1 EL AMONIACO Propiedades físicas Molécula de amoniaco

EL AMONIACO
El amoniaco es un compuesto gaseoso, de típico olor desagr adable, muy soluble en agua. Se produce
en la naturaleza por la acción de las bacteri as de la putrefacción sobre la materia orgánic a del suelo.
Propiedades físicas
Punto de f usi ón: -77,7 ºC
Punto de ebullic ión: -33,35 ºC
Solubilidad: muy soluble en agua
Densidad: 0,771 g/L (a 0 ºC)
Gas inc oloro de olor pi cante
Molécula de amoniaco
El amoniaco presenta una estructura de Lewis en la que cada átomo H se
une al N mediante un enlace covalente, quedando este último con un par
de electrones sin compartir.
Para explicar la geometr ía de la moléc ula hay que tener en cuenta la
confi guraci ón electrónica del nitrógeno 1s 2, 2s2p3 y que presenta una
hibridac ión sp3, de forma que quedan dos electrones sin compartir en uno
de los orbitales híbridos y un electrón en cada uno de los tres orbitales
restantes. Estos últimos van a formar enlaces tipo F (sigma) c on los átomos de
hidr ógeno. El ángulo de los enlaces H-N-H será, por tanto, de apr oximadamente
109,5º.
La molécula de amoniaco presenta átomos de hidrógeno unidos a un átomo de
nitr ógeno, que es muy pequeño y electronegativo, lo que facilita la formación de
enlaces intermoleculares de hidrógeno.
Características básicas del amoniaco
Según la teoría de Brönsted-Lowry base es toda sustancia c apaz de captar la especie H+, por ello el
amoniaco se va a comportar c omo una base, captando protones y dando lugar a la formación del ion
amonio
NH3 + H+ xxv NH4+
Al igual que cualquier base reac ciona c on los ácidos para for mar sales (reacc ión de neutralización)
NH3 + HCl ø ù õ NH4Cl
Este carácter básic o puede explicar se también mediante la teoría de
Lewis, ya que el átomo de nitrógeno tiene un par de elec trones sin
compartir que pueden ser cedidos a otros c ompuestos, explicándose
también de esta manera la formación del ión amonio.
En disoluc ión ac uosa, el amoniaco, libera iones OHNH3 + H2O øùõ NH4+ + OHEl valor de la constante de equilibri o nos i ndic a que se trata de una base débil.
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Obtención del amoniaco
El proceso más importante para la obtención del amoniaco a nivel industrial es el método Haber, en el que
esta sustancia se obtiene a partir de sus ele mentos (nitrógeno e hidrógeno).
N2 + 3H2 øùõ 2NH3
) H = -11 Kcal/mol
Este proceso constituye un equilibr io químico al que industrialmente se le exigen unas condic iones de
máximo rendimiento y máxima velocidad, de f orma que resulte económicamente rentable. Por ello, vamos
a estudiar, aplic ando el Princi pio de Le Chatelier, los fac tores que afectan a este equilibri o.
Temperatura
La for maci ón del amoniaco es un proc eso exotér mico, lo que implica que para desplazar el equilibrio hacia
la formaci ón del amoniaco habrá que disminuir la temperatura. Si n embargo, una disminuc ión de la
temperatura hace que disminuya la velocidad de reac ción ( a temperatura ambiente es muy lenta) y, por
tanto, que el proceso no sea rentable desde el punto de vista económico.
Presión
Según el Principio de Le Chatelier un aumento de la presión hará que el equilibrio se desplace hacia la
derecha, con lo que aumentar ía el rendimiento en amoniaco. El inc onveniente es que no se puede trabajar
a presiones demasiado elevadas, ya que se cor re el riesgo de que la instalación en que tiene lugar el
proceso no r esista.
Catalizadores
La presencia de un catalizador acelera la velocidad de reacc ión, lo que f avorec e el proceso desde el punto
de vista económico. En la síntesis del amoniaco se emplea un catalizador formado por hier ro c on bajo
contenido en óxido metálico.
Industrialmente, para obtener el máximo rendimi ento, con las mejores condic iones económicas, en la
obtención del amoniaco se sigue el proceso Haber, hac iendo pasar una mezcla de nitrógeno e hidr ógeno
a través de un catalizador (hierro/óxido de hierro) a temperatura de 500 ºC y una presión de 1000 atm.
El rendimiento obtenido en estas condici ones está comprendido entre el 40% y el 50%. Después de la
reacc ión se enfrí an los gases para que se licue el amoniaco y los gases residuales se hacen volver a la
cámara de reac ción.
Otros métodos de obtención
Industrialmente también puede obtenerse a partir de óxido de calcio, c arbono y ni trógeno
CaO + 3C xxv CaC2 + CO
CaC2 + N2 xxv CaCN2 (ci anamida cálcic a)
CaCN2 + 3H2O xxv CaCO3 + 2 NH3
En el laboratorio se obtiene por acc ión de una base sobre las sales amónicas
NH4+ + OH- øùõ NH3 + H2O
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en un caso conc reto
NH4Cl + NaOH øùõ NH3 + H2O + NaCl
Reacciones del amoniaco
a)
Reacción de c ombustión
4NH3 + 3O2 xxv 2N2 + 6H2O
Si esta reacción tiene lugar en presencia de catalizadores es mucho más enérgica, consiguiéndose no sólo la oxidación del hidrógeno sino también la del nitrógeno. Así:
4NH3 + 5O2 xxv 4NO + 6H2O
Esta reacc ión se cataliza con platino y tiene gran importanci a en el proceso de obtención del
ácido ní trico.
b)
Reacción con el cloro
2NH3 + 3Cl2 xxv N2 + 6HCl
c)
Reacción de neutralizac ión
Como ya vimos anteriormente el amoniaco reacc iona con los ácidos para formar sales amónicas:
NH3 + HCl øùõ NH4Cl
Ion amonio
El ion amoni o, NH4+, se forma por la combinac ión de una moléc ula
de amoníaco con un pr otón c uando este le cede el par de electrones
sin compartir, pr esentando hibridación sp 3 y, por tanto, estructura
tetraédrica.
Dado que el amoniaco es una base débil, el ion amonio presenta la
típica reacción de hidrólisis
NH4+ + H2O øùõ NH4OH + H+
por lo que las disoluciones de una sal amónica van a presentar siempre pH ácido.
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