L’ammoniaca e l’acido solforico sono due delle sostanze chimiche più utilizzate e vengono prodotte in enormi quantità in tutto il mondo. Entrambi hanno una varietà di usi, ma la principale connessione tra ammoniaca e acido solforico è dovuta al loro uso nell’industria dei fertilizzanti. L’ammoniaca viene utilizzata per la produzione di numerosi fertilizzanti, come urea, solfato di ammonio, nitrato di ammonio e, indirettamente, altri fertilizzanti a base di nitrati. L’acido solforico viene utilizzato nella produzione di fertilizzante “superfosfato” e solfato di ammonio, ottenuto combinandolo con l’ammoniaca.
La produzione industriale di ammoniaca (NH3) avviene principalmente mediante il processo Haber-Bosch, in cui idrogeno e azoto vengono combinati direttamente mediante riscaldamento sotto pressione con un catalizzatore, solitamente una miscela di ossidi di ferro. La maggior parte dell’ammoniaca viene utilizzata nella produzione di fertilizzanti. L’ossidazione catalitica dell’ammoniaca a biossido di azoto (NO2) è oggi il principale processo industriale per la produzione di acido nitrico, utilizzato nella produzione di fertilizzanti nitrati come ammonio, sodio e nitrato di potassio. Il termine “ammoniaca”, in senso stretto, si riferisce al composto puro, che è un gas a temperatura ambiente; tuttavia, il termine è spesso usato per riferirsi a una soluzione di gas ammoniacale in acqua.
Esistono due processi principali per la produzione industriale di acido solforico. Il primo ad essere introdotto prevede l’ossidazione dell’anidride solforosa — prodotta dalla combustione dello zolfo o dal riscaldamento di minerali contenenti zolfo — da parte del biossido di azoto (NO2) attraverso la reazione: SO2 + NO2 -> SO3 + NO. L’ossido nitrico (NO) prodotto dalla reazione viene ossidato nuovamente a NO2 a contatto con l’aria, e quindi può essere riciclato.
L’ammoniaca è la fonte di NO2 per questa reazione, essendo prodotta dall’ossidazione catalitica secondo il processo di produzione dell’acido nitrico. Il triossido di zolfo viene quindi combinato con l’acqua per produrre acido solforico. La maggior parte dell’acido solforico prodotto oggi, tuttavia, deriva dall’ossidazione dell’anidride solforosa nell’aria mediante un catalizzatore al pentossido di vanadio.
Come l’ammoniaca, uno dei principali usi dell’acido solforico è nella produzione di fertilizzanti. La roccia fosfatica e la farina di ossa di animali possono essere utilizzate per produrre “superfosfato” — fosfato monocalcico — mediante la reazione: Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 -> 2CaSOsub>4 + Ca(H2PO4)2. L’acido solforico e l’ammoniaca possono anche essere combinati per dare il sale solfato di ammonio: 2NH3 + H2SO4 -> (NH4)2SO4. Questo sale è un importante fertilizzante, agendo come fonte sia di azoto che di zolfo, e aiutando ad abbassare il pH dei terreni alcalini.
Un’altra connessione tra ammoniaca e acido solforico è nell’industria degli esplosivi. Quasi tutti gli esplosivi commerciali e militari sono composti organici nitrati, come il trinitrotoluene (TNT). Il processo di nitrazione prevede la sostituzione dei gruppi ossidrile (OH) nel composto organico con gruppi nitro (NO2) e viene solitamente effettuato trattando il composto con una miscela di acido nitrico e solforico. Questa miscela fornisce gli ioni nitronio (NO2+) per il processo di nitrazione. L’ammoniaca è la principale materia prima utilizzata nella produzione di acido nitrico.
L’ammoniaca e l’acido solforico si trovano anche come inquinanti nell’atmosfera. L’acido solforico deriva dall’ossidazione naturale dell’anidride solforosa prodotta dalla combustione di combustibili fossili e dall’attività vulcanica. L’ammoniaca deriva dal decadimento di materiali organici contenenti azoto. I due possono combinarsi nell’atmosfera per produrre particelle di solfato di ammonio mediante la stessa reazione della produzione industriale di questo composto, o per produrre idrogeno solfato di ammonio – noto anche come bisolfato di ammonio – mediante la reazione NH3 + H2SO4 -> (NH4) HSO4. Questi composti sono molto solubili in acqua e quindi tendono ad assorbire il vapore acqueo atmosferico, facendoli agire come nuclei di condensazione; insieme ad altri composti particolati nell’atmosfera, naturali e artificiali, si ritiene che siano un fattore importante nella formazione delle nubi.