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碳酸氫銨
氨的碳酸鹽
碳酸氫銨(Ammonium Bicarbonate)是一種氨的碳酸鹽，為無機物，又名重碳酸銨、酸式碳酸銨、食臭粉，化學式為NH?HCO?。碳酸氫銨外觀呈白色或無色固體粉末，有氨的氣味，易溶于水，溶于甘油，不溶于苯、乙醇和丙酮等，其分子量為79.06，密度為1.586 g/cm3。碳酸氫銨受熱或與水接觸時易揮發(fā)，受熱分解為氨氣、二氧化碳和水，水解生成氨水和碳酸。還可與酸、鹽等反應。
基本信息
中文名
碳酸氫銨
英文名
Ammonium Bicarbonate
別名
重碳酸銨、酸式碳酸銨、食臭粉
CAS號
1066-33-7
性質
化學式
NH?HCO?
結構式
摩爾質量
79.06 g/mol
外觀
白色或無色固體粉末
氣味
氨氣味
密度
1.586 g/cm3
熔點
107.5 ℃
溶解性
易溶于水，溶于甘油，不溶于苯、乙醇及丙酮
pKa
1.45
蒸氣壓
7.85 kPa
碳酸氫銨常用碳化法制得，該法最初由中國化學家侯德榜提出。碳酸氫銨應用豐富，可在食品工業(yè)中作酸度調節(jié)劑、穩(wěn)定劑和膨松劑等；在輕工業(yè)中用于生產皮革、泡沫鈦和膠粘劑等；在農業(yè)中用作肥料、農藥等；在水處理中用于改善水質、淡化海水等；在化工生產中用作化工原料、尾氣吸收劑和稀土沉淀劑等；在環(huán)境治理中用于修復含重金屬的土壤。
碳酸氫銨的分解產物二氧化碳和氨均為人體代謝產物，所以適量攝入對人體健康無害。吸入碳酸氫銨粉末可能會導致咳嗽、咽喉疼痛，眼睛接觸可能會導致發(fā)紅，疼痛。碳酸氫銨較穩(wěn)定，不可燃，受熱分解可能會釋放出有毒氣體。
分子結構
碳酸氫銨晶體為斜方晶系，屬于mmm晶類，其結晶習性有三種：柱狀、板狀和粒狀，如下圖所示。柱狀和板狀的晶體柱面發(fā)育，錐面完好，晶形簡單，顆粒較大，透明度較好，呈無色。粒狀的晶體晶面豐富，顆粒較小，透明度較差，呈乳白或淺灰色。除此之外，碳酸氫銨還有針狀或斜方雙錐體，晶體的連生現象普遍。
碳酸氫銨的三種不同結晶
在碳酸氫銨晶體中，CO?2?離子形成平面三角形配位，C原子位于中心，O原子位于角頂。C—O之間平均鍵長為1.290 ?，O—C—O鍵角平均為120°。CO?2?離子之間由氫原子以氫鍵O—H┉O聯(lián)結成無限延長的鏈狀氫鍵體系。NH??離子形成以N原子為中心的四面體配位，N—H的平均鍵長為0.960 ?，H—N—H鍵角平均為109.5°。NH??離子位于HCO??鏈狀體系的中間，以N—H┉O氫鍵與上下左右四條鏈中的O原子相聯(lián)結，從而形成復雜的三維氫鍵網絡結構。碳酸氫銨晶體結構如下圖所示。
碳酸氫銨晶體結構投影圖
碳酸氫銨晶體結構透視圖
碳酸氫銨晶體中，N—H┉O氫鍵鍵長為2.900 ?，屬于弱氫鍵，導致結構內部不脆弱且松弛，在隨著含水量增加和溫度升高的情況下，其破壞與消失就更加顯著，促使碳酸氫銨分子分解為氨氣、二氧化碳和水。O—H┉O氫鍵鍵長為2.540 ?，極性強，在結構中形成牢固的HCO??分子鏈，使HCO??分解受到抑制。在溶液狀態(tài)下，HCO??通過O—H┉O氫鍵締合成較穩(wěn)定的雙聚離子，如下圖所示，降低了碳酸氫銨的溶解度。此外，O—H┉O氫鍵具有強親水性，在晶體表面易吸附水分子形成氫橋鍵，使晶粒相結合形成不規(guī)則的大結塊，所以隨著含水量增加，碳酸氫銨極易結塊。
雙聚離子
物理性質
碳酸氫銨外觀呈白色固體，有氨的氣味，其易溶于水，溶于甘油，不溶于苯、乙醇和丙酮等，在水中的溶解度為21.6 g/100g(20 ℃)。碳酸氫銨摩爾質量為79.06 g/mol，密度為1.586 g/cm3，熔點為107.5 ℃，蒸氣壓為7.85 kPa(25.4 ℃)，折射率為1.536。碳酸氫銨的拉曼光譜圖特征波數為1272.1058。
碳酸氫銨易揮發(fā)，影響其揮發(fā)分解的基本因素是溫度和水分含量，溫度上升及水分含量增加都會加速其揮發(fā)分解。為了減少碳酸氫銨的分解，可采取增加添加劑或熱干燥的方法減少水分，或通過機械造粒、增大結晶等方法改變碳酸氫銨的粒形等措施進行防護。
化學性質
分解反應
碳酸氫銨受熱時分解，生成二氧化碳、氨和水，反應方程式如下：
與酸反應
與堿土金屬硫酸鹽反應
制備方法
碳化法
碳酸氫銨主要由碳化法生產制得，碳化法合成氨工藝為中國獨創(chuàng)，由中國化學家侯德榜提出。制備碳酸氫銨的主要原料為氨水和二氧化碳，先用水吸收氨制備濃氨水，然后再吸收二氧化碳進行碳化生成碳酸銨，再進一步反應生成碳酸氫銨。反應方程式如下：
二氧化碳變換氣依次進入碳化塔、預碳化塔、副塔和回收清洗塔，濃氨水首先進入預碳化塔，與來自碳化塔的二氧化碳變換氣接觸，在不析出碳酸氫銨的前提下使?jié)獍彼玫阶銐虻奶蓟賹胩蓟Ｔ诖藵獍彼c二氧化碳含量最高的新鮮變換氣進行逆流接觸，生成碳酸氫銨結晶。然后將此懸浮液送離心分離機，經分離的固體碳酸氫銨可直接包裝，或經干燥后包裝，母液用以制備濃氨水循環(huán)使用。
碳化法制備碳酸氫銨工藝流程圖
碳化流程分常壓碳化和加壓碳化兩種。常壓碳化是將含有二氧化碳的原料氣加壓到4個大氣壓后進行碳化，加壓碳化一般是將含有二氧化碳的原料氣體直接加壓至7個大氣壓以上進行碳化。目前，生產中采用較多的是加壓碳化流程。加壓碳化流程有串聯(lián)、并聯(lián)和兩并一串等三種方式。
檢測方法
滴定法
碳酸氫銨通常采用滴定法進行檢測，向碳酸氫銨水溶液中加入適當的指示劑，用酸標準溶液進行滴定，當到達一定程度的pH值時，指示劑會發(fā)生變色作用，因而可以測定出碳酸氫銨的含量。反應原理方程式如下：
應用領域
食品工業(yè)領域
碳酸氫銨可用于食品工業(yè)領域。其可作酸度調節(jié)劑、穩(wěn)定劑、膨松劑和發(fā)酵劑等。碳酸氫銨受熱后分解為二氧化碳和氨氣，可使食品形成海綿狀疏松結構。主要用于餅干、面包、糕點等的生產，通常與碳酸氫鈉配合使用。
輕工業(yè)領域
碳酸氫銨可用于輕工業(yè)領域。在制革工業(yè)中，碳酸氫銨可用于中和浸酸裸皮中的過量酸，以利于鉻鞣或植鞣的順利進行；在鉻鋁結合鞣制時用于提高堿度，使所得成品粒面細微等。碳酸氫銨還可作造孔劑，用于生產高孔隙率的泡沫鈦；作發(fā)泡劑用于膠粘劑的生產等。
農業(yè)、畜牧業(yè)領域
碳酸氫銨可用于農業(yè)、畜牧業(yè)領域。在農業(yè)中，碳酸氫銨可用作肥料，將其施入土壤后，可較快溶于水形成銨離子和碳酸氫根離子，反應如下圖所示。銨離子既可為作物吸收，也可為土壤膠體吸附，且無任何副成分殘留在土壤中，長期施用不會對土壤產生不良影響。碳酸氫銨肥料可用于旱地基肥、旱地追肥、稻田基肥與面肥及稻田追肥等。碳酸氫銨還可作農藥用于防治柑橘青霉病、辣椒疫病等。此外，將碳酸氫銨與稀鹽酸作用置于蔬菜大棚內，將大棚密封，碳酸氫銨會和鹽酸反應生成氯化銨、水和二氧化碳。二氧化碳可促進植物光合作用，增加蔬菜產量，氯化銨也可再次作為肥料使用。在畜牧業(yè)中，將碳酸氫銨添加于在青貯玉米飼料中可增大其pH值，提高飼料的品質。
碳酸氫銨入土前后的分解
水處理領域
碳酸氫銨可用于水處理領域。將其用于池塘能改良水質、清除池中雜草，對三毛金藻也具有防治作用。碳酸氫鈉還可在海水淡化中作汲取液，因其具有高溶解度、高滲透壓及易回收等優(yōu)點，可通過正滲透技術以達到淡化海水的目的。正滲透即以選擇性半透膜兩側溶液的滲透壓差為驅動力，使溶液中的水從低滲透壓側向高滲透壓側傳遞的過程。其作為一種新型的海水淡化技術，具有低能耗、低膜污染以及高回收率等優(yōu)點。
冶金領域
碳酸氫銨可用于冶金領域。在氯化冶金過程中，原料中的鉛會生成氯化鉛。由于氯化鉛熔點低、揮發(fā)性高、易潮解，在后續(xù)火法熔煉時會大量揮發(fā)進入煙氣，導致鉛的直收率降低，還會造成后續(xù)收塵工序布袋粘結、設備腐蝕等問題。因此，在入爐前應對含氯化鉛物料進行脫氯轉化處理。而在碳酸氫銨溶液中，氯化鉛可以轉化為碳酸鉛，從而達到脫氯的目的。
環(huán)境治理領域
碳酸氫銨可用于環(huán)境治理領域，如用于改善被重金屬污染的土壤。當利用植物提取修復土壤時，所用超積累植物通常生長緩慢、植株矮小、地上部分生物量小，修復重金屬污染土地所需時間太久。而碳酸氫銨有增強重金屬活性的能力，施用碳酸氫銨可不同程度地增加植物對重金屬的吸收，提高了植物對污染土壤的凈化率。利用碳酸氫銨修復污染土壤，修復成本較低且實用性強。
化工領域
化工原料
尾氣吸收劑
還可將碳酸氫銨分解為氨，用于還原有害氣體一氧化氮，將其轉化為無污染的氮氣和水，反應方程式與工藝流程圖如下。
碳酸氫銨吸收二氧化硫工藝流程圖
碳酸氫銨吸收一氧化氮工藝流程圖
稀土沉淀劑
碳酸氫銨可用作稀土沉淀劑。碳酸氫銨具有稀土沉淀率高，成本低，不污染環(huán)境等優(yōu)點。向氯化鑭溶液中加入碳酸氫銨，首先與稀土溶液中的剩余游離酸發(fā)生中和反應，放出二氧化碳氣體。當游離酸中和完后，碳酸氫銨就開始與稀土鑭離子發(fā)生沉淀反應，快速形成碳酸鑭沉淀，反應方程式如下。碳酸氫銨還可沉淀釔，用于氧化釔的制備，工藝流程圖如下。
碳酸氫銨作沉淀劑制備氧化釔工藝流程圖
其他領域
除以上應用外，碳酸氫銨還可用于熱交換器管的除垢，在醫(yī)學中用于制備祛痰劑，用于織物脫脂及用作分析試劑、滅火劑等。
安全事宜
毒理學數據
LD?? 小鼠 皮下 245 mk/kg
危害
碳酸氫銨的分解產物二氧化碳和氨均為人體代謝產物，適量攝入對人體健康無害。吸入碳酸氫銨粉末可能會導致咳嗽、咽喉疼痛，眼睛接觸可能會導致發(fā)紅，疼痛。碳酸氫銨較穩(wěn)定，不可燃，受熱分解可能會釋放出有毒氣體。
應對措施
急救
皮膚接觸 | 脫去污染的衣著，用流動清水沖洗，及時就醫(yī) |
眼睛接觸 | 提起眼瞼，用流動清水或生理鹽水沖洗，及時就醫(yī) |
吸入 | 脫離現場至空氣新鮮處，如呼吸困難可進行輸氧，及時就醫(yī) |
攝入 | 飲足量溫水，催吐，及時就醫(yī) |
泄露與火災
泄露 | 將溢漏物掃入有蓋容器中，并濕潤現場防止揚塵。用大量水沖凈殘余物。[15]大量泄露需將泄露物收集回收或運至廢物處理場所處置 |
火災 | 滅火時盡可能將容器從火場移至空曠處，可使用各種滅火器 |
預防措施
工程控制 | 提供良好的自然通風條件 |
呼吸系統(tǒng)防護 | 高濃度粉塵環(huán)境中，應該佩戴自吸過濾式防塵口罩 |
眼睛防護 | 戴化學安全防護眼鏡 |
身體防護 | 穿防毒物滲透工作服 |
手防護 | 戴橡膠手套 |
其他防護 | 工作時不得進食、飲漱口水或吸煙，及時換洗工作服，注意個人清潔衛(wèi)生 |
儲存與貯運
碳酸氫銨應在密閉狀態(tài)下貯存于干燥陰涼處。不可受熱和曝曬，以免分解，防止受潮。并與強氧化劑、強堿和酸等分開存放。
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒寫！
作者
