Amoníaco – Estructura, Propiedades, Preparación, Usos

El bloque p , que se encuentra en el lado derecho de la tabla periódica normal, contiene elementos en los grupos 13 a 18. Tienen una configuración eléctrica ns ² np ^{1–6 .} El bloque p no incluye helio, a pesar de que es el primer elemento del grupo 18. Con la excepción de la primera fila, cada fila de la tabla tiene seis elementos p (que no tiene ninguno).

Los metales, los no metales y los metaloides están presentes en este bloque, lo que lo hace único. Grupo 13, los icoságenos; 14, los cristalógenos; 15, los pnictógenos; 16, los calcógenos; 17, los halógenos; y 18, el grupo del helio, que consta de gases nobles (excepto helio) y oganesón.

¿Qué es el amoníaco?

El amoníaco es un químico a base de nitrógeno e hidrógeno. Está formado por un átomo de nitrógeno y tres de hidrógeno. NH ₃ es su fórmula química. La descomposición natural de los cuerpos de animales y plantas produce amoníaco porque los compuestos de nitrógeno presentes en ellos se descomponen a medida que mueren o se descomponen, dando como resultado amoníaco. El amoníaco también se puede encontrar en el suelo como una sal de amonio.

Formación de amoniaco por descomposición de la materia orgánica nitrogenada urea (NH ₂ CONH ₂ ).

NH ₂ CONH ₂ + 2H ₂ O → (NH ₄ ) ₂ CO ₃ ⇌ 2NH ₃ + CO ₂ + H ₂ O

Estructura del amoníaco

La molécula de amoníaco se produce cuando chocan tres orbitales híbridos sp ³ de nitrógeno y tres orbitales s de hidrógenos. Un par solitario de electrones ocupa el 4º orbital híbrido ^sp 3 ^{del nitrógeno.} La molécula de amoníaco tiene una estructura piramidal trigonal como resultado de esto.

El ángulo HNH es 107,8 ^∘ , mientras que la longitud del enlace NH es 101,7 pm. Debido a la repulsión del par de enlace de par solitario, que tiende a empujar el enlace NH ligeramente hacia adentro, el ángulo del enlace HNH es algo menor que el ángulo tetraédrico de 109 ^∘ 28′. El amoníaco se une en forma líquida y sólida debido a los enlaces de hidrógeno.

Propiedades físicas del amoníaco

1. El amoníaco es un gas incoloro con un olor acre distintivo conocido como olor amoniacal.
2. Debido a que es más liviano que el aire, se recolecta a través del desplazamiento del aire hacia abajo.
3. Cuando se inhala rápidamente, hace que se acumulen lágrimas en los ojos.
4. Puede licuarse fácilmente a temperatura ambiente si se aplica una presión de 8 a 10 atmósferas.
5. Bajo una atmósfera de presión, el amoníaco líquido hierve a -33,5 ^∘ C (239,6 K). Tiene una alta entalpía de vaporización (1370J/g) y, por lo tanto, se emplea en equipos de fabricación de hielo y sistemas de refrigeración.
6. A –77,8 °C (195,3 °K), el amoníaco líquido se congela en un sólido cristalino blanco.
7. Tiene alta solubilidad en agua. Un volumen de agua disuelve alrededor de 1300 volúmenes de gas amoníaco. Debido a su alta solubilidad en agua, el gas amoníaco no puede acumularse en el agua.

Preparación de Amoníaco

• Uso de una base fuerte para calentar sales de amonio: El amoníaco se produce a pequeña escala calentando sales de amonio con una base fuerte.

(NH ₄ ) ₂ SO ₄ +2NaOH+Calor→2NH ₃ +2H ₂ O+Na ₂ SO ₄  

NH ₄ Cl+KOH+Calor→NH ₃ +H ₂ O+KCl

• El amoníaco se produce en el laboratorio calentando una mezcla de cal apagada y cloruro de amonio.

2NH ₄ Cl+Ca(OH) ₂ +Calor→2NH ₃ +2H ₂ O+CaCl ₂

• La hidrólisis de nitruros metálicos, como el nitruro de magnesio y aluminio, con agua o álcalis, también puede generar gas amoníaco.

Mg ₃ N ₂ +6H ₂ O→2NH ₃ +3Mg(OH) ₂

AlN+3H ₂ O→NH ₃ +Al(OH) ₃

Al pasar gas amoníaco sobre cal viva, se seca (CaO). Debido a que el amoníaco es un gas básico, no se puede secar pasándolo por ácido sulfúrico concentrado o pentrust de fósforo, ya que reaccionará con ellos para generar sulfato de amonio o fosfato de amonio. El cloruro de calcio no se puede usar para secar el gas amoníaco porque el cloruro de calcio crea amoníacos.

Fabricación de Amoníaco por Haber Process

A escala comercial, el amoníaco se fabrica mediante el proceso de Haber.

N2 (g) + 3H2 _{( g} ) ⇌ 2NH3 ₍ g) ; ΔH ^∘ =–92,4 kJ/mol

Esta es una reacción exotérmica reversible que ocurre cuando el volumen disminuye. Como resultado, según el principio de Le Chatelier, las mejores condiciones para producir amoníaco son:

1. Baja temperatura: Debido a que el proceso directo es exotérmico, la generación de amoníaco se ve favorecida a bajas temperaturas. Sin embargo, la velocidad de reacción será lenta a bajas temperaturas. Se ha determinado que la temperatura óptima de la reacción es de alrededor de 700K.
2. La alta presión favorecerá la creación de amoníaco ya que la reacción directa ocurre con una disminución de volumen. A una presión de 200 x 10 ⁵ Pa (200 atmósferas), la reacción se lleva a cabo normalmente.
3. Catalizador: La velocidad de reacción es relativamente lenta, aproximadamente 700K. El rust de hierro se utiliza como catalizador, junto con una pequeña cantidad de K ₂ O y Al ₂ O ₃ . La adición de molibdeno como promotor mejora la eficiencia del catalizador.

La técnica de Haber comprime una mezcla de N ₂ y H ₂ en una proporción molar de 1:3 a una presión atmosférica de aproximadamente 200. Después del enfriamiento, los gases comprimidos se transportan a través de una torre de cal sodada para eliminar la humedad y el dirust de carbono. Estos luego se introducen en una cámara de catalizador que contiene rust de hierro, una pequeña cantidad de k ₂ O y Al ₂ O ₃ . Cuando los dos gases se combinan para producir amoníaco, la cámara se calienta eléctricamente a una temperatura de 700 K. Debido a que el proceso es exotérmico, el calor generado mantiene la temperatura en el nivel deseado y no se necesita calentamiento eléctrico adicional.

Los gases que se filtran de la cámara contienen alrededor de un 15-20 % de amoníaco, siendo el resto nitrógeno e hidrógeno sin reacción. Pasan por la tubería de condensación, que licua el amoníaco en el receptor y lo recoge. Los gases que no reaccionaron se bombean de vuelta a la bomba de compresión, donde se mezclan con una nueva combinación de gases.

Propiedades químicas del amoníaco

• El amoníaco es muy soluble en agua debido a su composición básica. Debido a la producción de iones OH- ^, su solución acuosa es débilmente básica.

NH ₃ (g)+H ₂ O(I) ⇋ NH ₄ OH(aq) ⇋ NH ₄ ⁺ (aq)+OH ^– (aq)

Por ser básico, vuelve azul el tornasol rojo húmedo y neutraliza los ácidos tanto en estado seco como húmedo, generando sus correspondientes sales.

NH ₃ +HCl → NH ₄ Cl

2NH ₄ OH+H ₂ SO ₄ → (NH ₄ ) ₂ SO ₄ +2H ₂ O

• El amoníaco funciona como una base de Lewis debido a la existencia de un par solitario de electrones en el átomo de nitrógeno. En consecuencia, puede donar fácilmente su par de electrones para establecer un enlace coordinado con compuestos deficientes en electrones como BF ₃ o cationes de metales de transición que poseen orbitales d desocupados para formar complejos. Como ejemplo,

Ag ⁺ (ac)+2NH ₃ (ac) → [Ag(NH ₃ ) ₂ ] ⁺ (ac)

Cu ²⁺ (ac)+4NH ₃ (ac) → [Cu(NH ₃ ) ₄ ] ²⁺ (ac)

Así, el amoníaco actúa como ligando.

• El amoníaco no es ni un combustible ni un partidario de combustible cuando se trata de la combustión. En presencia de oxígeno, sin embargo, produce dinitrógeno y agua.

4NH ₃ +3O ₂ →2 N ₂ +6H ₂ O

• El amoníaco se oxida a gas dinitrógeno cuando pasa a través de una solución de hipoclorito de calcio (polvo blanqueador), agua de bromo u rust de cobre calentado.

4NH ₃ +3Ca(OCl) ₂ → 2 N ₂ +3CaCl ₂ +6H ₂ O

8NH ₃ +3Br ₂ → N ₂ +6NH ₄ Br

2NH ₃ +3CuO+Calor → 3Cu+N ₂ +3H ₂ O

El amoníaco se oxida a rust nítrico cuando se pasa a través de una gasa de Pt/Rh a 500 K bajo una presión de 9 bar con exceso de aire. La técnica de Ostwald utiliza esta reacción como punto de partida para producir ácido nítrico.

Usos del amoníaco

Los siguientes son algunos de los muchos usos del amoníaco:

1. En el proceso de síntesis del ácido nítrico de Ostwald.
2. En la fabricación de carbonato de sodio se utiliza el proceso Solvay.
3. Se utiliza en la producción de rayón y urea.
4. Se producen sulfato de amonio, nitrato de amonio, urea, fosfato de diamonio y otros fertilizantes.
5. En plantas de hielo como refrigerante.
6. Los muebles y las superficies de vidrio se pueden limpiar con él.
7. En el laboratorio se emplea como disolvente y como reactivo.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Cuáles son las propiedades del amoníaco?

Responder:

El amoníaco es un gas incoloro con un característico olor acre amoniacal. Es más liviano que el aire y puede licuarse fácilmente a temperatura ambiente cuando se lo somete a una presión de 8 a 10 atmósferas. Bajo una atmósfera de presión, su punto de ebullición es -33,5 ^∘ C (239,6 K). Sirve como una fundación Lewis.

Pregunta 2: ¿Cuál es el método de preparación del amoníaco?

Responder:

La tecnología de Haber se utiliza para producir amoníaco de forma comercial.

N ₂ (g) + 3H ₂ ⇌ NH ₃ (g) ; ΔH ^∘ =–92,4 kJ/mol

Esta reacción se lleva a cabo en presencia de rust de hierro como catalizador con una pequeña cantidad de K ₂ O y Al ₂ O ₃ a una temperatura de 700K y una presión de 200×10 ⁵ Pa o 200 atmósferas. El molibdeno se utiliza como promotor para mejorar la eficiencia del catalizador.

Pregunta 3: ¿Cuáles son los usos de la síntesis de amoníaco?

Responder:

El amoníaco sintético se usa principalmente para fabricar fertilizantes, incluidos sulfato de amonio, nitrato de amonio, urea y fosfato de diamonio. Aparte de eso, se emplea en la producción de ácido nítrico mediante el proceso de Ostwald, carbonato de sodio mediante el proceso de Solvay y rayón y urea mediante el proceso de Solvay.

Pregunta 4: ¿Cuáles son los usos del amoníaco?

Responder:

El amoníaco se utiliza como:

1. En la producción de ácido nítrico por el proceso de Ostwald, carbonato de sodio por el proceso de Solvay y rayón y urea por el proceso de Solvay.
2. En la producción de fertilizantes como sulfato amónico, nitrato amónico, urea, fosfato diamónico, entre otros.
3. En plantas de hielo como refrigerante.
4. Como limpiador de superficies para muebles y vidrios.
5. En el laboratorio se utiliza como disolvente y como reactivo.

Pregunta 5: ¿Qué tipo de reacción es la síntesis de amoníaco por el proceso de Haber?

Responder:

La técnica de Haber produce amoníaco a través de una reacción exotérmica reversible que da como resultado una caída en el volumen. Esperamos que esta publicación de amoníaco te haya resultado útil. Si tiene alguna pregunta, deje un comentario a continuación y le responderemos lo antes posible.