Номер 12, страница 93 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

12. Объясните, почему аммиак используют в промышленных холодильных установках.

Аммиак (химическая формула $NH_3$) широко используется в качестве хладагента в крупных промышленных холодильных установках по ряду причин, связанных с его уникальными термодинамическими, экономическими и эксплуатационными свойствами.

Принцип работы любой холодильной установки основан на фазовом переходе рабочего вещества (хладагента) из жидкого состояния в газообразное. Этот процесс, называемый кипением или испарением, сопровождается поглощением большого количества теплоты из окружающей среды, что и обеспечивает охлаждение. В промышленных установках аммиак используется благодаря следующим ключевым преимуществам:

• Высокая удельная теплота парообразования. Аммиак обладает одной из самых высоких удельных теплот парообразования среди всех хладагентов (около 1370 кДж/кг при атмосферном давлении). Это означает, что при испарении одного килограмма жидкого аммиака поглощается очень большое количество тепловой энергии. Формула для количества теплоты, поглощаемой при испарении, выглядит так: $Q = L \cdot m$, где $L$ – удельная теплота парообразования, а $m$ – масса вещества. Благодаря высокому значению $L$, аммиачные системы очень энергоэффективны: они могут производить больше холода на единицу затраченной энергии по сравнению с системами на других хладагентах.
• Оптимальные температурные и барометрические характеристики. Температура кипения аммиака при атмосферном давлении составляет $-33.3^{\circ} \text{C}$. Это позволяет ему эффективно работать при низких температурах, необходимых в промышленности (например, для заморозки продуктов), при этом поддерживая давление в испарителе выше атмосферного. Работа при избыточном давлении предотвращает подсос воздуха и влаги в систему, что могло бы привести к ее поломке и снижению эффективности.
• Экономическая доступность и экологическая безопасность. Аммиак является одним из самых дешевых хладагентов, что делает его экономически выгодным для использования в больших промышленных системах, требующих значительных объемов рабочего вещества. Кроме того, аммиак – это природный хладагент. Его потенциал разрушения озонового слоя (ODP) равен нулю, и потенциал глобального потепления (GWP) также равен нулю. Это делает его экологически безопасной альтернативой фреонам (ХФУ, ГХФУ, ГФУ), которые наносят вред окружающей среде.

Несмотря на эти преимущества, применение аммиака ограничено промышленной сферой из-за его недостатков:

• Токсичность и горючесть. Аммиак токсичен для человека и может быть горючим при определенных концентрациях. Поэтому его использование в бытовых приборах (домашних холодильниках, кондиционерах) запрещено. В промышленных условиях, где установки расположены в отдельных, хорошо вентилируемых помещениях и обслуживаются обученным персоналом, риски можно контролировать. Резкий запах аммиака также служит сигналом об утечке.
• Коррозионная активность. Аммиак вызывает коррозию меди и ее сплавов (латуни, бронзы), поэтому в аммиачных системах используются только стальные или алюминиевые компоненты.

Таким образом, уникальное сочетание высокой термодинамической эффективности, низкой стоимости и экологичности делает аммиак практически незаменимым хладагентом для мощных промышленных холодильных установок, несмотря на связанные с его использованием требования к безопасности.

Ответ: Аммиак используют в промышленных холодильных установках, потому что он обладает очень высокой удельной теплотой парообразования, что делает его чрезвычайно энергоэффективным хладагентом. Кроме того, он дешев, экологически безопасен (не разрушает озоновый слой и не способствует глобальному потеплению), и имеет подходящие температурные характеристики для промышленного холода. Его токсичность и коррозионная активность ограничивают его применение бытовой сферой, но в промышленных условиях эти риски контролируются специальными мерами безопасности.