¿Qué es el amoniaco?

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•  Índice        Página 1
• ¿Qué es el amoniaco?        Página 2
•  Propiedades físicas del amoniaco        Página 2
• Producción industrial de amoniaco        Página 3
• El Principio de Le Chatelier en acción        Página 4        
• Aplicaciones y usos del amoniaco        Página 6
• Bibliografía        Página 7

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¿Qué es el amoniaco?

El amoniaco es un compuesto químico cuya molécula está formada por un átomo de nitrógeno (N) y tres átomos de hidrógeno (H) de acuerdo a la fórmula NH3.
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La molécula no es plana, sino que presenta una forma tetraédrica con un vértice vacante, y ello es debido a la formación de orbitales híbridos sp³. En disolución acuosa se puede comportar como una base y formarse el ión amonio (NH4+) con un átomo de hidrógeno en cada vértice del tetraedro.

Se trata de un gas incoloro, de olor muy penetrante, bastante soluble en agua, y en estado líquido es fácilmente evaporable. Se caracteriza porque es una base fuerte, corrosiva y que reacciona violentamente con ácidos, oxidantes fuertes y halógenos.

Propiedades físicas del amoniaco

• Fórmula química: NH3
• Masa molecular: 17.03 g/mol
• Punto de ebullición: -33º C
• Punto de fusión: -78º C
• Densidad relativa del líquido (agua = 1g/ml): 0.68 
• Solubilidad en agua: Buena (34 g/100 ml a 20º C)
• Presión de vapor ( kPa a 26º C): 1013.
• Límites de explosividad, (% en volumen en el aire): 15-28.
• Temperatura de autoignición: 651º C
• Densidad relativa del gas (aire = 1 g/ml): 0.59

Producción industrial de amoniaco

En el año 1918, el químico alemán Fritz Haber (1868-1934) obtuvo el Premio Nobel de Química por sus investigaciones sobre la termodinámica de las reacciones gaseosas; estas investigaciones derivaron, en 1913, en el proceso de producción de amoniaco a escala industrial, que aún hoy se utiliza, y que lleva su nombre: proceso Haber. Aunque existen modificaciones posteriores de este método, lo cierto es que todos están basados en el proceso Haber.

Puesto que el amoniaco es un compuesto muy utilizado como materia prima para la elaboración de tintes, plásticos, fertilizantes, fibras sintéticas y explosivos, durante la I Guerra Mundial se produjeron en los Estados Unidos grandes cantidades de amoniaco por el método de la cianamida. Cuando el carburo cálcico se calienta a 1100ºC en presencia de nitrógeno, se forma cianamida cálcica, CaCN2, que, tratada al vapor, desprende amoniaco. No obstante, la cianamida es un compuesto altamente tóxico, por lo que el procedimiento cayó en desuso y en la actualidad sólo se utiliza a nivel industrial el proceso Haber.

El proceso de Haber-Bosch consiste en la síntesis de amoniaco a partir de nitrógeno e hidrógeno, en condiciones de elevada presión (200 atm) y elevada temperatura (450-500ºC). La reacción que tiene lugar es:
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N2(g) + 3H2(g) ⇔ 2 NH3(g)                 

Su Kc a 25ºC vale 3,6·108, este alto valor de la constante de equilibrio indica que, en el equilibrio, prácticamente todo el N2 y H2 se han convertido en NH3. Sin embargo, la reacción es tan lenta a 25ºC que no se producen cantidades detectables de NH3 en tiempos razonables. Por ello se suele operar a presiones entre 200 y 700 atmósferas y alrededor de 500ºC. El valor tan grande de Kc nos indica que, termodinámicamente, la reacción se produce hacia la derecha prácticamente en su totalidad, pero no indica nada sobre la velocidad a la que se desarrollará el proceso. Recordemos que una reacción química puede ser termodinámicamente muy favorable y, sin embargo, ser sumamente lenta.

Para que la reacción tenga lugar se utilizan diversos catalizadores, principalmente compuestos de hierro, aunque también óxidos de aluminio y de potasio. El nitrógeno que se usa como reactivo se obtiene directamente del aire. El hidrógeno se obtiene a partir de un hidrocarburo, siendo el gas natural la materia prima más utilizada para este fin. En el caso del metano, componente principal del gas natural, la reacción que tiene lugar es:

CH4(g) + H2O(g) ⇔ CO(g) + 3H2(g)

El monóxido de carbono generado debe ser eliminado. Este paso es muy importante, ya que si no se lleva a cabo podría acortar considerablemente la vida útil del catalizador. Bosch solventó este problema convirtiendo previamente el CO en CO2, y realizando posteriormente un sistema de lavados con lejías cupríferas que permiten la absorción de ambos compuestos. La conversión de CO en CO2 se produce mediante la siguiente reacción:

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