Ammoniaak

Ammoniaak (keemilise valemiga NH₃) on värvuseta, iseloomuliku terava lõhnaga, mürgine ja põhiolekus õhust kergem gaas. Ammoniaak kondenseerub normaalrõhul temperatuuril −33,49 °C ning sulab temperatuuril −77,73 °C. Ammoniaak on lämmastiku ja vesiniku ühend. NH₃ lahustub vees, moodustades ammoniaakhüdraadi (NH₃•H₂O), mida rahvapäraselt kutsutakse nuuskpiirituseks. Nuuskpiirituse näol on tegu ammoniaagi 5–10% vesilahusega ning nuuskpiiritust kasutatakse sissehingamiseks minestuse korral. Ammoniaaki toodetakse aastas 150 miljonit tonni . Tööstuslikult saadakse ammoniaaki Haber-Boschi meetodiga. Ammoniaagi saamiseks liidetakse atmosfäärne lämmastik vesinikuga kõrgel temperatuuril (450 °C) ja rõhul (100 atm) raudkatalüsaatoriga . Umbes 80% tööstuslikult toodetud ammoniaagist kasutatakse väetistes ning ülejäänud osa plastiku, sünteetilise fiibri ja vaigu, farmaatsias, lõhkeainetes, külmutusagensina ja kodukeemias.
Samuti satub ammoniaaki atmosfääri ka orgaaniliste ühendite bakteriaalsel lagunemisel, mis leiab aset üldiselt veekogude põhjas. Ammoniaak on oluline muudegi bioloogiliste protsesside juures, sest osaleb prekursorina raku nukleotiidide sünteesi protsessis. Lisaks sellele on ammoniaak kaasatud lämmastikuringesse, kus ta osaleb mitmete orgaaniliste ühendite koostises bakteriaalsel lagunemisel mullas. Suur hulk ammoniaaki pärineb ka taimede ja loomade väljaheidete lagunemisest põllumajanduses ja karjakasvatuses.
NH₃ molekul on korrapärase püramiidi kujuga. Vedel ammoniaak on peale vee üks uurituim ioniseeriv lahusti. Vedelas NH₃ lahustuvad leelis- ja leelismuldmetallid, Al, Eu, Yb, P, S, I ja paljud intermetalliidid. Metallide lahused on metallijuhtivusega, sest koosnevad metalliioonidest ja solvateerunud elektronidest. Metallide lahused vedelas ammoniaagis on tugevad redutseerijad. Ammoniaagis lahustunud polaarsete kovalentsete või iooniliste sidemetega ühendid dissotsieeruvad ioonideks. Paljud sellised ühendid muutuvad prootonite doonoriteks näiteks süsivesikud, happeamiidid ja mõned süsivesikud omandavad happelisi omadusi.
Vedelas olekus sarnaneb ammoniaak suurel määral veega.

Ammoniaagi iseloomustus

NH₃ molekul tekib lämmastiku aatomi kolme p-elektroni osavõtul. Tekkiv valentsnurk on VSPERi teooria järgi 107°. Sellest saab järeldada, et sidemed N‒H vahel on osaliselt sp³-hübridisatsioonis. Lämmastiku vaba elektronpaar on ruumiliselt orienteeritud ning sellest tulenevalt on NH₃ molekul elektronpaari doonor ning omab suurt polaarsust (μ=1,47). Suur dipoolmoment on tingitud ammoniaagi geomeetriast ning ühtlasi muudab see molekuli polaarseks. Ammoniaagi ruumiline orientatsioon seletab, miks ammoniaagi molekul esineb doonorina doonoraktseptorsideme moodustamisel.
NH₃ molekulide vahel võib tekkida vesinikside, mis on põhjustatud jagamata elektronipaarist ja N–H polaarsusest (Joonis 1). Sellest tulenevalt on ammoniaagi sulamistemperatuur (−77,7 °C) ning keemistemperatuur (−33,5 °C) anomaalselt kõrge sama rühma (VA) elementide binaarsete vesinikuühenditega võrreldes. Vedel ammoniaak on hea ioniseeriv lahusti.

Ammonoalused, ammonohapped ja ammonolüüs

1.Ammonoaluste reageerimisel ammonohapetega eraldub reaktsiooni käigus ammoniaak. Tegu on neutraliseerimisreaktsiooniga:
KNH₂ + NH₄Cl ⇌ KCl + 2NH₃↑
2.Ammonoalustes lahustuvad happelised ja amfoteersed nitriidid, vesinikntriidid ja divesiniknitriidid:
6KNH₂ + C₃N₄ ⇌ 3K₂[CN₂] + 4NH₃↑
2KNH₂ + Zn(NH₂)₂ ⇌ K₂[Zn(NH₂)₄]
3.Ammonohapetes lahustuvad aluselised ja amfoteersed nitriidid, vesiniknitriidid ja divesiniknitriidid:
Ca₃N₂ + 6NH₄Cl ⇌ 3CaCl₂ + 8NH₃↑
Zn(NH₂)₂ + 2NH₄Cl ⇌ [Zn(NH₃)₄]Cl₂
4.Leelis- ja leelismuldmetallid reageerivad vedela ammoniaagi, ammonohapete ja ammonoalustega:
2K + 2NH₃ ⇌ 2KNH₂ + H₂↑
Mg + 2NH₂Cl + 4NH₃ ⇌ [Mg(NH₃)₆]Cl₂ + H₂↑
5.Ainetega, mis lahustuvad vedelas ammoniaagis, toimub ammonolüüs:
PCl₅ + 8NH₃ ⇌ PN(NH₂)₂ + 5NH₄Cl
SO₂Cl₂ + 4NH₃ ⇌ SO₂(NH₂)₂ + 2NH₄Cl

Leelismetallide ammoniaaklahused

Vedela ammoniaagi lahuseid on uuritud palju rohkem kui mõndasid teisi veevabu solvente. Vedel ammoniaak on hea solvent mitmetele sooladele ning samas ka metallidele. Kõige ebatavalisemaks ja huvitavamaks võibki pidada just vedela ammoniaagi lahuseid metallidega.
Vedelas ammoniaagis lahustuvad nii leelis- kui ka leelismuldmetallid. Lahuse värvus on erk sinine. Kui metalli kontsentratsioon lahuses on kõrge, (~10% ja rohkem) siis lahusel on metalne läige ning vedelik peegeldab valgust. Samas kui lahusel lastakse mingi aeg seista, siis lahuse värvus kaob üldse. 
Ammoniaagi muutmisel tagasi gaasiks jääb alles värskelt valmistatud leelismetall.[4]
Sarnaselt leelismetalli reageerimisega veega eraldub ka vedela ammoniaagiga reageerides vesinik. Vedela ammoniaagiga reageerides eraldub amiidioon (veega OH⁻) ja metalli katioon M⁺.
Vedelas ammoniaagis toimub reaktsioon järgmiselt:
M(s) + 2NH₃(l) ⇌ H₂(g) + M⁺(am) + 2NH₂⁻(am)
Saadud ammoniaagilahus juhib hästi elektrit, sest lahuses on solvateeritud elektronid, mis liiguvad lahuses vabalt.
Kui s-ploki metalli kontsentratsiooni vedelas ammoniaagis suurendada, siis molaarne juhtivus väheneb ning jõuab miinimumini umbes ~0,5M lahuses. Edasi hakkab molaarne juhtivus uuesti tõusma ja küllastunud lahuse molaarne juhtivus on seega võrreldav metalli enda omaga. Omadustelt on saadav lahus metallisarnane.

Saamine

Puhast ammoniaaki valmistas esimesena inglise füüsik Joseph Priestley 1774. aastal. Täpse keemilise koostise määras esimesena aga prantsuse keemik Claude-Louis Berthollet 1785. aastal.
Ammoniaaki toodetakse tööstuses suurtes kogustes Haberi-Boschi protsessiga.
N₂ (g) + 3H₂ (g) ⇌ 2 NH₃ (g) ΔH= − 92 kJmol ⁻¹
Protsess toimub õhulämmastiku ja vesiniku vahel 1:3, temperatuuril 400–450 °C, rõhul 200 atm katalüütiliselt. Seejärel saadus jahutatakse ja eraldatakse vedel ammoniaak, ülejäänud gaas suunatakse tagasi protsessi.
Võimalik on saada ammoniaaki ka erinevate nitriidide reageerimisel veega. Sedasi leiab aset reaktsioon näiteks magneesiumnitriidi ja vee vahel.
Mg₃N₂ (t) + 6 H₂O ⇌ 3 Mg(OH)₂ (t) + 2 NH₃ (g) 
Looduses tekib ammoniaak orgaaniliste loomsete ja taimsete jäätmete lagunemisel. Selle protsessi käigus tekib gaasiline ammoniaak, mis atmosfääris lämmastikuringes osaleb. Samuti eraldub ammoniaaki mitmete orgaanilise aine lagunemisprotsesside käigus mullas, üheks selliseks protsessiks on ammonifikatsioon.
Ammonifikatsioon on lämmastikuringe protsess, mis leiab aset mullas. Selle käigus muundub orgaaniline lämmastik mikroorganismide abiga ammooniumiks. Aeroobses keskkonnas toimuva ammonifikatsiooni protsessi käigus tekib uurea lagunemisel muuhulgas ka ammoniaak, mida lämmastikuringe seisukohast võib lugeda katabolismi kõrvalproduktiks.

Toksikoloogia

Suures kontsentratsioonis on ammoniaak väga mürgine. Kokkupuutel nahaga võib esineda põletusi, kuid kahjustuda võivad ka nahakoed. Gaasilise ammoniaagiga kokkupuutumisel võivad aga tekkida silma- ja limaskestade kahjustused. Kontsentreeritud ammoniaagi sattumisel silma on tõenäoline tõsine võrkkesta kahjustus ja pimedaks jäämine. Kui hingata sisse gaasilist ammoniaaki, esineb limaskestade kahjustusi, hingamisraskusi ja kopsukahjustusi, kuid välistatud ei ole ka surm. Allaneelamisel tekib raskemal juhul tõsine mürgistus, millega võib kaasneda surm. Kergemal juhul pääseb kannatanu kõrvalnähtudega, milleks on kõhuvalu, seedehäired või ebamugavustunne.
Seni ei ole suudetud tõestada ammoniaagi kantserogeenset toimet ei Keskkonnakaitse Agentuuri (EPA) ega Rahvusvahelise Kasvajate Uurimise Instituudi (IARC) poolt.
Mõnele metallile võib ammoniaagil olla söövitav toime, nii reageerib ammoonium näiteks vasega. Seetõttu peab ammoniaaki hoidma terasest või rauast anumas, sest neile puudub ammoniaagil söövitav toime.

Ammoniaagi vesilahused

Ammoniaagi vesilahused on nõrgalt aluselised ja veest väiksema tihedusega.
Ammooniumhüdroksiidi 5-protsendilist vesilahust tuntakse rahva seas nuuskpiirituse nime all. See on tugeva aluselise reaktsiooniga teravalõhnaline vedelik. Sisse hingates põhjustab reflektoorselt hingamise kiirenemist ning vererõhutõusu. Seda kasutatakse meditsiinis minestuse või alkoholi mürgistuse korral, et stimuleerida piklikaju tegevust.
Samuti kuulub ammooniumhüdroksiid paljude levinud puhastusvahendite koostisse.

Kasutamine

Ammoniaaki kasutatakse suurtes kogustes väetisena mulla viljakuse suurendamiseks. Kõige lihtsam viis on seda otse mullale pihustada, samas on võimalik kasutada ka erinevaid ammoniaagisoolasid (ammooniumnitraat NH₂NO₃, ammooniumnitraat (NH₄)₂SO₄ ja ammooniumfosfaadid).
Tööstuses kasutatakse ammoniaaki ka mitmesuguste lõhkeainete ja polümeeride tootmisel.
Metallurgias leiab ammoniaak kasutust alumiiniumi lehtede nitrifitseerimisel ja kulla eemaldamiseks maagist. Kuna ammoniaak sisaldab vesinikku, saab seda kasutada ka keevitamisel vesinikuallikana. 
Tekstiilitööstuses kasutatakse ammoniaaki sünteetiliste kangaste, näiteks nailoni ja akrüüli tootmisel. Samuti esineb ammoniaaki värvides, mida kasutatakse muuhulgas ka villa ja puuvilla värvimisel.
Juuksevärvide koostises leidub ammoniaaki värvi kinnitamiseks, nii ei ole vaja juukseid enne pleegitada.
Samuti leiab ammoniaak kasutust erinevates aluselistes puhastusvahendites, mida kasutatakse akende ja põrandate pesuks.
Ka külmutusseadmetes on võimalik ammoniaaki kasutada.
Ammoniaaki on võimalik transportida terasest anumates.
Ammoniaaki peetakse ka üheks võimalikuks kütuseks, mis võiks asendada fossiilkütuseid või olla nende alternatiiviks. Ammoniaak on süsinikuvaba ega kujuta ohtu keskkonnale, seega võiks ammoniaak olla odav ja taastuvaks energiaallikas tulevikus.
Solay reaktsiooniga toodetakse ammoniaagist naatriumkarbonaati. Selle reaktsiooni toimumiseks tuleb naatriumkloriidi töödelda ammoniaagi ja dilämmastikoksiidiga. Selle tulemusena moodustub naatriumbikarbonaat ja ammooniumkloriid. Kui saadud produkte kuumutada, on võimalik eraldada naatriumkarbonaat.

Tootmine

Ammoniaagi keemilised ja füüsikalised omadused muudavad tema hoiustamise ja transportimise kulukaks, mistõttu enamik ammoniaagist tarbitakse samal maal, kus teda toodetakse. Üldiselt ekspordivad riigid vaid 5% oma kogu ammoniaagi toodangust.
Aastal 2010 toodeti ammoniaaki maailmas kokku ligikaudu 131 miljonit tonni. Maailma suurimaks ammoniaagi tootjaks on Aasia, toodangu kogumahuga 70 miljonit tonni aastas. Ammoniaagi tootmise eesotsas on Hiina, tootes peaaegu 1/3 maailmas toodetavast ammoniaagist. Ligikaudu 15 miljonit tonni aastas toodavad ammoniaaki Venemaa, Lähis-ida, Põhja-Ameerika ja Euroopa.
Eestis toodab vedelat kaubandusammoniaaki AS Nitrofert ja aastal 2007 oli nende toodangu kogumaht 81,2 tonni, kuid toodangu maht on aastatega järsult langenud.