Il carbonato di ammonio è un azoto salino inorganico, ammoniacale in particolare, di formula chimica (NH 4 ) 2 CO 3 . È realizzato con metodi sintetici, tra i quali spicca la sublimazione di una miscela di solfato di ammonio e carbonato di calcio: (NH 4 ) 2 SO 4 (s) + CaCO 3 (s) => (NH 4 ) 2 CO 3 (s) + CaSO 4 (s).
Generalmente, i sali di ammonio e carbonato di calcio vengono riscaldati in un recipiente per produrre il carbonato di ammonio. Il metodo industriale che produce tonnellate di questo sale consiste nel far passare l'anidride carbonica attraverso una colonna di assorbimento contenente una soluzione di ammonio in acqua, seguita dalla distillazione.
I vapori contenenti ammoniaca, anidride carbonica e acqua si condensano per formare cristalli di carbonato di ammonio: 2NH 3 (g) + H 2 O (l) + CO 2 (g) → (NH 4 ) 2 CO 3 (s ). Nella reazione, l'acido carbonico, H 2 CO 3 , viene prodotto dopo aver sciolto l'anidride carbonica in acqua, ed è questo acido che cede i suoi due protoni, H + , a due molecole di ammoniaca.
Proprietà fisiche e chimiche
È un solido bianco, cristallino, incolore con forti odori e sapori di ammoniaca. Si scioglie a 58 ° C, decomponendosi in ammoniaca, acqua e anidride carbonica: esattamente l'equazione chimica precedente ma nella direzione opposta.
Tuttavia, questa decomposizione avviene in due fasi: prima viene rilasciata una molecola di NH 3 , producendo bicarbonato di ammonio (NH 4 HCO 3 ); e secondo, se il riscaldamento continua, il carbonato è sproporzionato rilasciando ammoniaca ancora più gassosa.
È un solido molto solubile in acqua e meno solubile in alcoli. Forma legami idrogeno con l'acqua e quando 5 grammi vengono sciolti in 100 grammi di acqua, genera una soluzione basica con un pH intorno a 8,6.
La sua elevata affinità per l'acqua lo rende un solido igroscopico (assorbe l'umidità), e quindi è difficile trovarlo nella sua forma anidra. Infatti, la sua forma monoidrata, (NH 4 ) 2 CO 3 · H 2 O), è la più comune di tutte e spiega come il sale trasporta il gas ammoniacale, che causa l'odore.
All'aria si decompone per generare bicarbonato di ammonio e carbonato di ammonio (NH 4 NH 2 CO 2 ).
Struttura chimica
L'immagine in alto illustra la struttura chimica del carbonato di ammonio. Al centro c'è l'anione CO 3 2– , il triangolo piatto con un centro nero e sfere rosse; e sui suoi due lati i cationi NH 4 + ammonio con geometrie tetraedriche.
La geometria dello ione ammonio è spiegata dall'ibridazione sp 3 dell'atomo di azoto, disponendo gli atomi di idrogeno (le sfere bianche) attorno ad esso sotto forma di un tetraedro. Tra i tre ioni, le interazioni sono stabilite da legami idrogeno (H 3 N-H- O-CO 2 2– ).
Grazie alla sua geometria, un singolo anione CO 3 2– può formare fino a tre legami idrogeno; mentre i cationi NH 4 + potrebbero non essere in grado di formare i loro quattro legami idrogeno corrispondenti a causa delle repulsioni elettrostatiche tra le loro cariche positive.
Il risultato di tutte queste interazioni è la cristallizzazione di un sistema ortorombico. Perché è così igroscopico e solubile in acqua? La risposta è nello stesso paragrafo sopra: legami idrogeno.
Queste interazioni sono responsabili del rapido assorbimento dell'acqua dal sale anidro per formare (NH 4 ) 2 CO 3 · H 2 O). Ciò si traduce in cambiamenti nella disposizione spaziale degli ioni e, di conseguenza, nella struttura cristallina.
Curiosità strutturali
Semplice come sembra (NH 4 ) 2 CO 3 , è così sensibile a innumerevoli trasformazioni che la sua struttura è un mistero soggetto alla vera composizione del solido. Questa struttura varia anche in base alle pressioni che influenzano i cristalli.
Alcuni autori hanno scoperto che gli ioni sono organizzati come catene complanari legate a legami idrogeno (cioè, una catena con una sequenza NH 4 + -CO 3 2– -…) in cui le molecole d'acqua probabilmente servono da leganti ad altre. Catene.
Inoltre, trascendendo il cielo terrestre, come sono questi cristalli nello spazio o in condizioni interstellari? Quali sono le loro composizioni in termini di stabilità delle specie carbonatiche? Ci sono studi che confermano la grande stabilità di questi cristalli intrappolati in masse di ghiaccio planetario e comete.
Ciò consente loro di agire come riserve di carbonio, azoto e idrogeno che, ricevendo la radiazione solare, possono essere trasformate in materiale organico come gli amminoacidi.
In altre parole, questi blocchi di ammoniaca congelati potrebbero essere portatori della "ruota che avvia il meccanismo della vita" nel cosmo. Per questi motivi cresce il suo interesse nel campo dell'astrobiologia e della biochimica.
applicazioni
Viene utilizzato come agente lievitante, poiché riscaldato produce anidride carbonica e gas di ammonio. Il carbonato di ammonio è, se vuoi, un precursore dei moderni lieviti in polvere e può essere usato per cuocere biscotti e focacce.
Tuttavia, non è consigliato per la cottura di torte. A causa dello spessore delle torte, i gas di ammonio sono intrappolati all'interno e producono un sapore sgradevole.
È usato come espettorante, cioè allevia la tosse decongestionando i bronchi. Ha azione fungicida, essendo utilizzato per questo in agricoltura. È anche un regolatore dell'acidità presente negli alimenti ed è utilizzato nella sintesi organica dell'urea in condizioni di alta pressione e delle idantoine.
rischi
Il carbonato di ammonio è altamente tossico. Produce irritazione acuta del cavo orale negli esseri umani al contatto.
Inoltre, se ingerito, provoca irritazione gastrica. Un'azione simile si osserva negli occhi esposti al carbonato di ammonio.
L'inalazione dei gas dalla decomposizione del sale può irritare naso, gola e polmoni, provocando tosse e difficoltà respiratorie.
L'esposizione acuta dei cani a digiuno al carbonato di ammonio alla dose di 40 mg / kg di peso corporeo provoca vomito e diarrea. Dosi più elevate di carbonato di ammonio (200 mg / kg di peso corporeo) sono spesso letali. Un danno al cuore è indicato come causa della morte.
Se riscaldato a temperature molto elevate e in aria arricchita di ossigeno, rilascia gas tossici NO 2 .
Riferimenti
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- Portale di chimica organica. ((2009-2018)). Reazione di Bucherer-Bergs. Estratto il 25 marzo 2018 dal portale di chimica organica: www.organic-chemistry.org
- Kiyama, Ryo; Yanagimoto, Takao (1951) Reazioni chimiche ad altissima pressione: sintesi dell'urea da carbonato di ammonio solido. The Review of Physical Chemistry of Japan, 21: 32-40
- Fortes, AD, Wood, IG, Alfè, D., Hernández, ER, Gutmann, MJ, & Sparkes, HA (2014). Struttura, legame idrogeno ed espansione termica del carbonato di ammonio monoidrato. Acta Crystallographica, sezione B, Scienze strutturali, ingegneria dei cristalli e materiali, 70 (Pt6), 948–962.
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