LA QUÍMICA DEL AMONIACO Y DEL ÁCIDO NÍTRICO

Amoniaco

La molécula tiene forma piramidal, es decir, presenta una hibridación sp3 , donde tres de los orbitales se solapan con los hidrógenos y el que resta se queda con los electrones no compartidos.

El nitrógeno ocupa el vértice de una pirámide, cuya base es un triángulo equilátero formado por lo tres átomos de hidrógeno.

En el amoniaco tenemos átomos de hidrógeno unidos al nitrógeno, que es un átomo pequeño y electronegativo, por lo que el amoniaco presentará enlaces intermoleculares de puentes de hidrógeno al igual que la molécula de agua. Este tipo de enlace provoca que sus puntos de fusión y ebullición, al calor de vaporización, la constante dieléctrica, etc. Sean anormalmente altos.

CONSTANTES DEL AMONÍACO

Punto de fusión - 77 C

Punto de ebullición - 33 C

Temperatura crítica 133 C

Presión critica 111 atm

Densidad 0'72 g / l

Calor de vaporización 5'6 kcal / mol

Propiedades del Amoniaco

• El amoniaco es el punto de partida para la obtención de muchos compuestos industriales.

• Es un gas incoloro y tiene un olor picante característico, que irrita los ojos y es de sabor cáustico. Es muy soluble en agua.

• El amoniaco en estado liquido es muy poco conductor de la electricidad. Arde en presencia del oxígeno puro con una llama poco luminosa, desprendiendo vapor de agua y de nitrógeno.

• Es estable a temperatura ambiente pero se descompone por la acción del calor.

• La reacción del amoniaco con metales, especialmente con alcalino y alcalinoterreos, puede dar lugar a amidas, imidas o nitruros.

• Es más ligero que el aire, posee una densidad de 0.6

• Carácter Ácido-Base: en las reacciones químicas el amoniaco puede actuar como base. Así puede aceptar un protón:

H2O + NH3 NH4+ + OH-

Es decir se comporta como una base débil de Brönsted-Lowry, por lo que se utiliza en muchas reacciones como fuente moderada de iones OH-

• Carácter Redox: El NH3 solo puede actuar como reductor en las reacciones redox. Así, por ejemplo, a temperatura elevada se oxida con oxigeno molecular:

4 NH3 + 5O2 6H2O + 4NO

Aplicaciones del amoniaco

Se emplea para la obtención de sales amónicas, utilizadas como abono. Otra gran parte de se destina a la obtención de NO, de ácido nítrico y de nitratos. También se utiliza como ya hemos dicho antes, de refrigerante.

Obtención del Amoniaco

1ª Forma: En el laboratorio, el método más corriente de obtener amoniaco es mediante una reacción ácido-base de desplazamiento, esto es, desplazando la base débil de una sal amónica por una base fuerte. Corrientemente se emplea hidróxido de cálcio:

2NH4Cl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2H2O + 2 NH3

2ª Forma: A nivel industrial se utiliza el proceso de Haber-Bosch, que consiste en la síntesis a partir de sus elementos:

N2 (g) + 3H2 (g) = 2NH3 H= -92.4 KJ

Esta ecuación es un ejemplo de equilibrio. Por lo que utilizaremos el principio de Le Chatelier para calcular las condiciones optimas. Según éste principio tendríamos que conseguir una temperatura baja y una presión elevada. Pero a una baja temperatura la velocidad de reacción es extremadamente lenta. Por estas causas el proceso de formación del amoniaco se realiza entre los 400-500º C a través de un catalizador de óxido de hierro, y a unas 1000 atm de presión consiguiendo rendimientos de un 50 a un 70%.

Síntesis del amoniaco 1

Ácido Nítrico

El ácido nítrico puro es líquido a la temperatura ordinaria e incoloro. En estado sólido también es incoloro. Es inestable, en estado líquido está desasociado en pentaoxido de dinitrógeno y agua. Es soluble en agua con gran desprendimiento de calor.

Las disoluciones acuosas de ácido nítrico se comportan frente a metales y a compuestos como óxidos, hidróxidos, carbonatos, etc. Como corresponde a disoluciones acuosas de ácidos fuertes.

Solo algunos metales como Au, Pt, Rh e Ir no son atacados por el ácido nítrico que es un poderoso agente oxidante y otros metales como el Al, Fe y Cr se pasivan por la acción del ácido concentrado. El poder oxidante del HNO3 depende marcadamente de su concentración. A concentraciones menores de 2M, su poder oxidante es virtuosamente nulo.

Es un ácido muy fuerte, presenta la propiedad de los ácidos de neutralizar las bases y de desplazar a otros ácidos más débiles.

Es un ácido muy oxidante. El nº de oxidación del nitrógeno es +5, el máximo que puede tener el nitrógeno, por tanto la tendencia de este es a reducirse. Los productos de la reducción dependen de la concentración del ácido nítrico y de la naturaleza del agente al que se le enfrente.

Aplicaciones del Ácido Nítrico

Se utiliza como base de fabricación de abonos y fertilizantes, explosivo y pinturas especialmente. También se emplea para la preparación de nitratos. Para la formación de agua regia.

Obtención del Ácido Nítrico

Para la obtención del ácido nítrico de forma industrial se utiliza el denominado proceso de Ostwald. Consiste en la oxidación catalítica del amoniaco procedente de la síntesis de Haber, a óxidos de nitrógeno que por acción del agua pasan a ácido nítrico. Podemos dividir el proceso en tres fases:

• Oxidación del amoniaco a óxido nítrico: La mezcla gaseosa de amoniaco y aire enriquecido en oxígeno se calienta a unos 800 ºC a través de un catalizador de platino, la reacción es:

4NH3 + 502 4NO + 6 H2O

• Oxidación de NO a NO2: El monóxido de nitrógeno pasa a la torre de oxidación donde se añade más aire, oxidándose a dióxido de nitrógeno:

2NO + O2 2NO2

• Paso de NO2 a HNO3: El dióxido de nitrógeno formado se conduce a la torre de hidratación donde, siempre en presencia de un exceso de aire, reacciona con el agua.

3NO2 + H2O 2HNO3 + NO

El ácido así obtenido se concentra por destilación, hasta que se obtiene una disolución de punto de ebullición constante, que es el ácido nítrico comercial (68% en peso y densidad 1,4 g/cm3)

Formación del HNO3 por oxidación de NH3 1

EFECTOS MEDIOAMBIENTALES

Lluvias Ácidas:

Las lluvias ácidas constituyen actualmente una preocupación mundial porque corroen los metales, destruyen el equilibrio de la Naturaleza y son muy peligrosas para la salud humana.

El ácido nítrico formado en la atmósfera a partir de óxidos de nitrógeno generados en las tormentas y desprendidas por muchas fábricas de productos químicos contribuye a la lluvia ácida.

El uso industrial del amoniaco en equipos de refrigeración y aire acondicionado provoca, en este caso, la neutralización de la lluvia ácida al ser éste una base.

Aunque hay q decir que la principal causa de las lluvias ácidas es el azufre de los carburantes al llegar a formar ácido sulfúrico.

El fenómeno de las lluvias ácidas ( que en algunos casos pueden alcanzar la acidez del vinagre ) afecta a parte del norte de Europa y a los Estados Unidos y representa una tremenda amenaza ambiental, en particular para los lagos y explotaciones agrícolas. Incluso los monumentos de piedra sufren importantes degradaciones por esta causa tanto mayor cuanto más próximo se encuentren a las zonas industriales.

DIFERENCIAS FUNDAMENTALES ENTRE LA QUÍMICA DE LABORATORIO Y LA INDUSTRIAL

La principal diferencia entre la industria y el laboratorio es que en la industria se realizan los mismos procesos que en el laboratorio pero a gran escala.

La química de laboratorio se preocupa de investigar y llevar a cabo nuevas formas y procesos para conseguir así un mejor acceso a las sustancias químicas.

Por ello, la química de laboratorio y la química industrial, están íntimamente relacionadas.

En el laboratorio se investiga para aplicar esas investigaciones a la industria.

Por ejemplo, en el laboratorio, un líquido no inflamable se puede evaporar haciéndolo hervir sobre una llama descubierta, pero en la industria el mismo proceso requiere tanques metálicos de gran área que faciliten la transferencia térmica entre la fuente de calor y el líquido.

Importancia económica y efectos nocivos que ocasion la falta de racionalización en su uso

La Química tiene gran importancia económica ya que mueve grandes cantidades de dinero en todo el mundo.

La medicina es el mejor ejemplo de industria química ya que se ha convertido en un instrumento esencial para la sociedad, las industrias medicas son de las que más dinero mueven y son muy importantes, evidentemente, porque mantienen a salvo nuestra salud.

Desde tiempos inmemoriales la humanidad ha necesitado de los cambios químicos para su supervivencia y progreso, desde el fuego hasta los modernos fármacos.

Transformar las sustancias en otras más valiosas y prolongar la vida de las personas fueron los principales objetivos de la alquimia, que dominó durante mucho tiempo hasta que, por propia necesidad, se pasó a la moderna química.

Los principales objetivos actuales de la química son producir mejores fármacos y la producción de materiales más valiosos.

Aunque la saciedad se ha descontrolado en el aspecto en que producimos muchos desechos y provocamos una alteración del medio ambiente con lluvias ácidas, desechos radiactivos, etc.

Necesitamos tener un desarrollo sostenible en el cual produzcamos lo que podamos reciclar. Derrochar es el primer eslabón de una larga cadena que tiene como resultado final la indeseable contaminación por lo que la sociedad debe asumir la responsabilidad.

QUÍMICA

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2º BACH A