氨是由氮和氢组成的无机化合物，化学式为 NH₃。在常温常压下，氨是具有强烈刺激性气味的无色气体。氨既存在于自然界中，也被大规模工业生产，主要用作氮肥的原料。氨的化学性质与农业生产、生物体内的氮转化、工业合成及制冷密切相关。纯氨通常称为无水氨，以区别于氨的水溶液。(cdc.gov)
分子结构与物理性质
一个氨分子含有一个氮原子，氮原子通过极性共价键与三个氢原子相连。其路易斯结构中，氮原子上有一对不参与成键的电子。四个电子域呈近似四面体排列，但各原子的位置构成的是三角锥，而非平面三角形。孤电子对使氢—氮—氢键角小于理想四面体的 109.5°。由于各化学键的偶极矩不能相互抵消，氨分子具有极性。(openstax.org)
氨的摩尔质量约为 17.0 克/摩尔。在大气压下，其沸点约为 −33 °C，凝固点约为 −78 °C。因此，通过制冷或施加足够的压强，可以使氨保持液态；运输时，氨通常以加压液化气体的形式储运。氨易溶于水，所得溶液的性质取决于浓度和温度。(cdc.gov)
酸碱性质与配位化学
氨是一种弱碱：它通过酸碱反应从水中接受一个质子，形成以下平衡：
NH₃(aq) + H₂O(l) ⇌ NH₄⁺(aq) + OH⁻(aq)。
产物 NH₄⁺ 是铵离子，其化学性质与不带电的氨分子不同。氢氧根离子的生成使溶液呈碱性。“弱”指的是氨与水的反应程度有限，并不意味着它没有化学危害。该方程式表示的是可逆反应，而不是溶解的氨完全转化为铵离子。(assets.openstax.org)
氨与铵离子之间的化学平衡在实验室化学和环境化学中都很重要。酸碱度（pH 值）升高时，不带电的 NH₃ 所占的比例随之增加。含有氨和铵盐的混合溶液可以构成碱性缓冲溶液：氨消耗加入的酸，而铵离子与加入的氢氧根离子反应，从而抑制 pH 值的变化。(epa.gov)
氮原子上的孤电子对还使氨能够充当路易斯碱和配体。氨向金属中心提供一对电子，形成配位配合物。例如，氨水可通过形成可溶性的银氨配合物，促进氯化银溶解。氨配体在英文中惯称为 ammine 配体，这一拼写将其与有机胺（amine）区分开来。(openstax.org)
工业合成
氨的主要工业生产方法是哈伯法，也称哈伯—博施工艺，其中氮气与氢气发生反应：
N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)。
弗里茨·哈伯开发了实验室合成方法；约在 1913 年，卡尔·博施及其工业界合作者研制出了大规模生产所需的高压设备。这一工艺结合了高压、高温、催化以及未反应气体的循环利用。铁在工业合成氨催化剂的发展中发挥了核心作用。(nobelprize.org)
工业制氢长期以来高度依赖化石资源。国际能源署 2021 年发布的路线图指出，略高于 70% 的氨产量采用以天然气为原料的蒸汽重整工艺，其余大部分采用煤气化工艺。这些上游工艺带来了大量能源需求和二氧化碳排放。因此，与氨生产相关的排放不仅取决于合成反应本身，也取决于氢气和工艺所需能源的供应方式。(iea.org)
用途
氨最主要的用途是生产肥料。国际能源署 2021 年的评估指出，约 70% 的氨用于肥料。氨可以以无水氨的形式直接施用，也可以转化为尿素、硫酸铵和磷酸铵等产品。这些产品以作物能够利用的形式提供氮。氨也是生产硝酸及许多其他工业化学品的原料，其中包括用于塑料、合成纤维和炸药的材料。(iea.org)
其他成熟用途包括工业制冷，以及含有稀氨水的清洁产品。在制冷领域，氨的制冷剂编号为 R717，其应用涵盖食品加工、制冰和冷藏。氨在这些场合具有实用价值，但其使用也受到毒性和材料相容性方面的限制。(cdc.gov)
自然存在与环境影响
氨和铵离子是氮循环中的中间产物。固氮将大气中的氮转化为生物能够利用的化合物，而微生物的分解作用则从有机物中释放氨态氮。在有氧环境中，硝化作用将氨或铵离子先转化为亚硝酸盐，再转化为硝酸盐。这一氧化过程消耗溶解氧，可能加剧受纳水体中的氧耗竭。(epa.gov)
水体中的氨可能来自动物排泄物、城市污水、农业径流和大气沉降。其毒性取决于浓度、暴露时间、pH 值、温度以及生物的敏感性。较高的 pH 值会增加非离子态 NH₃ 所占的比例，而这一比例是决定毒性的重要因素。作为一种含氮营养物质，氨还可能促成富营养化，这一影响不同于氨的直接毒性作用。(epa.gov)
危害与能源应用
高浓度的氨可损伤眼睛、皮肤和呼吸道；严重的吸入暴露可造成肺部损伤。液氨还存在冻伤风险。尽管氨在许多常见条件下不易被点燃，但它可以与空气形成可燃混合物。(cdc.gov)
氨作为燃料和储运氢的载体，正在受到研究。低排放生产路线包括利用可再生能源供电，通过水的电解制取氢气，以及将化石资源制氨与碳捕集和封存相结合。氨本身不含碳，但其总体环境表现取决于生产过程中的排放、转化效率以及使用过程中的排放；氨燃烧时可能生成氮氧化物。(iea.org)