AMONIACO

Q.F. Alfredo Jiménez Pasache

Etimología de la palabra amoniaco

• Origen en el templo de Siwa, en Libia en el antiguo Egipto dedicado al Dios Ammon Ra.

• Los sacerdotes del templo usaban el estiércol

de camello como combustible, y en el hollín que quedaba en las paredes y techos del templo se formaban cristales salinos blancos, que recibieron el nombre de sal ammoniaca, en referencia a Ammon Ra.

Oasis de Siwa en Libia- Egipto

Templo de Siwa

Breve Reseña Histórica

• Se obtuvo de la sal amónica formada al destilar el estiércol de camello cerca del templo de Ammon Ra en Libia.

• En Europa, durante la Edad media, el amoniaco se obtenía calentando los cuernos y pezuñas de bueyes, y se llamaba espíritu de asta de ciervo.

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA ORINA

• Puede variar mucho según el tipo de alimentación y la cantidad de orina. El término medio habitual es el siguiente:

• En cada litro de orina hay: Urea: 24 g.• Cloruro de sodio (sal común): 10 g.• Sulfatos: 3g,• Fosfatos: 2,3 g.• Creatinina: 0,9 g.• Sales de amonio: 0,7 g.• Ácido hipúrico: 0,6 g.• Ácido úrico: 0,5 g.• Otros compuestos: 4 g.• Los principales elementos anormales que puede hallar un examen químico

de orina son proteínas y glucosa.

Propiedades

• Es un gas• De olor picante característico.• Incoloro• Muy soluble en agua• Densidad 0.771 g/L a 0ºC• Temperatura crítica 10 ºC • A 10 ºC presión 6.02 atm• A 20 ºC presión 8.4 atm

• Una disolución acuosa saturada contiene 45% en peso de amoniaco a 0ºC y un 30% a temperatura ambiente.

• Disuelto en agua, el amoniaco se convierte en hidróxido de amonio.

• Nº CAS 7664-41-7

Obtención de amoniaco en el Laboratorio

• Se obtiene generalmente en el Laboratorio calentando una sal amónica con cal apagada o con hidróxido de sodio.

La Reacción de Formación

• En estas reacciones el ión amonio tiene un protón o ion hidrógeno unido por covalencia coordinada al par electrónico libre del nitrógeno del amoniaco, este enlace es laxo, de tal manera que el protón puede ser fácilmente atraído por el ion oxidrilo de una base, ya que es un agente nucleofílico.

La Reacción de formación de amoniaco a partir de una sal amónica e hidróxido

Proceso Haber- Bosch

• Actualmente la mayor parte del amoniaco se produce sintéticamente por unión directa de Hidrógeno y Nitrógeno en el llamado Proceso Haber - Boch.Para unir directamente Nitrógeno con Hidrógeno se aplican las siguientes condiciones de reacción:

• Presión entre 100 y 1000 atmósferas.• Temperatura entre 400 a 550 ºC.• Catalizadores.- Mezclas de Fe, Mo y sesquióxido de

Aluminio para hacer que la reacción se viabilice con la suficiente velocidad para utilizarla industrialmente, y obtener rendimientos entre 15 a 40%.

• El NH3 se obtiene exclusivamente por el método denominado Haber-Bosch (Fritz Haber y Carl Bosch recibieron el Premio Nobel de química en los años 1918 y 1931). El proceso consiste en la reacción directa entre el nitrógeno y el hidrógeno gaseosos

• N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g) ΔHº = - 46,2 KJ/mol ΔSº < 0

25 ºC K = 6,8.105 atm. 450 ºC K = 7,8.10-2 atm.

Síntesis industrial

El Proceso HABERLa reacción es exotérmica y reversible:

N2 + 3 H2 2 NH3 + 22,040 cal.

• De la Ecuación termoquímica se deduce que el rendimiento en la formación de amoniaco disminuye si se aumenta la temperatura, en cumplimiento del Principio de Van´t Hoff.

Procedimiento en el Proceso Haber

• Sobre una mezcla estequiométrica de Hidrogeno y Nitrógeno a través de un lecho catalizado, formado principalmente por óxidos de hierro, molibdeno y sesquióxido de aluminio, se calienta y mantiene una temperatura entre 400 a 550 ºC, pues aun empleando catalizadores, la velocidad es muy lenta a temperaturas inferiores y no resulta rentable económicamente.

• Por tratarse de una reacción en fase gaseosa con franca disminución de volumen se requiere elevadas presiones.

• El N2 se obtiene del aire atmosférico y el Hidrógeno de los hidrocarburos.

NH3 como subproducto

• En el siglo XIX, la principal fuente de amoniaco fue la destilación de la hulla; era un derivado importante en la fabricación de combustibles gaseosos como gas de alumbrado y cok.

• La Hulla bituminosa o blanda contiene 1% de nitrógeno y unos 7% de hidrógeno, combinados.

• Cuando se calienta esta hulla en retortas exentas de aire, se produce una destilación destructiva (destilación seca), y se desprende nitrógeno en forma de amoniaco.

• Es muy lenta, por tener una elevada energía de activación, consecuencia de la estabilidad del N2.

• Por ello Haber utilizó un catalizador (óxido de hierro que se reduce a Fe0 en atmósfera de H2) y aumentó la presión, ya que esto favorece la formación del producto.

• Aunque termodinámicamente la reacción es mejor a bajas temperaturas esta síntesis se realiza a altas temperaturas para favorecer la energía cinética molecular y aumentar así la velocidad de reacción. Además se va retirando el amoníaco a medida que se va formando, para favorecer más la síntesis del producto.

Características principales de la Reacción

Fundamentos del Proceso Haber

• Cuando se aumenta la presión, el sistema trata de contrarrestarlo disminuyendo el número de moléculas, es decir, favoreciendo la formación de amoniaco NH3.

• Al disminuir el número de moléculas, baja un poco la presión del sistema.

• Todo aumento en la presión favorece el proceso que va asociado con una disminución en el número de moléculas, mientras que una disminución en la presión tendrá el efecto de tratar de aumentar en número de moléculas.

• Las reacciones que producen aumento en el número de moléculas, o sea elevación de la presión a volumen constante, son favorecidas cuando se disminuye la presión.

• Esto ocurre con la disociación del NH4Cl en NH3 y HCl , etc. La presión no ejerce influencia alguna en las reacciones gaseosas en las cuales no se altera el número total de moléculas.

Fundamentos del Proceso Haber

• El hidrógeno y el nitrógeno que se usan en el proceso Haber deben ser muy puros, para evitar el envenenamiento del catalizador.

• Los gases se enfrían, y el amoniaco se separa licuándolo a presión o por absorción en agua.

• Los gases libres que quedan, vuelven a la cámara catalítica para su ulterior tratamiento.

• En 1940 en USA por el proceso Haber unas 297,000 toneladas de amoniaco. La demanda de amoniaco es tan grande que se dice que duplica la cantidad formada naturalmente en el mundo.

En el método francés CLAUDE

• Se consigue 40% con una presión aproximada de 900 atmósferas, a la misma temperatura.

• En Alemania se consigue un rendimiento del 15% empleando una presión de 200 atmósferas a 450 – 500ºC.

Henry LE CHATELIER (1885) estableció el siguiente Principio:

• “Cualquier cambio en una de las variables que

fijan el estado de un sistema en equilibrio químico, causa un traslado en la posición del equilibrio en un sentido, con el cual se provoca una reacción de tal índole que tiende a contrarrestar el cambio de la variable en consideración”.

Proceso de la cianamida

• Amoniaco a expensas del nitrógeno del aire.• El Método de la cianamida cálcica, descubierto por

Frank y Caro en 1895, y usado por primera vez industrialmente en 1906.

• 1er Paso.- Se calienta juntos cal y cok en un horno eléctrico, formándose carburo cálcico y monóxido de carbono, según la siguiente reacción :

2do paso del Método de Frank y Caro

• Se pasa nitrógeno obtenido del aire líquido sobre carburo cálcico triturado que contiene un poco de cloruro o fluoruro cálcico, y calentando a unos 1000 ºC. En la reacción se forma cianamida cálcica y carbón, según la siguiente reacción química:

3er Paso del Método de Frank y Caro

• La cianamida cálcica se agita primero con agua fría para descomponer todo el carburo cálcico no transformado, y luego se trata con vapor de agua a presión en un autoclave. En estas condiciones se produce amoniaco:

Propiedades químicas del amoniaco

• El amoniaco es un compuesto químicamente activo, y sus propiedades en este aspecto pueden señalarse de la siguiente forma:

• Estabilidad.- Estable a temperatura ambiente, empieza a descomponerse apreciablemente en sus elementos constituyentes a 500 ºC. La reacción es reversible:

• Puede descomponerse por chispa eléctrica.

Propiedades químicas del amoniaco

• Acción sobre no metales.- El amoniaco no es combustible en el aire, pero arde en oxígeno con una llama amarilla, formando vapor de agua y nitrógeno. Sin embargo una mezcla de amoniaco y aire en contacto con platino a 700ºC forma óxido nítrico:

• El óxido nítrico puede oxidarse fácilmente a dióxido de nitrógeno y convertirse en ácido nítrico.

Propiedades químicas del amoniaco

• Con el litio y el magnesio, reacciona a alta temperatura para formar nitruros:

• Con sodio y potasio, solamente una parte del

hidrógeno se reemplaza formándose la amida:

Acción sobre compuestos

• El amoniaco actúa como reductor sobre muchos óxidos cuando se hace pasar el gas sobre ellos a altas temperaturas

• Se combina con muchas sales para formar compuestos complejos, tales como las sales diaminoargénticas, que contienen el ión complejo positivo:

Con los ácidos en general

• Reacciona dando sales amónicas:

La naturaleza ácida o alcalina

• El amoniaco se disuelve en agua, formando una disolución alcalina que suele llamarse hidróxido amónico. Tales disoluciones contienen concentraciones débiles de los iones NH4 + e OH - :

• La formación del ion complejo, NH4 + amonio, desplaza el equilibrio entre las moléculas de agua y sus iones. Restablecido el equilibrio, la concentración de OH – es mayor que la de H3O + , y la disolución es alcalina.

Constante de Disociación básica del NH3 y ácida de las sales NH4 +es:

• Kb amoniaco = 1.79 x 10 -5 moles / Litro

• Ka sales de amonio = 5.5 x 10 -10 moles / Litro

• Por lo tanto se pueden calcular el pH de sus disoluciones según su concentración, como te indicará el profesor en clase.

Usos y aplicaciones

• Refrigerante por su elevado efecto Joule Thompson.

• En la fabricación de fertilizantes o abonos nitrogenados compuestos que contienen además fosfatos y sales potásicas (NPK).

• Producción de ácido Nítrico por el proceso Ostwald.

• Fabricación de explosivos. • En la fabricación de colorantes, plásticos, drogas,

etc.

Máquina frigorífica de amoniaco

Usos y aplicaciones

• La disolución de amoniaco se emplea en usos domésticos.

• Quita al agua la dureza temporal por lo que se emplea para lavar, con el consiguiente ahorro de jabón.

• Descompuesto en sus elementos constituyentes mediante catalizador produce una mezcla de 75% de hidrógeno y 25% de nitrógeno, que puede utilizarse en sopletes oxhídricos para soldar metales raros y aceros especiales.

• Para transporte y almacenaje resulta una forma muy conveniente, adecuada y compacta de proporcionar hidrógeno.

http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Triple_expansion_engine_animation.gif

Ciclo del Nitrógeno