Uno de los compuestos de nitrógeno más importantes es el amoníaco. De acuerdo con sus propiedades físicas, es un gas incoloro con un olor fuerte y asfixiante (este es el olor de una solución acuosa de hidróxido de amonio NH₃·H₂O). El gas es altamente soluble en agua. En solución acuosa, el amonio es una base débil. Es uno de los productos más importantes de la industria química.
NH₃ es un buen reductor, ya que en la molécula de amonio, el nitrógeno tiene el estado de oxidación más bajo -3. Muchas características del amoníaco están determinadas por un par de electrones individuales en el átomo de nitrógeno; se producen reacciones de adición con el amoníaco debido a su presencia (este par de electrones individuales se encuentra en la órbita libre del protón H⁺).
Cómo obtener amoníaco
Hay dos métodos prácticos principales para obtener amoníaco: uno en el laboratorio y otro en la industria.
Considere la producción de amoníaco en la industria. Interacción de nitrógeno molecular e hidrógeno: N₂ + 2H₂=2NH₃(Reacción reversible). Este método de obtención de amoníaco se denomina reacción de Haber. Para que el nitrógeno molecular y el hidrógeno reaccionen, deben calentarse a 500 ᵒC o 932 ᵒF, se debe acumular una presión MPA de 25-30. El hierro poroso debe estar presente como catalizador.
La recepción en el laboratorio es una reacción entre el cloruro de amonio y el hidróxido de calcio: CA(OH)₂ + 2NH₄Cl=CaCl₂ + 2NH₄OH (como el NH₄OH es un compuesto muy débil, se descompone inmediatamente en amoníaco gaseoso y agua: NH₄OH=NH₃ + H₂O).
Reacción de oxidación de amoníaco
Proceden a un cambio en el estado de oxidación del nitrógeno. Dado que el amoníaco es un buen reductor, se puede utilizar para reducir los metales pesados de sus óxidos.
Reducción de metal: 2NH₃ + 3CuO=3Cu + N₂ + 3H₂O (cuando el óxido de cobre (II) se calienta en presencia de amoníaco, el cobre rojo metálico disminuye).
La oxidación del amoníaco en presencia de agentes oxidantes fuertes (por ejemplo, halógenos) ocurre de acuerdo con la ecuación: 2NH₃ + 3Cl₂=N₂ + 6HCl (esta reacción redox requiere calentamiento). Cuando se expone a permanganato de potasio sobre amoníaco en un medio alcalino, se observa la formación de nitrógeno molecular, permanganato de potasio y agua: 2NH₃ + 6KMnO₄+ 6KOH=6K₂MnO₄+ N₂ + 6H₂O.
Cuando se calienta intensamente (hasta 1200 °C o 2192 ᵒF), el amoníaco puede descomponerse en sustancias simples: 2NH₃=N₂ + 3H₂. A 1000 oC o 1832 el amoníaco reacciona con el metano CH4: 2CH₄ + 2NH₃ + 3O₂=2HCN + 6H₂O (ácido cianhídrico y agua). Al oxidar el amoníaco con hipoclorito de sodio, la hidracina H₂X₄ puedeobtener: 2NH3 + NaOCl=N2H4 + NaCl + H 2O
Combustión de amoníaco y su oxidación catalítica con oxígeno
La oxidación del amoníaco con oxígeno tiene ciertas características. Hay dos tipos diferentes de oxidación: catalítica (con un catalizador), rápida (quema).
Cuando se quema, se produce una reacción redox, cuyos productos son nitrógeno molecular y agua: 4NH3 + 2O2=2N2 + 6H2O autoignición de amoníaco). La oxidación catalítica con oxígeno también ocurre cuando se calienta (alrededor de 800 ᵒC o 1472 ᵒF), pero uno de los productos de reacción es diferente: 4NH₃ + 5O₂=4NO + 6H₂O (en presencia de platino u óxidos de hierro, manganeso, cromo o cob alto como un catalizador, los productos de oxidación son óxido de nitrógeno (II) y agua).
Considere la oxidación homogénea de amoníaco con oxígeno. La oxidación monótona descontrolada de la sección de gas amoníaco es una reacción relativamente lenta. No se informa en detalle, pero el límite inferior de inflamabilidad de las mezclas de amoníaco y aire a 25 °C es de alrededor del 15 % en el rango de presión de 1-10 bar y disminuye a medida que aumenta la temperatura inicial de la mezcla de gases.
Si CNH~ es la fracción molar de NH3 en una mezcla de aire y amoníaco con una temperatura tmixta (OC), entonces de los datos CNH=0.15-0 se sigue que el límite de inflamabilidad es bajo. Por tanto, es razonable trabajar con suficiente margen de seguridad por debajo del límite inferiorinflamabilidad, por regla general, los datos sobre la mezcla de amoníaco con aire a menudo están lejos de ser perfectos.
Propiedades químicas
Considere la oxidación por contacto del amoníaco a óxido nítrico. Reacciones químicas típicas con amoníaco sin cambiar el estado de oxidación del nitrógeno:
- Reacción con agua: NH₃ + H₂O=NH₄OH=NH₄⁺ + he⁻ (la reacción es reversible porque el hidróxido de amonio NH₄OH es un compuesto inestable).
- Reacción con ácidos para formar sales normales y ácidas: NH₃ + HCl=NH₄Cl (se forma la sal de cloruro de amonio normal); 2NH₃ + H₂SO₄=(NH₄)₂SO₄.
- Reacciones con sales de metales pesados para formar complejos: 2NH₃ + AgCl=[Ag(NH₃)₂]Cl (compuestos complejos de plata (I) formas de cloruro de diamina).
- Reacción con haloalcanos: NH3 + CH3Cl=[CH3NH3]Cl (las formas de clorhidrato de metilamonio son el ion amonio sustituido NH4=).
- Reacción con metales alcalinos: 2NH₃ + 2K=2KNH₂ + H₂ (forma amida de potasio KNH₂; el nitrógeno no cambia el estado de oxidación, aunque la reacción es redox). Las reacciones de adición ocurren en la mayoría de los casos sin cambiar el estado de oxidación (todas las anteriores, excepto la última, se clasifican en este tipo).
Conclusión
El amoníaco es una sustancia popular que se usa activamente en la industria. Hoy ocupa un lugar especial en nuestra vida,ya que usamos la mayoría de sus productos todos los días. Este artículo será una lectura útil para muchos que quieran saber sobre lo que nos rodea.
