L’ammoniac et l’acide sulfurique sont deux des produits chimiques les plus largement utilisés et sont fabriqués en quantités énormes dans le monde entier. Les deux ont une variété d’utilisations, mais le lien principal entre l’ammoniac et l’acide sulfurique est dû à leur utilisation dans l’industrie des engrais. L’ammoniac est utilisé pour la production d’un certain nombre d’engrais, tels que l’urée, le sulfate d’ammonium, le nitrate d’ammonium et, indirectement, d’autres engrais azotés. L’acide sulfurique est utilisé dans la fabrication d’engrais superphosphate et de sulfate d’ammonium, fabriqué en le combinant avec de l’ammoniac.
La production industrielle d’ammoniac (NH3) est réalisée principalement par le procédé Haber-Bosch, dans lequel l’hydrogène et l’azote sont combinés directement par chauffage sous pression avec un catalyseur – généralement un mélange d’oxydes de fer. La plupart de l’ammoniac est utilisé dans la production d’engrais. L’oxydation catalytique de l’ammoniac en dioxyde d’azote (NO2) est aujourd’hui le principal procédé industriel de fabrication d’acide nitrique, qui est utilisé dans la production d’engrais azotés tels que le nitrate d’ammonium, de sodium et de potassium. Le terme ammoniac, à proprement parler, désigne le composé pur, qui est un gaz à température ambiante ; cependant, le terme est souvent utilisé pour désigner une solution d’ammoniac gazeux dans l’eau.
Il existe deux procédés principaux pour la production industrielle d’acide sulfurique. Le premier à être introduit concerne l’oxydation du dioxyde de soufre – produit par la combustion du soufre ou le chauffage de minéraux contenant du soufre – par le dioxyde d’azote (NO2) par la réaction : SO2 + NO2 -> SO3 + NO. L’oxyde nitrique (NO) produit par la réaction est oxydé en NO2 au contact de l’air et peut donc être recyclé.
L’ammoniac est la source de NO2 pour cette réaction, étant produit par oxydation catalytique selon le processus de production d’acide nitrique. Le trioxyde de soufre est ensuite combiné avec de l’eau pour produire de l’acide sulfurique. Cependant, la plus grande partie de l’acide sulfurique fabriqué aujourd’hui provient de l’oxydation du dioxyde de soufre dans l’air à l’aide d’un catalyseur au pentoxyde de vanadium.
Comme l’ammoniac, l’une des principales utilisations de l’acide sulfurique est la production d’engrais. La roche phosphatée et la farine d’os provenant d’animaux peuvent être utilisées pour produire du superphosphate — phosphate monocalcique — par la réaction : Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 -> 2CaSOsub>4 + Ca(H2PO4)2. L’acide sulfurique et l’ammoniac peuvent également être combinés pour donner le sel sulfate d’ammonium : 2NH3 + H2SO4 -> (NH4)2SO4. Ce sel est un engrais important, agissant comme une source à la fois d’azote et de soufre, et aidant à abaisser le pH des sols alcalins.
Un autre lien entre l’ammoniac et l’acide sulfurique se trouve dans l’industrie des explosifs. Presque tous les explosifs commerciaux et militaires sont des composés organiques nitrés, tels que le trinitrotoluène (TNT). Le processus de nitration implique le remplacement des groupes hydroxyle (OH) dans le composé organique par des groupes nitro (NO2) et est généralement effectué en traitant le composé avec un mélange d’acides nitrique et sulfurique. Ce mélange fournit les ions nitronium (NO2+) pour le processus de nitration. L’ammoniac est la principale matière première utilisée dans la production d’acide nitrique.
L’ammoniac et l’acide sulfurique sont également présents comme polluants dans l’atmosphère. L’acide sulfurique provient de l’oxydation naturelle du dioxyde de soufre produit par la combustion de combustibles fossiles et par l’activité volcanique. L’ammoniac provient de la décomposition de matières organiques contenant de l’azote. Les deux peuvent se combiner dans l’atmosphère pour produire des particules de sulfate d’ammonium par la même réaction que dans la production industrielle de ce composé, ou pour produire de l’hydrogénosulfate d’ammonium – également connu sous le nom de bisulfate d’ammonium – par la réaction NH3 + H2SO4 -> (NH4) HSO4. Ces composés sont très solubles dans l’eau et ont donc tendance à absorber la vapeur d’eau atmosphérique, les faisant agir comme des noyaux de condensation ; avec d’autres composés particulaires dans l’atmosphère, naturels et artificiels, ils sont considérés comme un facteur important dans la formation des nuages.