离出液氨。未反应的氮、氢混合气送入合成塔循环使用。[13]
1.在电子工业中，高纯氨用于模集成电路减压或等离子体CVD，以生长二氧化硅膜锅炉给水pH值调节剂，氨用来中和给水中的碳酸，提高pH值，减缓给大规水中二氧化碳的腐蚀。也是锅炉停炉保护剂，对锅炉内有少量存水不能放出的锅炉也有较好的保护效果。
2.在食品工业中用作碱性剂、酵母养料、食用色素稀释剂、冻豆腐制造用剂和溶剂。也可用于可可粉及含糖可可粉、可可豆粉、可可液块和可可油饼，食用酪蛋白酸盐的加工，用量按GMP。
3.在化工、科研等领域用作标准气、配制标准混合气、物性测定、硅或氧化硅的氮化等。在无机化学工业中用于铵盐、硝酸、氰化氢、肼、羟胺、硫胺、硝胺、磷胺、尿素等的制造。在有机化学工业中可将液氨与烷基氯或醇反应制备烷基胺，如1,2-二氯乙烷反应制取乙二胺，与己二腈反应制取己二胺，与丙烯反应制取丙烯腈等。其他还可用于吗啉、哌嗪、乌洛托品、皮考啉，2-甲基-5-乙烯基吡啶等的制造和用作冷冻剂等，氨还可以作为生物燃料来提供能源。[6]
4.用于制造氨水和液氨，氨水的用途非常广泛，如，可以检验HCl等气体的存在，与铝盐溶液反应制氢氧化铝。配制银氨溶液检验有机物分子中醛基的存在等。液氨可用于生产硝酸、尿素和其他化学肥料，还可用作医药和农药的原料。在国防工业中，用于制造火箭、导弹的推进剂。可用作有机化工产品的氨化原料，因为液氨在气化后转变为氨气，能吸收大量的热，被誉为“冷冻剂”，同时液氨具有一定的杀菌作用，所以在家禽养殖业中，被用于杀菌和降温制冷作用。液氨还可用于纺织品的丝光整理等。
数据[11]：
1.疏水参数计算参考值（XlogP）:-0.7
2.氢键供体数量:1
3.氢键受体数量:1
4.可旋转化学键数量:0
5.互变异构体数量:无
6.拓扑分子极性表面积1
7.重原子数量:1
8.表面电荷:0
9.复杂度:0
10.同位素原子数量:0
11.确定原子立构中心数量:0
12.不确定原子立构中心数量:0
13.确定化学键立构中心数量:0
14.不确定化学键立构中心数量:0
15.共价键单元数量:1
对接触的皮肤和头发用大量清水冲洗15 min以上。冲洗皮肤和头发时要注意保护眼睛[3]。
病人复苏
应立即将患者转移出污染区，至空气新鲜处，对病人进行复苏三步法（气道、呼吸、循环）。
气道：保证气道不被舌头或异物阻塞。
呼吸：检查病人是否呼吸，如无呼吸可用袖珍面罩等提供通气。
初步治疗
氨中毒无特效解毒药，应采用支持治疗。
如果接触浓度≥500 ppm，并出现眼刺激、肺水肿的症状，应立即就医。
如皮肤接触氨，会引起化学烧伤，可按热烧伤处理：适当补液，给止痛剂，维持体温，用消毒垫或清洁床单覆盖伤面。如果皮肤接触高压液氨，要注意冻伤。
误服者给饮牛奶，有腐蚀症状时忌洗胃[3]。
(1) 少量泄漏。
撤退区域内所有人员。防止吸入蒸气，防止接触液体或气体。处置人员应使用呼吸器。禁止进入氨气可能汇集的局限空间，并加强通风。只能在保证安全的情况下堵漏。泄漏的容器应转移到安全地带，并且仅在确保安全的情况下才能打开阀门泄压。可用砂土、蛭石等惰性吸收材料收集和吸附泄漏物。收集的泄漏物应放在贴有相应标签的密闭容器中，以便废弃处理。
(2) 大量泄漏。
疏散场所内所有未防护人员，并向上风向转移。泄漏处置人员应穿上全封闭重型防化服，佩戴好空气呼吸器，在做好个人防护措施后，用喷雾水流对泄漏区域进行稀释。通过水枪的稀释，使现场的氨气渐渐散去，利用无火花工具对泄漏点进行封堵。
向当地政府和“119”及当地环保部门、公安交警部门报警，报警内容应包括事故单位；事故发生的时间、地点、化学品名称和泄漏量、危险程度；有无人员伤亡以及报警人姓名、电话。
禁止接触或跨越泄漏的液氨，防止泄漏物进入阴沟和排水道，增强通风。场所内禁止吸烟和明火。在保证安全的情况下，要堵漏或翻转泄漏的容器以避免液氨漏出。要喷雾状水，以抑制蒸气或改变蒸气云的流向，但禁止用水直接冲击泄漏的液氨或泄漏源。防止泄漏物进入水体、下水道、地下室或密闭性空间。禁止进入氨气可能汇集的受限空间。清洗以后，在储存和再使用前要将所有的保护性服装和设备清洗消毒[3]。
在贮存及运输使用过程中，如发生火灾应采取以下措施：
（1）报警：迅速向当地119消防、政府报警。报警内容应包括：事故单位、事故发生的时间、地点、化学品名称、危险程度、有无人员伤亡以及报警人姓名、电话。
（2）隔离、疏散、转移遇险人员到安全区域，建立500 m左右警戒区，并在通往事故现场的主要干道上实行交通管制，除消防及应急处理人员外，其他人员禁止进入警戒区，并迅速撤离无关人员。
（3）消防人员进入火场前，应穿着防化服，佩戴正压式呼吸器。氨气易穿透衣物，且易溶于水，消防人员要注意对人体排汗量大的部位，如生殖器官、腋下、肛门等部位的防护。
（4）小火灾时用干粉或CO2灭火器，大火灾时用水幕、雾状水或常规泡沫。
（5）储罐火灾时，尽可能远距离灭火或使用遥控水枪或水炮扑救。
（6）切勿直接对泄漏口或安全阀门喷水，防止产生冻结。
（7）安全阀发出声响或变色时应尽快撤离，切勿在储罐两端停留[3]。
（2）工作时应选用耐腐蚀的工作服、防碱手套、眼镜、胶鞋、防毒口罩，防毒口罩应定期检查，以防失效。
（3）在使用氨水作业时，应随身备有清水，以防万一；在氨水运输过程中，应随身备有3%硼酸液，以备急救冲洗；配制一定浓度氨水时，应戴上风镜；使用氨水时，作业者应在上风处，防止氨气刺激面部；操作时要严禁用手揉擦眼睛，操作后洗净双手。
（5）配备良好的通风排气设施、合适的防爆、灭火装置。
（6）工作场所禁止饮食、吸烟、明火、火花。
（7）应急救援时，必须佩带空气呼吸器。
（8）发生泄漏时，将泄漏钢瓶的渗口朝上，防止液态氨溢出。
（9）加强生产过程的密闭化和自动化，防止跑、冒、滴、漏。
（10）使用、运输和贮存时应注意安全，防止容器破裂和冒气。
（11）现场安装氨气监测仪，及时发现报警[3]。
吸入
氨的刺激性是可靠的有害浓度报警信号。但由于嗅觉疲劳，长期接触后对低浓度的氨会难以察觉。吸入是接触的主要途径，吸入氨气后的中毒表现主要有以下几个方面。
轻度吸入氨中毒表现有鼻炎、咽炎、喉痛、发音嘶哑。氨进入气管、支气管会引起咳嗽、咯痰、痰内有血。严重时可咯血及肺水肿，呼吸困难、咯白色或血性泡沫痰，双肺布满大、中水泡音。患者有咽灼痛、咳嗽、咳痰或咯血、胸闷和胸骨后疼痛等。
急性吸入氨中毒的发生多由意外事故如管道破裂、阀门爆裂等造成。急性氨中毒主要表现为呼吸道粘膜刺激和灼伤。其症状根据氨的浓度、吸入时间以及个人感受性等而轻重不同。
皮肤和眼睛接触
皮肤接触可引起严重疼痛和烧伤，并能发生咖啡样着色。被腐蚀部位呈胶状并发软，可发生深度组织破坏。
高浓度蒸气对眼睛有强刺激性，可引起疼痛和烧伤，导致明显的炎症并可能发生水肿、上皮组织破坏、角膜混浊和虹膜发炎。轻度病例一般会缓解，严重病例可能会长期持续，并发生持续性水肿、疤痕、永久性混浊、眼睛膨出、白内障、眼睑和眼球粘连及失明等并发症。多次或持续接触氨会导致结膜炎。
急性毒性
LD50
350 mg/kg（大鼠经口）
LC50
4230 ppm（小鼠吸入，1 h）
LC50
2000 ppm（大鼠吸入，4 h）
刺激性
家兔经眼
100 mg，重度刺激
亚急性与慢性毒性
——
大鼠，20 mg/m3，每天24 h，84 d，或每天5~6 h，7个月，出现神经系统功能紊乱。
致突变性
微生物致突变性
大肠杆菌1500 ppm（3 h）
细胞遗传学分析
大鼠吸入19800 μg/m3（16周）
生态毒性
LC50
＞3.58 mg/L（24 h）（彩鲑，已受精的）
LC50
＞3.58 mg/L（24 h）（彩鲑，幼年的）
LC50
0.068 mg/L（24 h）（彩鲑，85天的鱼苗）
LC50
0.097 mg/L（24 h）（彩鲑，成年的）
LC50
24 mg/L（48 h）（水蚤）[6]
中和法：
离子色谱法：
以稀硫酸作为吸收液采集空气中的氨，使氨在吸收液中转化为铵离子，选用抑制型电导检测器，D ionex IonPac CS10阳离子分析柱，以HCl作为淋洗液，进样体积50 μl，通过测定吸收液中的铵离子来计算空气中氨的浓度.结果:对空气中氨气的采样效率大于98%，铵离子在1~100 mg/L范围内具有良好的线性(r=0.9990)，方法精密度高(RSD5%)，对铵离子的检出限为0.1 mg/L，最小采样体积为9.5 L；与国家标准方法纳氏试剂分光光度法(GB/T14668)比较，测定结果一致。[5]
联氨(NH2NH2)又称为肼，联氨是一种吸湿性很强、介电常数较高的无色液体，熔点为275K，沸点为386.5K。固态时由于氢键的形成·，两岸为联状多聚体。许多盐溶于液态联氨中，所得的溶液具有良好的导电性。联氨可以看作氨分子中的一个氢原子被氨基取代的衍生物。在联氨分子中的每个氮原子都以sp3不等性杂化形成σ键，每个氨上有一对孤对电子。过去一直认为由于氮原子上孤电子对之间的排斥作用，孤电子对应处于反位。最近从联氨分子具有较强的极性(μ=1.85D)等方面考虑，认为联氨分子应该是顺式结构。[4]
羟氨是一种无色吸湿性很强的固体，熔点为305.5 K(2.93kPa)，易溶于水和低级醇中。[4]