- Generalidades. Características de la molécula. Enlace.
- Propiedades físicas.
- Propiedades químicas: carácter ácido-base, propiedades reductoras.
- Síntesis.
- Aplicaciones.
Sustancia de importancia en la industria química. Se prepara en grandes cantidades: 100 millones de toneladas al año.
80% fertilizantes: NH3 NO HNO3-NO3
-
5% industria textil: nylon, poliamida.
1% explosivos: NH4NO3, TNT (trinitrotolueno), nitroglicerina, nitrocelulosa.
GENERALIDADES
% restante: usos variados (reactivos químicos, control del pH, tratamiento de aguas residuales).
N
H H
H
[N]
sp3
En condiciones normales el amoniaco se encuentra en estado gaseoso.
Forma piramidal
d(N-H) = 1.01Å
H-N-H = 106.6º
Ángulo próximo al tetraédrico (109.47º)
CARACTERÍSTICA DE LA MOLECULA
E(N-H)= 390.8 kJmol-1
mediante orbitales h sp3 del N y los 1s de los hidrógenos
Esto contribuye al carácter polar de la molécula, = 1.48 D
Por TEV//el amoniaco utiliza orbitales híbridos sp3 no equivalentes
N: 2s22p3 : (sp3)1 (sp3)1 (sp3)1 (sp3)2
Mayor carácter sMayor carácter p
porque H-N-H = 106.6º
El par de electrones no compartido en posición opuesta al plano de los átomos de H tiene acentuado carácter p
Carácter direccional
El carácter polar de la molécula se va a reflejar en el conjunto de sus propiedades
H HH +
+
-
+
N+
ENLACE EN LA MOLECULA
+
p.f. ..............................195.42 K/-77.8 ºC
p.eb. ...............................239.81/-33.4 ºC
Temperatura crítica………………..132.5 ºC
Calor de vaporización en el p.eb. ….23.3 kJmol-1
A temperatura ordinaria, gas incoloro y de olor picante característico, fácilmente licuable por disminución moderada de la temperatura o de la presión.
ALTOSFuerte asociación de las moléculas debido a su carácter polar y a la posibilidad del nitrógeno
de formar enlaces de hidrógeno
El gas se puede licuar a 132.5ºC
Relativamente alto debido a la
presencia de enlaces de hidrógeno
PROPIEDADES FÍSICAS DEL AMONIACO
4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O H = -1167 kJmol-1
Facilidad de descomposición por la elevada energía de enlace de las moléculas que se forman: N2 e H2
Se descompone por el calor. La reacción se facilita por empleo de catalizadores y por radiaciones UV
La reacción se favorece en presencia de Cl2 o el O2 (fuertemente exotérmica):
2NH3 + 3 Cl2 2N2 + 6HCl
4NH3 + 3 O2 2N2 + 6H2O H = -1531.3 kJmol-1
Con catalizadores esta reacciónpuede realizarse de forma más rápida que la anterior
Estabilidad N2(g) + 3H2(g) 2NH3 (g) Hºf = - 46.2 kJmol-1
PROPIEDADES QUÍMICAS DEL AMONIACO
Estable a temperatura ordinaria pero la entalpía de formación es baja
2NH3 2N2 + 3H2
Muy soluble en agua NH3 + H2O NH4+ + OH- K a 25ºC = 1.81 x 10-5
En el equilibrio solo existen las especies indicadas pero no la molécula NH4OH
Esa disolución tiene reacción alcalina ( OH-) es menos densa que el agua y por enfriamiento a muy bajas temperaturas se obtienen:
NH3.H2O y 2NH3.H2O
No son iones sino cadenas de moléculas unidas por enlaces de hidrógeno dando lugar a redes tridimensionales
Reacciones ácido-base
PROPIEDADES QUÍMICAS DEL AMONIACO
Ion amónico, NH4+ , más estable que el H3O+
Sales amónicas
Se conocen numerosas sales amónicas:
Estructura,
Solubilidad y
Propiedades generales
Comparables con
las sales de los alcalinos
r (NH4+) = 1.48 Å
r (K+) = 1.33År (Rb+) = 1.48 Å
H (kJmol-1)
NH3 + H+ NH4+ +836.8
H2O + H+ H3O+ +711.3 NH4
+ H3O+>
A mayor afinidad protónica Hmás estable es la molécula formada
NH4Cl HCl + NH3 K = 10-16 (25 ºC)Las sales amónicas se
descomponen por el calor
Amoniaco en estado líquido
2NH3 NH4+ + NH2
- K-40ºC = [NH4+][ NH2
-] = 10-30 << Kw H2O
Disolvente ionizante de sales << H2O (D = 22, frente a 81.3)
Reacción de neutralización
NH4+ + NH2
- 2NH3
Es poco conductor de la corriente eléctrica menor que el agua. Está ionizado de modo semejante
En solución acuosa el amoniaco se comporta como reductor.
Oxidantes fuertes como el cloro oxidan el amoniaco a hidrazina que a su vez es oxidada a N2:
2NH3 + Cl2 N2H4 + 2HCl
N2 + 4H2O + 4e- N2H4 + 4OH- Eº = -1.15 V
Medio básico: 1/2N2+ 4H2O +3e- 4OH- Eº = - 0.74 V
Medio ácido: 1/2N2+ 4H+ +3e- NH4+ Eº = + 0.27 V
Propiedades reductoras
El poder reductor delamoniaco es mayor en
medio básico que en ácido
%NH3 vol
Temperatura ºC
50
100
0 200 400 600 800
1000 atm200atm1000 atm
100atm
30atm30atm
1atm1atm
SÍNTESIS DEL NH3
N2(g) + 3H2(g) 2NH3 (g)
K (25ºC) = 103 influye la presión
4 moles 2 moles
Termodinámicamente favorable.Desde el punto de vista cinético no favorable
Son efectivos a alta temperatura (400-500ºC)
Temperatura y catalizadores
Reacción favorecida a temperaturas bajas
Al aumentar mucho la temperatura aparecen problemas de seguridad, técnicos y económicos:
La síntesis de amoniaco tiene que llevarse a cabo en unasituación de compromiso entre la termodinámica, la cinética
y los problemas que puedan surgir.
La industria no realiza la síntesis a presión elevada aunque seobtenga un rendimiento mayor por los problemas que se generan
Se necesita disponer de materiales capaces de resistir muy altas presiones
H2 gas muy difusible riesgos de accidentes
Potencia y coste de compresores
Métodos de obtenciónHaber-Bosch
ClaudeT = 500 ºC y P = 200 atm 17%
Necesario emplear reactores de grandesdimensiones de hierro pobre en carbono para evitar el contacto de los gases con el acero
Emplea altas presiones/ 1000 atm
Reactores de pequeño tamañode aleaciones de Ni con Cr y W y baja proporción de carbono
Efectivo 40%Métodos intermedios emplean catalizadores
que actúan a temperaturas más bajas proporcionado un mayor rendimiento
Obtención de sales amónicas.
Obtención de nitratos, nitruros y oxinitruros, etc.
NH3 2NO + 3/2O2 N2O5 + H2O 2HNO3
Obtención de urea, hidracina, etc.
APLICACIONES
+ M
Nitratos