El amoníaco, amoniaco, azano, espíritu de Hartshorn, trihidruro de nitrógeno o gas de amonio es un compuesto químico de nitrógeno con la fórmula química NH3. Es un gas incoloro con un característico olor repulsivo. El amoníaco contribuye significativamente a las necesidades nutricionales de los organismos terrestres por ser un precursor de fertilizantes. Directa o indirectamente, el amoníaco es también un compuesto importante para la síntesis de muchos fármacos y es usado en diversos productos comerciales. Sirve para la elaboración de cosméticos y tintura de cabello, y la fabricación de desinfectantes y limpiadores de cocina. Pese a su gran uso, el amoníaco es cáustico, tóxico y peligroso. El amoníaco renovable se considera un importante portador de energía en los sistemas energéticos del futuro.Ammonia as energy vector round table discussion https://web.archive.org/web/20251222231225/https://bmbf-client.de/en/news/coalco2-x-round-table-discussion-ammonia-energy-vector; Green Ammonia as a Decentralized, Cross-Sector Energy Vector for the German Energy Transition; Open access: https://doi.org/10.1002/cite.202500020; La producción industrial del amoníaco en 2012 fue de 198 000 000 toneladas, lo que equivale a un 35 % de incremento con respecto al año 2006, con 146 500 000 toneladas.
El NH3 hierve a los -33.34 °C a una presión de una atmósfera, esto ayuda a que pueda conservarse en estado líquido, bajo presión a temperaturas bajas. Sin embargo, a temperaturas mayores a 405.5 K (temperatura crítica) ningún aumento en la presión producirá la condensación de este gas. Si la presión aumenta por encima del valor crítico de 111.5 atm, cualquier aumento por encima de este valor aumenta la compresión de las moléculas del gas, pero no se forma una fase líquida definida. El amoníaco casero o hidróxido de amonio (NH4OH), es una solución de NH3 en agua. La concentración de dicha solución es medida en unidades de la Escala Baumé, con 26 grados baumé (cerca del 30 % por peso de amoníaco) como concentración típica del producto comercial.
Según la teoría de repulsión entre pares de electrones de la capa de valencia, los pares electrónicos de valencia del nitrógeno en la molécula se orientan hacia los vértices de un tetraedro, distribución característica cuando existe hibridación sp³. Existe un par solitario, por lo que la geometría de la molécula es piramidal trigonal (grupo puntual de simetría C3v). En disolución acuosa se puede comportar como una base y formarse el ion amonio, NH4+, con un átomo de hidrógeno en cada vértice de un tetraedro.
El amoníaco, a temperatura ambiente, es un gas incoloro de olor muy penetrante y nauseabundo. Se produce naturalmente por descomposición de la materia orgánica y también se fabrica industrialmente. Es fácilmente soluble y se evapora rápidamente. Generalmente se vende en forma líquida.
La cantidad de amoníaco producido industrialmente cada año es casi igual a la producida por la naturaleza. El amoníaco es producido naturalmente en el suelo por bacterias, por plantas y animales en descomposición y por desechos animales. El amoníaco es esencial para muchos procesos biológicos.
La mayor parte (más del 80 %) del amoníaco producido en plantas químicas es usada para fabricar abonos y para su aplicación directa como abono. El resto es usado en textiles, plásticos, explosivos, en la producción de pulpa y papel, alimentos y bebidas, productos de limpieza domésticos, refrigerantes y otros productos. También se usa en sales aromáticas.
Por su pH alcalino, es capaz de reaccionar con ácidos produciendo sales de amonio.
Su nombre fue dado por el químico sueco Torbern Bergman (1735-1784) al gas obtenido en los depósitos de sal cerca del templo de Amón, en Libia .
Aparición natural
El amoníaco se encuentra en pequeñas cantidades en la atmósfera, siendo producido por la putrefacción de la materia nitrogenada proveniente de plantas y animales. El amoníaco y sales de amonio también se encuentran en pequeñas cantidades en el agua de lluvia, donde el cloruro de amonio y sulfato de amonio se encuentran en zonas volcánicas; los cristales de bicarbonato de amonio se han encontrado en la Patagonia, en el guano. El riñón segrega amoníaco para neutralizar el exceso de ácido. Las sales de amoníaco se encuentran distribuidas a través de suelo fértil y en el océano. El amoníaco también se encuentra en otras partes del sistema solar: en Marte, Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno y Plutón. Las sustancias que contienen amoníaco, o aquellas que son similar a él, se llaman amoniacales.
Fugas de gas Los escapes de un gas inflamable fuera de la estructura que lo contiene son peligrosos, pues ese gas podría producir una grave deflagración al entrar en contacto con una llama.
Propiedades
El amoníaco es un gas incoloro con un olor desagradable y nauseabundo. Es más ligero que el aire, su densidad es 0.589 veces la del aire de la atmósfera. Se condensa fácilmente por sus fuertes puentes de hidrógeno entre las moléculas; el líquido hierve a –33.3 °C y se congela a los –77.7 °C en cristales blancos.
El amoníaco se puede desodorizar fácilmente reaccionando con algún ácido. Así se forman sales de amonio sin olor, ya que se comporta como una base.
Sólido
La simetría del cristal es cúbico, su símbolo pearson es CP16, grupo espacial P 213 No.198, constante de red 0.5125 nm.
Líquido
El amoníaco líquido posee fuertes fuerzas ionizantes reflejando su alta constante dieléctrica de 22. El amoníaco líquido tiene una muy alta entalpía de vaporización (23.35 kJ/mol, cf. agua 40.65 kJ/mol, metano 8.19 kJ/mol, fosfina 14.6 kJ/mol) y puede ser usado en laboratorios en vasos no aislados sin refrigeración.
Solubilidad en agua
El amoníaco es miscible con agua. En una solución acuosa puede separarse por ebullición. La solución acuosa de amoníaco es una base. La concentración máxima de amoníaco en agua tiene un valor de 0.880 g/cm³ (880kg/m³) y es frecuentemente conocido como 'amoníaco 0.880'.
El amoníaco casero o hidróxido de amonio es una solución de NH3 en agua. La concentración de dicha solución es medida en unidades de la Escala Baumé, con 26 grados baumé (cerca del 30% por peso de amoníaco) como concentración típica del producto comercial.3
Combustión El amoníaco no se quema ni sostiene la combustión por sí mismo, excepto en mezclas de combustible con el 15 a 25 % de aire. Cuando se mezcla con oxígeno se quema con una llama de color verde amarillento pálido. A alta temperatura y en la presencia de un catalizador, el amoníaco se descompone en sus elementos constituyentes. La combustión ocurre cuando la clorina pasa a amonio, formando nitrógeno y cloruro de hidrógeno; si la clorina esta en exceso, se forma el explosivo tricloruro de nitrógeno o tricloramina (NCl3).
Estructura
La molécula de amoníaco tiene una forma trigonal piramidal, como lo predice la teoría de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia, con un ángulo de enlace determinado de 106.7°.CRC Handbook of Chemistry and Physics, 94th ed. http://www.hbcpnetbase.com . Páginas 9-26. Consultado el 18 de junio de 2013. El átomo central de nitrógeno tiene cinco electrones externos con un electrón adicional de cada átomo de hidrógeno. Esto da un total de ocho electrones, o cuatro pares de electrones que se acomodan tetraédricamente. Tres de esos pares de electrones se usan como enlaces pares, lo que deja un par de electrones libres. Este par repele más fuertemente los pares de enlaces, entonces el ángulo del enlace no es de 109.5° como se esperaría por un acomodo tetraedral, sino de 106.7°. El átomo de nitrógeno en la molécula tiene un par de electrones libres, lo cual provoca que el amoníaco sea una base, aceptador de protones. Esta forma le da a la molécula un momento dipolo y lo hace una molécula polar. La polaridad de la molécula y, especialmente, su habilidad para formar puentes de hidrógeno, hace que el amoníaco sea altamente miscible en agua. El amoníaco es moderadamente básico, una solución acuosa a 1M tiene un pH de 11.6 y si un ácido fuerte es agregado a la solución hasta que la solución alcance un pH neutral de (pH=7), 99.4 %, las moléculas amoníaco se protonan. La temperatura y la salinidad también afectan la proporción de NH4+. Lo resultante tiene una forma regular y es isoelectrónico con metano.
La molécula de amoníaco fácilmente experimenta inversión del nitrógeno a temperatura ambiente; una analogía útil es que cuando una sombrilla gira al revés en un fuerte viento. La barrera de energía a esta inversión es de 24.7 kJ/mol, y la frecuencia resonante es de 23.79 GHz, correspondiente a la radiación de un microondas con una longitud de onda de 1.260 cm. La absorción a esta frecuencia fue la primera espectroscopia de microondas observada.
Anfotericidad
Una de las características más importantes del amoníaco es su basicidad. El amoníaco es considerado una base débil y actúa como tal, combinándose con ácidos para formar sales. Así, por ejemplo, con ácido clorhídrico forma cloruro de amonio; con ácido nítrico, nitrato de amonio, etc. De cualquier modo, el amoníaco perfectamente seco no se combina con cloruro de hidrógeno completamente seco; el agua es necesaria para que se lleve a cabo la reacción Como una demostración del experimento, las botellas abiertas con amoníaco concentrado y ácido clorhídrico producen nubes de cloruro de amonio, que parecen salir "de la nada", entre las dos botellas.
NH3 + HCl -> NH4Cl izquierda|miniaturadeimagen|362x362px|Formación de nubes de cloruro de amonio Las sales producidas por acción del amoníaco en ácidos son conocidos como compuesto de amonio, los cuales contienen el ion de amonio (NH4+) como catión formador de la sal.
Aunque el amoníaco es conocido como base débil, también funciona como un ácido muy débil. Es una sustancia prótica , capaz de formar amidas metálicas (las cuales contienen el ion NH2− ). Por ejemplo, el litio disuelto en amoníaco líquido da como resultado una solución de amida de litio.
2Li(s) + 2NH3(l) -> 2LiNH2 + H2(g)
Auto disociación
Así como el agua y otros disolventes próticos, el amoníaco líquido presenta autoionización o autodisociación molecular para formar sus bases y ácidos conjugados.
2NH3(l) <=> NH4+ + NH2- donde el ion amonio (NH4+) se comporta como ácido, mientras que la amida ( NH2−) lo hace como base. A presión y temperatura estándar, la constante de equilibrio o producto iónico del amoniaco es:
Combustión
El amoniaco al oxidarse genera nitrógeno molecular y agua. Se trata de una reacción exotérmica:
4NH3 + 3O2 -> 2N2 + 6H2O(g)
El poder calorífico, ΔH°c, expresado por mol de amoníaco y formando agua,condensada, en lugar de agua en estado gaseosos, es -382.81 kJ/mol. El dinitrógeno es el producto termodinámico de una combustión del amoníaco: todos los óxidos de nitrógeno son inestables con respecto a N2 y O2, el cual es el principio que está detrás del convertido catalítico. Como sea, los óxidos de nitrógeno pueden ser formados por productos cinéticos en la presencia de una catálisis apropiada, una reacción de gran importancia industrial en la producción de ácido nítrico: 4NH3 + 5O2 -> 4NO + 6H2O
Una reacción subsecuente produce NO2
2NO + O2 -> 2NO2
La combustión de amoníaco en aire es muy difícil en la ausencia de un catalizador, pues la temperatura de la llama es normalmente menor que la de encendido de la mezcla de amoníaco con aire. El rango inflamable del amoníaco en el aire es del 16 % al 25 %.Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon Press. p. 485. ISBN 0-08-022057-6.
Formación de otros compuestos