Amoni sulfat

Amoni sulfat, còn được biết đến với tên gọi đạm 1 lá, có công thức hóa học là (NH₄)₂SO₄. Đây là một loại muối vô cơ với nhiều ứng dụng thương mại, phổ biến nhất là dùng làm phân bón. Chứa 21% nitơ và 24% lưu huỳnh.

Ứng dụng

Amoni sulfat chủ yếu được dùng để bón cho đất kiềm. Khi vào đất, ion amoni sẽ được giải phóng và tạo ra một lượng acid nhỏ, giúp giảm pH của đất, đồng thời cung cấp nitơ cần thiết cho sự phát triển của cây trồng. Tuy nhiên, nhược điểm của amoni sulfat là hàm lượng nitơ thấp hơn so với amoni nitrat, dẫn đến chi phí vận chuyển cao hơn.

Nó cũng được sử dụng như một phụ gia trong nông nghiệp cho các loại thuốc trừ sâu hòa tan, thuốc diệt cỏ và thuốc diệt nấm. Tại đây, amoni sulfat giúp liên kết các cation sắt và canxi có trong nước giếng cũng như tế bào thực vật, đặc biệt hiệu quả khi kết hợp với thuốc diệt cỏ 2,4-D (amin), glyphosate và glufosinate.

Ứng dụng trong phòng thí nghiệm

Phương pháp kết tủa amoni sulfat thường được dùng để tinh chế protein bằng cách kết tủa. Khi cường độ ion trong dung dịch tăng, độ hòa tan của protein giảm. Amoni sulfat rất dễ hòa tan trong nước nhờ tính ion của nó, nên có thể 'loại bỏ' protein qua kết tủa. Vì nước có hằng số điện môi cao, các ion amoni và sulfat dễ hòa tan trong vỏ hydrat hóa của phân tử nước. Phương pháp này, gọi là tách muối, cần nồng độ muối cao để hòa tan trong hỗn hợp nước. Tỷ lệ muối so với nồng độ tối đa của muối có thể hòa tan trong hỗn hợp quyết định hiệu quả của phương pháp. Mặc dù cần nồng độ cao để phương pháp có tác dụng, việc sử dụng quá mức có thể làm bão hòa dung dịch và gây ô nhiễm kết tủa với muối. Nồng độ muối cao, đạt được bằng cách thêm hoặc tăng nồng độ amoni sulfat trong dung dịch, giúp tách protein dựa trên giảm độ hòa tan; quá trình tách biệt có thể thực hiện bằng ly tâm. Kết tủa amoni sulfat xảy ra do giảm độ hòa tan, không phải do biến tính protein, nên protein kết tủa có thể hòa tan lại bằng bộ đệm tiêu chuẩn. Phương pháp kết tủa bằng amoni sulfat là cách đơn giản và hiệu quả để phân đoạn các hỗn hợp protein phức tạp.

Trong phân tích cao su, các acid béo dễ bay hơi được phân tích qua việc kết tủa cao su bằng dung dịch amoni sulfat 35%, để lại chất lỏng trong đó acid béo dễ bay hơi được giải phóng lại bằng acid sulfuric và sau đó được chưng cất bằng hơi nước. Kết tủa chọn lọc bằng amoni sulfat, khác với kỹ thuật kết tủa thông thường dùng acid acetic, không làm ảnh hưởng đến việc xác định acid béo dễ bay hơi.

Phụ gia thực phẩm

Amoni sulfat được công nhận là an toàn (GRAS) bởi Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ và mang số E517 tại Liên minh Châu Âu. Nó được sử dụng như một chất điều chỉnh độ acid trong các sản phẩm bột và bánh mì.

Ứng dụng khác

Amoni sulfat được dùng ở quy mô nhỏ trong việc tổng hợp các muối amoni khác, đặc biệt là amoni persulfat.

Amoni sulfat là thành phần trong nhiều loại vắc-xin tại Hoa Kỳ theo thông tin từ Trung tâm Kiểm soát Bệnh tật.

Chuẩn bị

Amoni sulfat được sản xuất bằng cách xử lý amonia, thường là sản phẩm phụ từ lò than cốc, với acid sulfuric.

2 NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄

Khí amonia và hơi nước được đưa vào lò phản ứng chứa dung dịch amoni sulfat bão hòa cùng với khoảng 2 đến 4% acid sulfuric tự do ở nhiệt độ 60 °C. Acid sulfuric đặc được thêm vào để duy trì tính acid của dung dịch và giữ nồng độ acid tự do. Nhiệt độ của phản ứng giúp duy trì nhiệt độ lò ở mức 60 °C. Amoni sulfat dạng bột khô có thể được tạo ra bằng cách phun acid sulfuric vào buồng phản ứng chứa khí amonia. Nhiệt từ phản ứng sẽ làm bay hơi toàn bộ nước trong lò, tạo thành muối dạng bột. Vào năm 1981, khoảng 6000 triệu tấn amoni sulfat đã được sản xuất.

Amoni sulfat cũng có thể được tạo ra từ thạch cao (CaSO₄ 2H₂O). Thạch cao được nghiền nhỏ rồi thêm vào dung dịch amoni cacbonat. Calci cacbonat sẽ kết tủa dưới dạng chất rắn, để lại amoni sulfat trong dung dịch.

(NH₄)₂CO₃ + CaSO₄ → (NH₄)₂SO₄ + CaCO₃

Amoni sulfat có thể được tìm thấy tự nhiên dưới dạng mascagnite, một loại khoáng sản quý hiếm có mặt trong các fumarole núi lửa và từ quá trình cháy than trên một số bãi rác.

Đặc tính

Amoni sulfat trở thành dạng sắt điện khi nhiệt độ giảm xuống dưới -49,5 °C. Ở nhiệt độ phòng, nó kết tinh trong hệ thống trực giao với kích thước tế bào là a = 7,729 Å, b = 10,560 Å, c = 5,951 Å. Khi được làm lạnh đến trạng thái sắt điện, tính đối xứng của tinh thể thay đổi thành nhóm không gian Pna2₁.

Phản ứng hóa học

Khi đun nóng amoni sulfat trên 250 °C, nó bị phân hủy thành amoni bisulfate. Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng cao, amoni sulfat sẽ phân hủy thành amonia, nitơ, lưu huỳnh điôxit và nước.

Là muối của một acid mạnh (H₂SO₄) và một base yếu (NH₃), dung dịch amoni sulfat có tính acid; pH của dung dịch 0,1 M khoảng 5,5. Trong dung dịch nước, các ion NH₄ và SO₄ là các thành phần chính của phản ứng.

Amoni sulfat có khả năng tạo ra nhiều muối kép (amoni kim loại sulfat) khi dung dịch của nó được trộn với các dung dịch sulfat kim loại cân bằng và để bay hơi từ từ. Với các ion kim loại hóa trị ba, như trong trường hợp FerricAmoni sulfat, các alum sẽ được hình thành. Các loại sulfat kim loại kép khác bao gồm amoni cobaltous sulfate, sắt diammonium sulfate, amoni nickel sulfat (còn gọi là muối Tutton) và amoni ceric sulfat. Các sulfat kép khan của amoni cũng xuất hiện trong nhóm Langbeinites.

Quy định và kiểm soát

Vào tháng 11 năm 2009, các quy định cấm sử dụng amoni sulfat, amoni nitrat và amoni nitrat calci trong phân bón đã được áp dụng ở các khu vực thuộc cựu Division Malakand – bao gồm Upper Dir, Lower Dir, Swat, Chitral và huyện Malakand của tỉnh Frontier Tây Bắc (NWFP) tại Pakistan. Lệnh cấm này được chính phủ NWFP thực hiện sau khi có báo cáo cho rằng các chất này đã được các chiến binh sử dụng để chế tạo thuốc nổ. Vào tháng 1 năm 2010, các chất này cũng bị cấm tại Afghanistan vì lý do tương tự.

Tài liệu tham khảo

• UNIDO và Trung tâm phát triển phân bón quốc tế (1998), Sổ tay phân bón, Nhà xuất bản học thuật Kluwer, ISBN 0-7923-5032-4.

Tài nguyên bên ngoài

• Máy tính: đo lường sức căng bề mặt, mật độ, số mol và tỷ lệ mol của amoni sulfat