Amonaco (Fuente: Wikipedia)
Amonaco
Estructura qumica.
Estructura tridimensional.
Nombre IUPAC
Azano
General
Otros nombresNitruro de HidrgenoNitruro de TrihidrgenoEspritus de HartshornNitro-SilVaporoleGas de amonioAM-FOLCorna'e Sierbo
Frmula estructural
Frmula molecularNH3
Identificadores
Nmero CAS7664-41-71
Nmero RTECSBO0875000 (anhidro)BQ9625000 (soluciones)
PubChem134988186
Propiedades fsicas
AparienciaIncoloroOlor penetrante y desagradable
Densidad0.73kg/m3; 0,00073g/cm3
Masa molar17,03g/mol
Punto de fusin195,42K (-78C)
Punto de ebullicin239,81K (-33C)
Punto de descomposicin773K (500C)
Temperatura crtica405,5K (132C)
Presin crtica111,52atm
ndice de refraccin(nD)1,355
Propiedades qumicas
Acidez9,24 pKa
Solubilidadenagua89,9 g/100 ml (0C)
Momento dipolar1,42D
Termoqumica
fH0gas-45,92 kJ/mol kJ/mol
fH0lquido-40,2 kJ/mol kJ/mol
S0gas, 1 bar192,77 J/molK Jmol-1K
Capacidad calorfica(C)4,700 kJ/kgK (liq)80,08 kJ/molK
Peligrosidad
Punto de inflamabilidad284K (11C)
NFPA 704130
Temperatura de autoignicin924K (651C)
Frases RR10, R23, R34, R50
Frases S(S1/2), S9, S16, S26, S36/37/39, S45, S61
Lmites de explosividad1528%
Riesgos
IngestinEs peligroso. Sntomas incluyen nusea y vmitos; dao a los labios, boca y esfago.
InhalacinLos vapores son extremadamente irritantes y corrosivos.
PielDisoluciones concentradas pueden producir quemaduras severas ynecrosis.
OjosPuede causar daos permanentes, incluso en cantidades pequeas.
Ms informacinHazardous Chemical Database
Compuestos relacionados
HidrurosrelacionadosArsinaFosfinaEstibinaBismutina
Hidruros de nitrgeno relacionadosHidrazinacido azothdrico
Otros compuestosHidrxido de amonio
Valores en elSIy encondiciones estndar(25Cy 1atm), salvo que se indique lo contrario.
Elamonaco,amoniaco,azano,espritu de Hartshornogas de amonioes uncompuesto qumicodenitrgenocon la frmula qumica NH3. Es ungasincoloro con un caracterstico olor acre. El amonaco contribuye significativamente a las necesidades nutricionales de los organismos terrestres por ser un precursor de comida y fertilizante. El amoniaco directa o indirectamente, es tambin un elemento importante para la sntesis de muchos frmacos y tambin es usado en diversos productos comerciales de limpieza. Pese a su gran uso, el amonaco es custico y peligroso. La produccin industrial del amonaco del 2012 fue de 198000000 toneladas, lo que equivale a un 35% de incremento con respecto al ao 2006, con 146500000 toneladas.2El NH3ebulle a los -33.34C con una presin de unaatmsfera, esto ayuda a que pueda conservarse en estado lquido, bajo presin a temperaturas bajas. Sin embargo, a temperaturas mayores a 405.6 k,(Temperatura crtica)ningn aumento en la presin producir la condensacin de este gas. Si la presin aumenta por encima del valor crtico de 111.5 atm, cualquier aumento por encima de este valor aumenta la compresin de las molculas del gas, pero no se forma una fase lquida definida.El amonaco casero o Hidrxido de amonaco es una solucin de NH3en agua. La concentracin de dicha solucin es medida en unidades de la Escala Baum, con 26 grados baum (cerca del 30% por peso de amonaco) estando en tpicas concentraciones altas del producto comercial.3Segn lateora de repulsin entre pares de electrones de la capa de valencia, los pares electrnicos de valencia del nitrgeno en la molcula se orientan hacia los vrtices de untetraedro, distribucin caracterstica cuando existe hibridacin sp. Existe unpar solitario, por lo que la geometra de la molcula espiramidal trigonal(grupo puntual de simetraC3v). Endisolucinacuosa se puede comportar como una base y formarse elionamonio, NH4+, con untomode hidrgeno en cada vrtice de un tetraedro.El amonaco, a temperatura ambiente, es ungasincoloro de olor muy penetrante y nauseabundo. Se produce naturalmente por descomposicin de la materia orgnica y tambin se fabrica industrialmente. Es fcilmente soluble y seevaporarpidamente. Generalmente se vende en formalquida.La cantidad de amonaco producido industrialmente cada ao es casi igual a la producida por la naturaleza. El amonaco es producido naturalmente en el suelo porbacterias, porplantasyanimalesen descomposicin y por desechos animales. El amonaco es esencial para muchos procesos biolgicos.La mayor parte (ms del 80%) del amonaco producido en plantas qumicas es usado para fabricarabonosy para su aplicacin directa como abono. El resto es usado en textiles,plsticos,explosivos, en la produccin de pulpa ypapel,alimentosybebidas, productos de limpieza domsticos, refrigerantes y otros productos. Tambin se usa en sales aromticas.Por supHalcalino, es capaz de reaccionar concidosproduciendosales de amonio.Su nombre fue dado por el qumicosuecoTorbern Bergmanal gas obtenido en los depsitos desalcerca del templo deAmn, enLibiay viene delgriego,ammniakn, que significalo perteneciente a Amn.45ndice[ocultar] 1Aparicin natural 2Propiedades 2.1Estructura 2.2Anfotericidad 2.3Auto disociacin 2.4Combustin 2.5Formacin de otros compuestos 2.6Amonaco como ligando 2.7Amonaco en teora de grupos 3Deteccin y determinacin 3.1Amonaco en solucin 3.2Amonaco gaseoso 3.3Nitrgeno amoniacal (NH3-N) 4Historia 5Usos 5.1Fertilizante 5.2Precursor de compuestos de nitrgeno 5.3Limpiador 5.4Fermentacin 5.5Agente anti-microbiano para alimentos 5.6Fertilizante agrcola 5.7Usos menores y emergentes 5.7.1Refrigeracin - R717 5.7.2Para remediacin de emisin de gases 5.7.3Como combustible 5.7.4Como estimulante 5.7.5Textil 5.7.6Gas de levantamiento 5.7.7Tratamiento de la madera 6Precauciones de seguridad 6.1Toxicidad 6.1.1Acuicultura 6.2Informacin de almacenamiento 6.3Uso casero 6.4Uso en el laboratorio de soluciones de amonaco 6.5Uso en el laboratorio de Anhdrido de amonaco (gas o lquido) 7Sntesis industrial 7.1Principios qumicos 7.2Produccin a partir de reformacin 8Manejo del producto 9Amonaco como solvente lquido 9.1Solubilidad de sales 9.2Soluciones de metales 9.3Propiedades redox del amonaco lquido 10Efectos nocivos en el organismo 10.1Inhalacin 10.2Contacto con la piel 10.3Ingestin 11Tratamientos en los pacientes 12El papel del amonaco en sistemas biolgicos y en enfermedades humanas 12.1Biosntesis 12.2En fisiologa 12.3Excrecin 13En astronoma 13.1Espacio interestelar 13.1.1Formacin interestelar y mecanismos 13.1.2Mecanismos interestelares de destruccin 13.1.3Deteccin de antenas individuales 13.1.4Estudios Interferomtricos 13.1.5Detecciones a infrarrojo 13.1.6Observaciones de Nubes Oscuras Cercanas 13.1.7Regiones UC HII 13.1.8Deteccin extragalctica 14Notas 15Referencias 16Lase tambin 17Enlaces externosAparicin naturalEl amonaco es encontrado en pequeas cantidades en la atmsfera, siendo producido por la putrefaccin de la materia nitrogenada proveniente de plantas y animales. El amonaco y sales de amonio tambin se encuentran en pequeas cantidades en el agua de lluvia, donde el cloruro de amonio y sulfato de amonio se encuentran en zonas volcnicas; los cristales de bicarbonato de amonio se han encontrado en laPatagonia,guano. El rin secreta amonaco para neutralizar el exceso de cido.6Las sales de amonaco se encuentran distribuidas a travs de suelo frtil y en el ocano. El amonaco tambin se encuentra a travs delsistema solarenPlutn,Marte,Jpiter,Saturno,UranoyNeptuno. Las sustancias que contienen amonaco, o aquellas que son similar a l, se llamanamoniacales.PropiedadesEl amonaco es un gas incoloro con un olor desagradable. Es ms ligero que el aire, su densidad es 0.589 veces que el de el aire de la atmsfera. Es fcilmente condensado por sus fuertespuentes de hidrgenoentre las molculas; el lquido ebulle a -33.3C y se congela a los -77.7C en cristales blancos.7El amonaco se puede desodorizar fcilmente reaccionando con bicarbonato de sodio o cido actico. Ambas reacciones forman sales de amonaco sin olor.SlidoLa simetra del cristal es cbico, su smbolo pearson es CP16, grupo espacial P213 No.198, constante de red 0.5125nm.8LquidoEl amonaco lquido posee fuertes fuerzas ionizantes reflejando su altaconstante dielctricade 22. El amonaco lquido tiene una muy alta entalpa de vaporizacin (23.35kJ/mol, cf. agua 40.65kJ/mol, metano 8.19kJ/mol, fosfina 14.6kJ/mol) y puede ser usado en laboratorios en vasos no aislados sin refrigeracin.Propiedades disolventesEl amonaco es miscible con agua. En una solucin acuosa, puede salir con ebullicin. La solucin acuosa de amonaco es una base. La concentracin mxima de amonaco en agua tiene una densidad de 0.880g/cm3y es frecuentemente sabido como 'amonaco 0.880'. El amonaco no se quema ni sostiene combustin, excepto bajo estrechas mezclas de combustible de 15 a 25% de aire.CombustinCuando se mezclaoxgeno, se quema con una llama de color verde amarillento plido. En una alta temperatura y en la presencia de un catalizador, el amonaco se descompone en sus elementos constituyentes. La combustin ocurre cuando la clorina pasa a amonio, formando nitrgeno y cloruro de hidrgeno; si la clorina esta en exceso, se forma el explosivo tricloruro de nitrgeno (NCl3).EstructuraLa molcula de amonaco tiene una forma trigonal piramidal, como lo predice la valencia de electrones shell de la teora de repulsin de los pares, con un ngulo de enlace determinado de 106.7.9El tomo central de nitrgeno tiene cinco electrones externos con un electrn adicional de cada tomo de hidrgeno. Esto da un total de ocho electrones, o cuatro pares de electrones que son acomodan tetradricamente. Tres de esos pares de electrones se usan como enlaces pares, lo que deja un par de electrones. El par de electrones libres repelan ms fuerte los pares de enlaces, entonces, el ngulo del enlace es 109.5, como se espera por un acomodo tetrahedral, pero es medido con 106.7.9El tomo de nitrgeno en la molcula tiene un par de electrones libres, lo cual provoca que el amonaco sea una base, aceptador de protones. Esta forma le da a la molcula un momentodipoloy lo hace unaMolcula polar. La polaridad de la molcula y, especialmente, su habilidad para formar puentes de hidrgeno, hace que el amonaco sea altamente miscible enagua. El amonaco es moderadamente bsico, una solucin acuosa a 1.0 Molar tiene unpHde 11.6 y si un cido fuerte es agregado a la solucin hasta que la solucin alcance un pH neutral (pH=7), 99.4% de las molculas amonaco se protonan. La temperatura y la salinidad tambin afectan la proporcin de NH4+. Lo resultante tiene una forma regular y es isoelectrnico con metano.La molcula de amonaco fcilmente experimenta inversin delnitrgenoa temperatura ambiente; una analoga til es que cuando una sombrilla gira al revs en un fuerte viento. La barrera de energa a esta inversin es de 24.7kJ/mol, y la frecuencia resonante es de 23.79Hz, correspondiente a la radicacin de unmicroondascon una longitud de onda de 1.260cm. La absorcin a esta frecuencia fue la primera espectroscopia de microondas observada.10AnfotericidadUna de las caractersticas ms importantes del amonaco es subasicidad. El amonaco es considerado una base dbil. Se combina con cidos para formar sales; sin embargo, concido clorhdricoforma Cloruro de Amonio; concido ntrico, Nitrato de amonio, etc. De cualquier modo, amonaco perfectamente seco no se combina conCloruro de hidrgenocompletamente seco; la humedad es necesaria para que se lleve a cabo la reaccin11Como una demostracin del experimento, las botellas abiertas con amonaco concentrado y cido clorhdrico producen nubes de cloruro de amonio, que parecen aparecer "de la nada" mientras las sales forman donde las dos nubes de difusin de las molculas se encuentran, en algn lugar entre las dos botellas.NH3+ HCl NH4ClLas sales producidas por accin del amonaco en cidos son conocidos como Compuesto de amonio, lo cuales contienen el ion de amonio. (NH4+).Aunque el amonaco es conocido como base dbil, tambin funciona como un cido muy dbil. Es una sustancia prtica is es capaz de formasamidas(las cuales contienen a nH2ion). Por ejemplo, Ellitiodisuelto en amonaco lquido para dar una solucin de Litio Amida.Li + NH3 LiNH2+ H2Auto disociacinAs como el agua, el amonaco sufre autoionizacin molecular para formar sus bases y cido conjugados.2NH3(aq)NH+4(aq) +NH2(aq)En presin y temperatura estndar, K=[NH+4][NH2] = 1030
CombustinLa combustin del amonaco a nitrgeno y agua es una reaccinexotrmica:4 NH3+ 3 O2 2 N2+ 6 H2O (g) (Hr= 1267.20 kJ/mol)ElPoder calorfico, Hc, expresado por mol de amonaco y con una condensacin de agua formada, es -382.81kJ/mol. Dinitrgeno es el produco termodinmico de una combustin: Todos los xidos de nitrgeno son inestables con respecto a N2and O2, el cual es el principio detrs del convertido cataltico. Como sea, los xidos de nitrgeno pueden ser formados por productos cinticos en la presencia de una catlisis apropiada, una reaccin de gran importancia industrial en la produccin decido ntrico:4 NH3+ 5 O2 4 NO + 6 H2OUna reaccin subsecuente lleva NO22 NO + O2 2 NO2La combustin de amonaco en aire es muy difcil en la ausencia de un catalizador, pues la temperatura de la flama es normalmente menor que la de encendido de la mezcla de amonaco con aire. El rango flameable de amonaco en el aire es del 16% al 25%.12Formacin de otros compuestosEnqumica orgnica, el amonaco puede actuar comonuclefiloen reacciones de sustitucin nucleoflica. Se pueden formaraminaspor la reaccin del amonaco conHaloalcanos, aunque el -NH2resultando es tambin nucleoflico y aminas secundarias y terciarias se forman como subproductos. Un exceso de amonaco ayuda a minimizar sustituciones mltiples, y neutraliza a los haluros de hidrgenos formados. LaMetilaminaes preparada comercialmente por la reaccin de amonaco con clorometano, y la reaccin de amonaco con cido 2-bromopropanoico se ha usado para preparar alanina racmica en un rendimiento al 70%. LaEtanolaminase prepara por una reaccin de oxidacin con etileno: la reaccin a veces permite producir dietalonamina y trietalonamina.Lasamidaspueden ser preparas por una reaccin de amonaco con derivados cidos carboxlicos. El cloruro de acilo es el ms reactivo, pero el amonaco debe estar presente en al menos el doble para neutralizar el cido clorhdrico formado. Lossteresyanhdridostambin reaccionan con el amonaco para formar amidas. Las sales amonio de cidos carboxlicos pueden estar deshidratadas en amidas tanto tiempo que no haya trmicamente grupos sensitivos presentes: temperaturas de 150C a 200C son requeridas.El hidrgeno en el amonaco puede ser reemplazado pormetales, as elmagnesioquema en el gas con la formacin de nitrato de magnesio Mg3N2, y cuando el gas pasa sobresodioopotasiosobre calentado, sodamida, NaNH2, y potasamida, KNH2, se forman. Donde necesariamente en nomenclatura IUPAC, se prefiere "azano" como nombre del anomnaco: por lo tanto la cloramina se llamara "cloroazano", no cloroamonaco. El amonaco pentavalaente es conocido como 5-amino, o ms comnmente como hdrico de amonio. Es slido cristalino es estable solamente en altas presiones, y se descompone de nuevo en amonaco trivalente y gas hidrgeno en condiciones normales. Se ha investigado esta sustancia como posible combustible en 1966.13Amonaco como ligandoEl amonaco puede funcionar como un ligando en complejo de metales de transicin. Es un donor-, en medio de las series espectroqumicas, y muestra un comportamiento intermedio en duro-blando. Algunos complejos de amonaco incluyen 'tetraamminediaquacopper'([Cu(NH3)4(H2O)2]2+), ([Ag(NH3)2]+) que es la especie activa del agente de Tollen's. La formacin de este complejo tambin puede distinguirse entre precipitados de diferentes haluros de plata: Cloruro de plata (AgCl) es soluble en una solucin de amonaco diluido (2M), el bromuro de plata (AgBr) es soluble solo en una solucin de amonaco concentrado, donde el yoduro de plata (AgI) es insoluble en amonaco lquido.Los complejos de cromo se conocieron en el siglo XIX, y formaron la base de la teora revolucionaria deAlfred Werner, sobre la estructura de la coordinacin de compuestos. Werner not solamente dos ismeros ("fac"- y "mer"-) del complejo [CrCl3(NH3)3] puede formarse, y concluy que los ligados deben estar acomodados alrededor de los iones de metales en losverticesde unoctahedron. Esta propuesta ha disido confirmada desde entonces por laCristalografa de rayos XUn amonaco ligando unido a un ion metal es marcadamente ms cido que una molcula libre de amonaco, aunque la desprotonacin en una solucin acuosa an es raro. Un ejemplo es la reaccin Calomel:Hg2Cl2+ 2 NH3 Hg + HgCl(NH2) + NH4++ ClAmonaco en teora de gruposElgrupo puntualpara amonaco es C3vcuando el eje mayor va a travs del nitrgeno vertical. Cuando el eje mayor esta hilado ya sea en sentido de las manecillas del reloj o al contrari, en 120, cada hidrgeno se mueve en la locacin previa de otro hidrgeno. Otro aspecto del grupo puntal de C3vincluye tres planos verticales de simetras que intercepta al nitrgeno y a uno de los hidrgenos permitiendo a los otros dos que se reflejen el uno con otro.La matriz matemtica para este subgrupo particular es complicado desde que las matrices producidas por las rotaciones o las reflexiones son reducibles comparadas a otras matrices que son irreducibles. Por eso, una transformacin similar debe ser hecha en cada porcin de la matriz que es reducible. La transformacin similar para el amonaco viene de los clculos del diagrama orbital molecular de simetra adaptado a una combinacin lineal para la contribucin de enlaces de cada uno de los hidrgenos.Deteccin y determinacinEsta seccin es sobre deteccin en el laboratorio.Amonaco en solucinEl amonaco y las sales de amonio pueden ser fcilmente detectadas, en rastros minutos, aadiendo la solucin de Nessler, la cual le da una coloracin amarilla en presentida del menor rastro amonaco o sales de amonio. La cantidad de amonaco en sales amonio puede ser estimado cuantitativamente por destilacin de sales conhidrxido de sodioohidrxido de potasio, el amonaco evoluciona estando absorbido en un volumen conocido encido sulfricoestndar y el exceso de cido despus determina el anlisis volumtrico; o el amonaco puede ser absorbido en cido clorhdrico y el cloruro de amonio se forma tan precipitado como el hexacloroplatinato de amonio, (NH4)2PtCl6.Amonaco gaseosoLos palos de azufre se queman para detectar pequeas fugas en los sistemas de refrigeracin de amonaco. Cantidades ms grandes pueden ser detectadas calentando las sales con un lcali custico o con xido de calcio, cuando el olor caracterstico del amonaco sea aparente. El amonaco es un irritante y la irritacin aumenta con la concentracin; el lmite permitido de exposicin es 25ppm, y letal arriba 500ppm.14Concentraciones ms altas son difcilmente detectadas por detectores convencionales, el tipo de defectos se escoge de acuerdo a la sensibilidad requerida (semiconductor, cataltico, electroqumico). Se han propuesto sensores hologrficos para detectar concentraciones arriba del 12.5% en volumen.15Nitrgeno amoniacal (NH3-N)El nitrgeno amoniacal (NH3-N) es una medida comnmente usada para examinar la cantidad de iones amonio, derivados naturalmente del amonaco, y regresado a amonaco por procesos orgnicos, en agua o desechos lquidos. Es una medida usada principalmente para cuantificar valores en el tratamiento de desperdicio y sistemas de purificacin de agua, as como medida de la salud reservas de agua natural y hecha por el hombre. Se mide en unidades de mg/L (miligramos/Litros).Historia
Este reactor de alta presin fue construido en 1921 por BSD enLudwigshafen am Rheiny fue reconstruido en las instalaciones de laUniversidad de KarlsruheenAlemania.Los Romanos le dieron el nombre de 'sal ammoniacus' (sal de amonaco) a los depsitos de cloruro de amonaco colectados cerca del templo de Amun (en griego " Ammon) en la antigua Libia por la proximidad del templo.16La sales de amonaco se conocen desde tiempo antiguos; as es que el trmino de "Hammoniacus sal" aparece en las escrituras dePlinio,17aunque no se sabe si el trmino es idntico al trmino moderno de "sal-ammoniac" (cloruro de amonio).18En la forma de sal de amonaco, el amonaco fue importante en laalquimiamedieval, como en el sigo XVIII, se mencion por qumico PersaJbir ibn Hayyn,19y los alquimistas desde el siglo XIII, siendo mencionado porAlbertus Magnus.7Tambin fue utilizado por tintoreros en laEdad mediaen forma deorinafermentada para alterar el color de los tintes vegetales. En el siglo XV,Basilius Valentinusdemostr que el amonaco poda ser obtenido por la accin de lcalis en sal de amonaco. En un periodo posterior, cuando las sales de amonaco se obtenan de la destilacin de pezuas y cuernos de los bueyes y neutralizando el carbonato resultante con cido clorhdrico.20El amoniaco gaseoso fue aislado por primera vez porJoseph Priestleyen 1774 y fue nombre por l como "aire alcalino".21Once aos despus en 1785,Claude Louis Bertholletencontr su composicin.7El proceso de Haber-Bosch produce amonaco desde el nitrgeno en el aire, el cual fue desarrolladoFritz HaberyCarlo Boschen 1909 y la patentaron en 1910. Su primer uso fue en una escala industrial en Alemania durantePrimera Guerra Mundial.2El amonaco fue usado para producir explosivos para sostener refuerzos de guerra.22Sin embargo, a pesar de su origen con fines blicos, el proceso haber ha llegado a ser la principal fuente de nitrgeno fijado en el mundo, mejorando el rendimiento de los cultivos y mitigando el hambre a millones de personas en el planeta.Anterior a la disponibilidad del gas natural barato, el hidrgeno como precursos de la produccin de amonaco se llevaba a cabo conelectrolisisdel agua o usando el proceso de cloro-lcali.UsosFertilizanteAproximadamente el 83% del amonaco en el 2004 se utilizaba como fertilizantes o sales, soluciones o anhdridos. Cuando se aplicaba en suelo, ayudaba a incrementar el rendimiento de los cultivos como el maz y el trigo. El 30% del nitrgeno agricultural usado en los Estados Unidos es en forma de anhdrido y en el mundo, 110 millones de toneladas se usan cada ao.23Precursor de compuestos de nitrgenoEl amonaco es directa o indirectamente el precursor de la mayor parte de los compuestos que contienen nitrgeno. Virtualmente, todos los compuestos sintticos de nitrgeno son derivados del amonaco. Uno de los derivados ms importantes el el cido ntrico. El material clave se genera gracias al proceso de Ostwald por oxidacin de amonaco con aire sobre un catalizador de platino, con una temperatura entre 700C y 800C y 9 atmsferas. Elxido ntricoes un intermediario en esta reaccin.24NH3+ 2 O2 HNO3+ H2OEl cido ntrico es usado para la produccin de fertilizantes, explosivos, etc.LimpiadorEl amonaco casero es una solucin de NH3en agua (hidrxido de amonaco) usado con el propsito de limpiar superficies. Uno de sus usos ms comunes es limpiar cristal, porcelana y acero inoxidable. Tambin se usa frecuentemente para limpiar hornos y absorbiendo elementos para ablandar en la suciedad. El amonaco casero tiene una concentracin peso de 5 a 10% de amonaco.FermentacinSoluciones de amonaco de entre el 16% y el 25% se usan en fermentaciones industriales como fuente de nitrgeno para microorganismos y ajustar su pH durante lafermentacin.Agente anti-microbiano para alimentosEn 1895, se saba que el amonaco era un antisptico fuerte... requiere 1.4 gramos por litro para preservarcaldo.25En un estudio, amonaco anhdrido destruy 99.999% de bacteras zoonticas (Zoonosis) en tres tipos de alimento para animales.26El anhdrido de amonaco se usa actualmente para eliminar contaminacin microbiana.2728Lababa rosaesta hecha de recortes de carne grasosos removindoles la grasa con calor y centrifugacin, luego tratndolo con amonaco para matar a lasE. colien niveles indetectables.29Ha habido preocupaciones sobre la seguridad del proceso, as como las quejas de los consumidores sobre el sabor y su mal hedor.30De cualquier forma, ningn producto contiene amonaco en cantidades cercanas a ser txicas para el ser humanoFertilizante agrcolaArtculo principal:Amonaco en la agriculturaEn forma deamonaco anhidrotiene un uso comofertilizanteaumentando los niveles de nitrgeno del suelo.Usos menores y emergentesRefrigeracin - R717Gracias a las propiedades vaporizacin del amonaco, es til como un refrigerante.2Era usado comnmente por la popularizacin del clorofluorocarbono. El amonaco anhdrido es usado incansablemente en la industria de la refrigeracin y para los pistas de hockey por su alta eficiencia de conversin de energa y bajo costo. No obstante, tiene la desventaja de ser txico, lo que le restringe su uso domstico y a pequea escala. Junto con su uso moderno de refrigeracin por compresin de vapor, se utiliz junto con hidrgeno y agua en refrigeracin de absorcin. El ciclo de Kalina, depende ampliamente del rango de ebullicin de la mezcla de amonaco y agua.Para remediacin de emisin de gasesEl amonaco es usado para depurar SO2de combustibles calientes, y el producto resultante es convertido sulfato de amonaco para usarse como fertilizando. El amonaco neutraliza la contaminacin de los xidos de nitrgenos (NOx) emitidos por los motores disel. Esta tecnologa, llamada SCR (Reduccin Selectiva Cataltica), se basa en un catalizador a base devanadio31El amonaco puede ser usado para mitigar derrames de gases de fosgeno.32Como combustible
Motor de Gas amoniacal, dibujado porAlfred Waudin 1871.
La naveX-15us amonaco como uno de los componentes del combustibles del motor del cohete.El amonaco fue usado durante laSegunda guerra mundialcomo combustible para camiones enBlgica, y su motor y energa solar mayor a 1900. El amonaco lquido tambin fue combustible de los motores de reaccin XLR99 que prenderan X-15. Aunque no es un combustible fuerte, no deja duda en el uso del motor del cohete y su densidad aproximada coincide con la densidad del oxidante, oxgeno lquido, lo cual simplific el diseo de la aeronave.El amonaco se ha propuesto como una alternativa prctica alcombustible fsilpara la combustin de motores internos.33El valor calorfico del amonaco es 22.5Mj/kg, que es aproximadamente la mitad del diesel. Un motor normal, en el cual el vapor del agua no se condensa, el valor calorfico el amonaco sera menos del 21%.El amonaco no puede ser usado fcilmente en el ciclo de Otto por sus bajos niveles de octano. aunque con la menor de las modificaciones a los carburadores y una reduccin drstica en el radio de compresin, lo cual requerira nuevos pistones, un motor de gasolina puede funcionar exclusivamente con amonaco, en una fraccin baja de su poder antes de la conversin del consumo de combustibles ms potentes.El tanque de un automvil puede almacenar amonaco lquido siempre y cuando el tanque este presurizado apropiadamente, dependiendo de la temperatura. Dependiendo de las propiedades termodinmicas del amonaco son tales que a -30C, la presin del tanque tendra que ser 27.5psi, aproximadamente lo mismo que un neumtico de un carro. A 30C tendra que ser 170 psi para mantener el amonaco lquido. Si la presin del tanque fuera liberada, el amonaco lquido se tornara gaseoso y alzar la presin a ese nivel. Los compresores comunes de aire de neumticos operan a esta presin, para que la presin del tanque no sea una barrera para el uso del combustible.Como sea, hay otras barreras para extender su uso. En trminos de suministros primos de amonaco, las plantas tendran que ser construidas para incrementar los niveles de produccin, lo cual requerira una inversin mayor monetaria y energtica. Aun cuando es el segundo compuesto qumico ms producido, la escala de produccin de amonaco es una pequea fraccin del petrleo usado en el mundo. Puede ser manufacturo de energas renovables, as como la energa nuclear.Noruegaprodujo amonaco con electrlisis de agua por muchos aos desde 1913, produciendo fertilizando por Europa. Si se produce del carbono, el CO2puede ser embargado, pero la captura y almacenamiento de las plantas de carbono aun no llegan ni a la fase de prototipo.En 1981, una compaa Canadiense convirti un Chevrolet Impala 1981 para que funcionara con amonaco.3435DesdeDetroithastaSan Franciscocon una sola recarga de amonaco.36Los motores de amonaco que usan el amonaco como un fluido de trabajo, se han propuesto y usado ocasionalmente.37El principio es similar a el que se usa como locomocin, pero con el amonaco se usa un fluido, en lugar de aire comprimido. Los motores de amonaco se han usado experimentalmente en el sigo XIX por Goldsworthy Gurney en el Reino Unido y enNueva Orleans.Como estimulante
Signo de Anti-metanfetaminas de anhdrido de amonaco, enOtley,Iowa. El anhdrido de amonaco es comn en fertilizantes e indispensable para fabricar anfetaminas.38El amonaco, como vapor liberado por sales aromticas, tiene un uso importante como estimulante respiratorio. El amniaco es comnmente usado en la manufactura ilegal demetanfetaminasa travs de una reduccin de Birch.39El mtodo Birch para hacer metanfetamina es peligroso porque son extremadamente reactivas los metales lcali y el amonaco lquido, y la temperatura lquida del amonaco lo hace susceptible a explotar cuando los reactivas son aadidos.TextilEl amonaco lquido es usado para el tratamiento de materiales de algodn, dndole propiedades comomercerizacin, usando metales lcalis, se usa para prelavar lana.40Gas de levantamientoEn una presin y temperatura estndar, el amonaco es menos denso que una atmsfera, y tiene aproximadamente 60% de poder de levantamiento delhidrgenoohelio. El amonaco se usa a veces para llenar globos meteorolgicos como un gas de levantamiento, por su relativo alto punto de ebullicin (comparado al helio o hidrgeno), el amonaco potencialmente pude ser refrigerado y licuado en una nave para reducir la elevacin y aadir lastre (y regresarlo como gas con el mismo fin).Tratamiento de la maderaEl amonaco tambin se usa para oscurecer madera del roble blanco en muebles. Los vapores de amonaco reaccionan con los taninos naturales en la madera, provocando un cambio de color.41Precauciones de seguridad
La tubera de transporte de amonaco ms grande del mundo, fluyendo desde la planta TogliattiAzot, enRusiahastaOdessaenUcrania.LaAdministracin de Seguridad y Salud Ocupacionalde los Estados Unidos, ha delimitado un mximo de 15 minutos a la exposicin del amonaco lquido en 35ppm por volumen en el aire del ambiente y 8 horas a 25ppm por volumen.42El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH), recientemente redujo el riesgo inmediato de vida y salud de 500 a 300 basados en interpretaciones conservativas ms recientes de la investigacin original en 1943. El riesgo inmediato a la vida y salud es el nivel en el que un trabajador sano pueda ser expuesto 30 minutos sin sufrir daos irreversibles a la salud. Otras organizaciones tienen niveles de exposicin variante. Los estndares de la Marina estadounidense permita concentraciones mximas de: Exposicin continua (60 das) a 25ppm, o una hora con 400 ppm.43El vapor de amonaco tiene un hedor agudo, irritante y desagradable que acta como prevencin de potencial exposicin peligrosa. El hedor promedio en el ambiente son 5ppm, un nivel muy abajo de cualquier peligro o dao. La exposicin a concentraciones muy altas de gas de amonaco puede dar como resultado dao en los pulmones, y posiblemente la muerte.42An cuando el amonaco es regulado en los Estados Unidos como un gas no-flamable, aun entra en la defuncin de un gas txico al inhalarlo y requiere seguridad especfica al transportarlo en cantidades ms grandes a 3,500 galones.44ToxicidadLa toxicidad de las soluciones de amonaco no suelen causar problemas a los humanos o a otros mamferos, por un mecanismo especfico que existe para prevenir su almacenamiento en la sangre. El amonaco se convierte en fosfato de carbonilo por la enzima carbonil fosfato sintetasa, y luego entra al Ciclo de la Urea para ser incorporado a losaminocidoso excretado en la orina. De cualquier modo, los peces yanfibiosno tienen este mecanismo, pues normalmente eliminan el amonaco de sus cuerpos con excrecin directa. El amonaco incluso en concentraciones diluidas es altamente txico para animales acuticos, y por esa razn es clasificado "peligroso para el ambiente".AcuiculturaSe cree que la toxicidad del amonaco es una causa de la aun inexplorada prdida de peces en criaderos. El exceso de amonaco puede ser acumulado y causar alteraciones metablicas o incrementar elpHen el cuerpo de el organismo expuesto. La tolerancia vara entre la diferentes especies de peces.45En concentraciones menores, alrededor de 0.05mg/L, el amonaco no-ionizado es daino para los peces y puede provocar un descenso en el crecimiento de peces y en su dieta, reduce la fertilidad y fecundidad e incrementa el estrs y susceptibilidad a infecciones por bacterias y enfermedades.46La exposicin a un exceso de amonaco, los peces pueden sufrir prdidas en el equilibrio, hiper-excitabilidad, incrementa actividad respiratoria, absorcin de oxgeno y aumenta el ritmo cardiaco.45En concentraciones excediendo 2.00mg/L, el amonaco provoca branquia y daos en los tejidos, letargo extremo, convulsiones, coma y la muerte.4547Con experimentos se ha demostrado que la concentracin letal para los peces en general vara de 0.2 a 2.00mg/L47Durante el invierno, cuando se reduce la alimentacin administrada a las acucolas, lo niveles de amonaco pueden incrementar. Las temperaturas menores a la del ambiente reducen la tarifa de fotosntesis de algas, por lo que menos amonaco es removido por algas. En este tipo de ambiente, especialmente en larga escala, no hay remedios rpidos para tratar altos niveles de amonaco. Se recomiendo prevencin antes que correccin para reducir el daos a los peces47y en sistemas de agua abierta, el circundante ambiente.Informacin de almacenamientoSimilar alpropano, el amonacoanhdridoebulle con una temperatura menor a la del ambiente con una presin estndar. Un recipiente para almacenar amonaco capaz de contenerlo en 250 psi, es apropiado para su almacenamiento.48Los compuestos de amonaco no deben entrar en contacto conbases(salvo que se busque realizar una reaccin qumica especfica), pues se pueden liberar cantidades peligrosas de amonaco.Uso caseroSoluciones de amonaco (5-10% por peso) se usan en limpiadores caseros, particularmente para cristal. Estas soluciones son irritante para los ojos y la membrana mucosa, y en una menor proporcin para la piel. Se debe tener precaucin en nunca mezclar estas soluciones con cualquier lquido que contenga blanqueadores, pues puede provocar un gas peligroso. Mezclarlo con productos que contengan clorina u oxidantes poderosos, como blanqueadores caseros, pueden llevar a producir gases peligrosos como lacloramina.49
Uso en el laboratorio de soluciones de amonaco
El cido clorhdrico liberando humo reaccionando con humo de amonaco para producir humo blanco de cloruro de amonio.Los peligros de soluciones de amonaco dependen en su concentracin: Soluciones con amonaco "diluido" tienen usualmente entre 5-10% por peso (5.62mol/l); las soluciones concentradas usualmente estn preparadas con un aproximado del 25% por peso. Con un 25% en peso, la solucin tiene unadensidadde 0.907g/cm3, y una solucin que tiene una densidad menor estar ms concentrada- La siguiente tabla clasifica las soluciones de amonaco.Concentracinby weight (w/w)MolaridadConcentracinmass/volume (w/v)Clasificacin
510%2.875.62mol/L48.995.7 g/LIrritant (Xi)
1025%5.6213.29mol/L95.7226.3 g/LCorrosive (C)
>25%>13.29mol/L>226.3 g/LCorrosive (C)Dangerous forthe environment (N)
El vapor de amonaco de soluciones concentradas de amonaco son severamente irritantes a los ojos y el tracto respiratorio, y estas soluciones solo pueden ser manejadas en una campana de humo. Soluciones saturadas ("0.880") pueden desarrollar una presin significativa en una botella cerrada en un clima clido, y la botella deber ser abierta con cuidado; esto no es normalmente un problema para soluciones al 25% ("0.900").Las soluciones de amonaco no deben mezclarse conhalgenos, pues productos txico y/o explosivos se forman. El contacto prolongado de soluciones de amonaco con sales deplata, mercurio oyodopueden tambin resultar en productos explosivos: dichas mezclas son formadas normalmente en anlisis cualitativos inorgnicos, y deben ser ligeramente acidificadas pero no concentradas antes de que el anlisis sea completado.Uso en el laboratorio de Anhdrido de amonaco (gas o lquido)El anhdrido de amonaco es clasificado como txico (""T"") y peligroso para el medio ambiente (""N""). El gas es flamable (Temperatura de autoignicin: 651C) y puede formar mezclas explosivas con el aire (16-25%). La exposicin permitida en los Estados Unidos es de 50ppm, mientras que la concentracin para el dao inmediato a la vida y salud se estima que esta en 300ppm. La exposicin repetidas a niveles ms bajos de amonaco, disminuye la sensibilidad al olor del gas: normalmente el hedor es detestables en concentraciones menores a 50ppm, pero individuos insensibilizados no podras detectarlo inclusive a concentraciones de 100ppm. El anhdrido de amonaco corroe aleaciones decobreyzinc, as como el latn no debe ser usado para almacenar el gas. El amonaco lquido tambin puede atacar al caucho y a ciertos plsticos.El amonaco reacciona violentamente con halgenos. ElTriyoduro de nitrgeno, un explosivo primario, el cual se forma cuando el amonaco entra en contacto con elyodo. El amonaco provoca lapolimerizacinexplosiva del xido de etileno. Tambin forma compuestos fulminantes explosivos con eloro,plata, mercurio,germaniootelurio. Tambin se han reportado reacciones violentas con soluciones deacetaldehdo,hipoclorito,perxidosyferricianuro potsico.Sntesis industrialPrincipios qumicosEl NH3se obtiene por el mtodo denominadoproceso Haber-Bosch(Fritz HaberyCarl Boschrecibieron el Premio Nobel de Qumica en los aos 1918 y 1931). El proceso consiste en la reaccin directa entre elnitrgenoy elhidrgenogaseososN2(g)+ 3H2(g) 2NH3(g)H = -46,2 kJ/mol S < 025C K = 6,8.105 atm 850C K = 7,8.10-2 atm Estos valores se obtienen por medio de laecuacin de van't Hoff. Es una reaccin muy lenta, puesto que tiene una elevadaenerga de activacin, consecuencia de la estabilidad del N2. La solucin al problema fue utilizar uncatalizador(xido de hierroque sereducea Fe0en la atmsfera de H2). Debido a que la reaccin cuenta con ms moles del lado de los reactivos (4 moles) que del lado de los productos (2 moles), al aumentar la presin se favorece la formacin del producto. Aunquetermodinmicamentela reaccin transcurre mejor a bajas temperaturas, estasntesisse realiza a altas temperaturas para favorecer laenerga cinticade las molculas y aumentar as lavelocidad de reaccin. Adems se va retirando el amonaco a medida que se va produciendo para favorecer todava ms la sntesis de productos.Produccin a partir de reformacinEl mtodo de Haber-Bosch utiliza dos materias primas: hidrgeno y nitrgeno. Elhidrgenonecesario es producido a partir de la reformacin degas natural, deGLPo denaftaconvapor de agua, siendo el gas natural la alimentacin ms usual. La planta se divide en dos secciones: elfront-endo parte frontal de la planta, donde se genera la mezcla de hidrgeno y nitrgeno necesaria para sintetizar el amonaco, y elback-endo parte posterior de la planta, que es la seccin donde se convierte el producto a partir de ambos reactivos.La planta suele constar de las siguientes unidades:Front-end: Hidrogenacin:el gas de alimentacin a planta suele contenercompuestos azufradostales comomercaptanos, los cuales son un veneno para algunos de los catalizadores presentes en la planta aguas abajo. Con el fin de removerlos, este primer reactor de la planta cuenta concatalizador(en general a base decobalto-molibdeno(tipo "CoMo") o denquel-molibdeno(tipo "NiMo"), el cual facilita la reaccin de losmercaptanosconhidrgeno, removiendo elazufrede los compuestos azufrados orgnicos y formando como producto de la reaccin sulfuro de hidrgeno mediante la siguiente reaccin (ej. para mercaptano): RSH + H2 RH+H2S. La corriente de alimentacin suele encontrarse a una presin de entre 10 y 40kgf/cmg y es calentada hasta una temperatura de entre 350 y 400C antes de ingresar al reactor adiabtico (recipiente a presin con aislacin trmica). Debido a que el proceso de hidrogenacin requiere de hidrgeno para poder realizar la hidrogenacin, una pequea corriente de hidrgeno de reciclo proveniente del metanador es agregada a la corriente de alimentacin previamente al ingreso al reactor. Desulfuracin:el gas libre de compuestos orgnicos azufrados y cierto contenido desulfuro de hidrgeno(en el orden de las 0-20ppm en funcin del origen de la materia prima) es alimentado a este reactor, que bsicamente es un lecho dexido de zinc, el cual absorbe elsulfuro de hidrgeno. Este reactor suele operar a condiciones de presin y temperatura similares al reactor anterior. La reaccin que se lleva a cabo en este reactor es la siguiente: H2S + ZnOH2O + ZnS, quedando el azufre retenido en el lecho. El mismo tiene una capacidad limitada de absorcin de azufre, y para un volumen determinado de absorbente, a mayor contenido de azufre, menor vida til. El contenido de sulfuro de hidrgeno a la salida es prcticamente indetectable, usualmente en el orden de las 20-100ppb. Pre-reformacin:este reactor esta presente en plantas relativamente modernas en caso de que la alimentacin sea un gas natural pesado (rico en hidrocarburos superiores) o alguna corriente ms pesada, tal como GLP, ROG (gas de cola de refineras, del inglsrefinery off gas) o nafta. Este reactor, al igual que los anteriores, es un reactor adiabtico y relleno con catalizador a base denquel. La reaccin de pre-reformacin escataltica en medio heterogneo. Previo al ingreso, la corriente de alimentacin es mezclada con una corriente de vapor y calentada a una temperatura de 450-550 C. Dentro del reactor los hidrocarburos pesados (alcanos, principalmenteetanoy superiores) reaccionan de acuerdo a la siguiente reaccin: CnHm+ nH2O(n + m/2) H2+ nCO. Los hidrocarburos ms pesados son reformados casi en su totalidad, por lo contrario del metano, el cual prcticamente no reacciona. En paralelo con la reaccin de reformacin se presenta la reaccin de conversin (shift, en ingls), la cual convierte parte del CO producido con vapor de agua para generar ms hidrgeno (y dixido de carbono como subproducto) de acuerdo a la siguiente reaccin: CO + H2CO2+ H2O. La naturaleza de este reactor depende de la alimentacin. La primera reaccin (reformacin) es fuertemente endotrmica (consume calor) y la segunda reaccin es exotrmica (libera calor). Ambas reacciones son de equilibrio, y en general las corrientes "livianas" (p. ej. gas natural) tienen un perfil endotrmico (la primera reaccin es preponderante), con un perfil de temperatura decreciente a lo largo del lecho. Por otro lado, en las alimentaciones pesadas (ej.GLP, nafta) la reaccin deshifttiene mayor peso: el perfil de temperatura suele disminuir en la primera parte del reactor, donde la reformacin es la reaccin preponderante, pero suele aumentar en la segunda mitad del lecho, donde la reaccin deshiftes preponderante. El aumento de temperatura de la segunda mitad suele ser mayor que la cada de temperatura en la primera mitad del lecho y por lo tanto el T total del reactor es exotrmico. La corriente de salida de este reactor es una corriente rica en metano, con un muy bajo contenido de etano e hidrocarburos superiores, y con un contenido moderado de CO, CO2, siendo esta corriente aun rica en vapor de agua. Reformacin primaria:esta unidad es el "corazn" delfront-endya que es en la cual la mayor parte de metano y otros hidrocarburos son convertido a hidrgeno. La reaccin se lleva a cabo en un reformador (a veces llamado reformador primario, o reformador de vapor) y la reaccin tambin es una reaccin catalizada en medio heterogneo. El reformador consta de una cantidad de tubos verticales los cuales estn ubicados dentro de un horno de escala industrial. La cantidad de tubos y las dimensiones del horno varan en funcin de la capacidad de planta, pero una unidad grande puede tener 100-200 tubos, con un dimetro de 100-150mm cada uno y con una altura de 12-15m. Este horno (el reformador propiamente dicho) cuenta en su interior con una serie de quemadores, los cuales calientan los tubos desde afuera hacia adentro. Los tubos cuentan en su interior con catalizador a base de nquel50, y el gas al pasar por el tubo reacciona con la misma reaccin de reformacin mencionada en el pre-reformador. La principalmente diferencia con el pre-reformador es que esta corriente cuenta prcticamente con un nico hidrocarburo: el metano, el cual es el ms difcil de reformar ya que la reaccin es fuertemente endotrmica. Al pasar el gas por el tubo, la reaccin absorbe el calor que es transmitido desde el exterior del tubo por el horno, logrando de esta forma desplazar el equilibrio qumico hacia el lado de los productos. Al igual que en el pre-reformador, esta reaccin es de equilibrio, y si bien se logra convertir gran parte del metano a hidrgeno, la corriente de salida cuenta con remanente de metano no reformado. La corriente de salida es rica en hidrgeno, y tambin rica en vapor de agua. Cuenta adems con un contenido menor de metano, de CO y de CO2. Si bien la reaccin es endotrmica, al recibir los tubos una carga de calor considerable desde el exterior, el perfil de temperatura a travs del tubo es ascendente: la temperatura de entrada a los tubos suele ser de 500-550C y la de salida en el orden de los 800-850C. Los tubos suelen tener flujo descendente, aunque esto depende del diseo puntual de la planta, y las temperaturas recin mencionadas son ejemplos, variando los valores de planta en planta. El gas de salida de esta unidad de denominagas de sntesis. Reformacin secundaria:esta unidad tiene como objetivo convertir el metano que no reaccion en el reformador primario. La unidad consiste de un reactor adiabtico relleno de catalizador a base de nquel, y al igual que en el reformador primario y el pre-reformador, las reacciones que ocurren son las mismas, tambin catalticas y de fase heterognea, adems de la reaccin de combustin del metano y del hidrgeno. En la parte de superior del reactor hay un quemador, el cual es alimentado con aire (previamente calentado). Eloxgenocontenido en el aire, al entrar en contacto con la mezcla proveniente del reformador primario, hace combustin, en parte del hidrgeno presente, y en parte del metano presente. Esta combustin logra que la la temperatura de la corriente de entrada, la cual ya cuenta con una temperatura considerable luego de haber sido calentada en el reformador primario (hasta una temperatura del orden de los 800-850C), aumente an ms su temperatura hasta alcanzar una temperatura del orden de los 1200C. A esta temperatura, el remanente de metano que no haba sido convertido en el reformador primario s logra reaccionar en su mayor parte. A la salida del reformador primario, la corriente consta principalmente de hidrgeno y vapor de agua, de monxido y dixido de carbono, y de un contenido bastante bajo de metano (el cual fue prcticamente convertido en su totalidad a hidrgeno). Est corriente tambin tiene un contenido de nitrgeno considerable, el cual fue aportado por el aire alimentado. La cantidad de aire alimentado a la unidad es tal que la relacin de hidrgeno-nitrgeno al final delfront-endse encuentre entre 2.8 y 3.1, recordando que la relacin del amonaco (NH3) es 3. Conversin de alta temperatura (HTS):la corriente proveniente del reformador secundario, la cual se encuentra a una temperatura en el orden de los 1000C, es enfriada, o bien mediante la inyeccin de vapor (plantas antiguas), o bien mediante una caldera de recuperacin de calor (la mayora de las plantas existentes). Luego de alcanzar una temperatura del orden de los 350C la corriente ingresa al convertidor de alta temperatura, usualmente llamado HTS (del inglshigh temperature shift), o tambin llamado mutador de alta temperatura. Dicho reactor es un reactor es un reactor adiabtico y cuenta con un catalizador a base de hierro, y promovido con otros materiales (cromoycobreentre otros51), el cual cataliza la reaccin deshiftmencionada con anterioridad. Este reactor logra tpicamente convertir el 80-90% del CO presente en la alimentacin en CO2, generando an ms hidrgeno en la reaccin. Al ser la reaccin deshiftuna reaccin exotrmica, la temperatura de salida del reactor es mayor a la de entrada. Conversin de baja temperatura (LTS):la corriente proveniente del HTS es enfriada (mediantequenchcon vapor/agua en plantas antiguas, o ms usualmente mediante el uso de una caldera de recuperacin de calor) e ingresa a este reactor, que al igual que el anterior es un reactor adiabtico, con una temperatura tpica en el orden de los 200C. El mismo cuenta con catalizador a base decobre, y promovido con otras sustancias (Zn y Al entre otros52), el cual cataliza la misma reaccin que en el caso del HTS pero a temperaturas relativamente bajas. Al igual que en el caso anterior, el perfil de temperatura asciende con el avance de la reaccin, o sea, la temperatura de entrada (por la parte superior del reactor) es menor a la de salida (por la parte inferior del reactor). Remocin de CO2:debido a que el CO y el CO2son venenos para el catalizador de sntesis de amonaco instalado aguas abajo, se instala esta unidad la cual toma la corriente proveniente del LTS y la despoja casi en su totalidad del CO2. La corriente de entrada cuenta con un contenido de CO muy bajo (tpicamente del orden del 0.3% molar en base seca) pero de un contenido de CO2considerable, del orden del 15-20%, ya que en ambos reactoresshiftconvirtieron casi la totalidad del monxido de carbono a dixido de carbono. Existen una cantidad de procesos patentados ofrecidos para esta operacin (ej. BASF, Catacarb, Vetrocoke, etc.), pero en general la unidad cuenta con una (o dos) columna absorbedora, la cual tiene una solucin que retiene el dixido de carbono, y una columna regeneradora, la cual regenera la solucin eliminando el CO2. La solucin utilizada puede serMEA,MDEAocarbonato de potasio. Una gran parte de las plantas tienen la finalidad de producir amonaco para ser utilizado como materia prima para la produccin deureapara su uso como fertilizante. En estos casos, dado que la urea se produce a partir de dixido de carbono y de amonaco, el CO2removido en esta unidad es enviado a la seccin de sntesis de urea para su uso como materia prima. Metanacin:la corriente proveniente de la seccin de remocin de dixido de carbono es principalmente una corriente rica en hidrgeno y nitrgeno, con un bajo contenido de metano y con trazas de CO. El objetivo de este reactor es eliminar el CO. Con este objetivo se hace reaccionar la corriente sobre un catalizador a base de nquel, el cual cataliza la reaccin de CO con hidrgeno para formar metano y agua. La reaccin es la misma reaccin que la de reformacin pero en el sentido inverso, recordando que esta es una reaccin de equilibrio. Siendo que la reaccin de reformacin era fuertemente endotrmica, y que esta reaccin es la inversa, la metanacin resulta ser una reaccin fuertemente endotrmica y la temperatura del reactor aumenta considerablemente a travs del lecho. A la salida del reactor la corriente consiste principalmente en nitrgeno e hidrgeno, en una relacin cercana a 3 (la requerida para sintetizar el amonaco, NH3) y un muy bajo contenido de metano e inertes provenientes del aire, tales como argn.Back-end:La seccin de back-end consta principalmente de un reactor (el convertidor de amonaco) de una serie de equipos auxiliares para enfriar la corriente de salida del reactor. Tambin cuenta con un compresor el cual eleva la presin de la corriente proveniente delfront-endhasta la presin de trabajo requerida para la sntesis de amonaco. Existen diversos diseos de reactor ofrecidas por distintos tecnlogos (ej. Haldor Topsoe, Casale, Kellogg, reactores tipo TVA, etc) y cada convertidor tiene sus caractersticas propias, sus ventajas y sus desventajas. Algunos reactores son verticales, otros horizontales; algunos tienen flujo radial, otros flujo axial, y otros flujo mixto; algunos tienen un lecho, otros tienen dos lechos, etc. De todas formas una caracterstica comn a todos ellos es que requieren un catalizador para que la reaccin tenga lugar, siendo en la actualidad el utilizado en casi todas las plantas a base dehierroy promovido con otros compuestos53. Los reactores suelen operar en un rango de temperatura de 400-500C y a presiones muy elevadas, en el orden de los 200-350kgf/cmg. Como se explic anteriormente, la reaccin est fuertemente balanceada hacia el lado de los reactivos, y por lo tanto la concentracin de amonaco no es demasiado alta: en una planta operando en condiciones estables la concentracin de entrada al convertidor suele rondar el 5% y a la salida el 15%.Manejo del producto Lmite inflamable inferior: 19% en volumen. Lmite inflamable superior: 25% en volumen. Temperatura de autoignicin: 651C. Extincin del fuego: riego de agua o niebla de agua, dixido de carbono, espuma de alcohol, productos qumicos secos. Medidas de control: proteccin respiratoria adecuada como mscaras o equipos de respiracin asistida. Procedimientos de trabajo seguro. Fuentes para el lavado de los ojos y duchas de seguridad en el lugar de trabajo. Manipular con guantes. No ingerir.Amonaco como solvente lquidoEl amonaco lquido es conocido y comnmente estudiado como un solvente ionizaste no-acuoso. Si propiedad ms conspicua is la habilidad de disolver metales lcali para formar soluciones altamente coloradas y elctricamente conductivas conteniendo electrones solvatados. Adems de estas soluciones, mucha de la qumica en el amonaco lquido puede ser clasificado por analoga con reacciones relacionadas en soluciones acuosas. La comparacin de las propiedades fsicas del NH3con aquellas del agua, muestra que el NH3tiene un menos punto de ebullicin, de fusin,densidad, viscosidad yconstante dielctrica; esto es al menos en parte por los enlaces dbiles del hidrgeno en NH3y porque dicho enlace no puede forma redes reticuladas, puede cada molcula de NH3tiene un solo par de electrones libres compara con dos por cada molcula de H2O m. La constante de disociacin del NH3a -50C es 1033mol2l2.
Solubilidad de sales
Solubilidad (g de sal por 100 g de NH3lquido )
Acetato de amonio253.2
Nitrato de Amonio389.6
Nitrato de Litio243.7
Nitrato de Sodio97.6
Nitrato de Potasio10.4
Fluoruro de Sodio0.35
Cloruro de Sodio157.0
Bromuro de Sodio138.0
Yoduro de Sodio161.9
Tiocianato de Sodio205.5
El amonaco lquido es un solvente ionizante, aunque menos que el agua, disuelve bastantes compuestos, incluyendo nitratos, nitritos, cianuros y tiocianatos. La mayora de las sales amonio son solubles y actan como cidos en soluciones de amonaco lquido. La solubilidad de las sales dehalgenoincrementa desde elfluorhasta elyodo. Una solucin saturada de nitrato de amonio coticen 0.083 moles de solito por mol de amonaco y tiene unapresin de vaporde menos de 1baren 25C.Soluciones de metalesVase tambin:Electrn solvatadoEl amonaco lquido disuelve a los metales lcali y a otros metales electropositivos como elmagnesio,calcio,estroncio,bario,europioeiterbio. En bajas concentraciones, se forman soluciones de tono azul oscuro: estas contienen cationes y electrones solvatados, electrones libres que estn rodeados por una jaula de molculas de amonaco.Estas soluciones son muy tiles y fuertes agentes reductores. En concentraciones altas, las soluciones son metlicas en apariencias y en conductividad elctrica. En temperaturas bajas, los dos tipos de solucin pueden coexistir como fases inmiscibles.Propiedades redox del amonaco lquidoVase tambin:RedoxE(V, amoniaco)E(V, agua)
Li++ eLi2.243.04
K++ eK1.982.93
Na++ eNa1.852.71
Zn2++ 2eZn0.530.76
NH4++ e H2+ NH30.00
Cu2++ 2eCu+0.43+0.34
Ag++ eAg+0.83+0.80
El rango de estabilidad termodinmica de soluciones con amonaco lquido es muy estrecho, como el potencial de oxidacin a dinitrgeno,Potencial normal de electrodo(N2+ 6NH4++ 6e8NH3), es solo +0.04V. En prctica, la oxidacin a dinitrgeno y reduccin de dihidrgeno son lentas. Esto es especialmente verdad en soluciones reductoras: las soluciones de los metales lcali mencionadas anteriormente son estables por varios das, descomponiendo lentamente la amiba metal y dihidrgeno. La mayor parte de los estudios sobre el amonaco lquido en soluciones son hechos en condiciones reductoras; sin embargo, la oxidacin del lquido de amonaco es lenta y hay riesgo de explosin.Efectos nocivos en el organismoInhalacinEn concentraciones elevadas irrita la garganta, inflama lospulmones, daa las vas respiratorias y los ojos. Segn aumenta la concentracin puede llegar a produciredema pulmonar( El edema pulmonar a menudo es causado por insuficiencia cardaca congestiva. Cuando el corazn no es capaz de bombear sangre al cuerpo de manera eficiente, sta se puede represar en las venas que llevan sangre a travs de los pulmones hasta el lado izquierdo del corazn.A medida que la presin en estos vasos sanguneos se incrementa, el lquido es empujado hacia los espacios de aire (alvolos) en los pulmones. Este lquido reduce el movimiento normal del oxgeno a travs de los pulmones. Esto y el aumento de la presin pueden llevar a dificultad para respirar) o la muerte cuando supera las 5000ppm. Si la persona inhal el txico, trasldela inmediatamente a un sitio donde pueda tomar aire fresco, e inmediatamente despus acudir rpidamente al mdico.Contacto con la pielEl amonaco puede producir irritacin de lapiel, sobre todo si la piel se encuentra hmeda. Adems, puede llegar a quemar y ampollar la piel al cabo de unos pocos segundos de exposicin con concentracionesatmosfricassuperiores a 300 ppm. Si el qumico est en la piel o en los ojos, enjuague con agua abundante al menos por 15 minutos.IngestinEste compuesto es gaseoso en condiciones atmosfricas normales siendo poco probable su ingestin. Sin embargo, en caso de producirse, puede destruir la mucosa gstrica, provocando severas patologas e incluso la muerte. Si la persona ingiri el qumico, suminstrele agua o leche inmediatamente, a menos que el mdico haya dado otras instrucciones. No suministre leche ni agua si el paciente presenta sntomas que dificulten la deglucin (problemas al tragar), tales como vmitos, convulsiones o disminucin de la lucidez mental.Tratamientos en los pacientes Broncoscopia: colocacin de una cmara a travs de la garganta para observar las quemaduras en las vas respiratorias y en los pulmones. Endoscopia: colocacin de una cmara a travs de la garganta para observar las quemaduras en el esfago y el estmago. Lquidos por va intravenosa (IV). Medicamentos para tratar los sntomas. Medicamento para neutralizar el efecto del txico (un antdoto). Oxgeno y soporte respiratorio. Desbridamiento cutneo (extirpacin quirrgica de la piel quemada). Lavado de la piel (irrigacin), quiz con intervalos de pocas horas durante varios das.El papel del amonaco en sistemas biolgicos y en enfermedades humanas
Los principales sntomas de hiperamonemia (amonaco en el cuerpo en cantidades txicas).54El amonaco es una importante fuente de nitrgeno para sistemas vivos. Aunque el nitrgeno atmosfrico abunda (ms del 75%), algunas criaturas vivas son capaces de usar el nitrgeno atmosfrico en su forma diatmica, N2gas. Entonces, la fijacin de nitrgeno es requerida para la sntesis de aminocidos, los cuales son la base de laprotena. Algunas plantas usan el amonaco y amonaco del nitrgeno amtsferico.55BiosntesisEn determinado organismos, el amonaco es producido por el nitrgeno atmosfrico por laenzimallamadanitrogenasa. El proceso general se llamafijacin de nitrgeno. Aunque difcilmente lo mtodos biomimticos sean competitivos con el "Proceso de Haber", un esfuerzo intenso se direccionado hacia el mecanismo biolgico de fijacin de nitrgeno. El inters cientfico en este problema es motivado por una estructura inusual del sitio activo de la enzima, que consiste de un conjunto Fe7MoS9.El amonaco tambin es un producto metablico de losaminocidos, catalizador por enzimas como laGlutamato deshidrogenasa. La excrecin de amonaco es comn en animales marinos. En humanos, es fcilmente convertido aurea, que es menos txica, as como menos bsica. La urea es el mayor componente del peso seco de laorina. La mayora de los reptiles, aves, insectos y caracoles secretancido ricocomo desechos nitrogenados.En fisiologaEl amonaco tambin juega un papel en las fisiologas normal y abnormal. Es biosntetizado a travs del metabolismo normal de los aminocidos y es txico en altas concentraciones.56Elhgadoconvierte amonaco a urea a travs de varias series de reacciones conocidas como elCiclo de la urea. Disfunciones en el hgado, como lacirrosis, pueden llevar tener una cantidad alta de amonaco en la sangre (hiperamonemia). Del mismo modo, defectos en la enzima responsable del ciclo de la urea, como la ornitina transcarbamilasa, pueden provocar hiperamonemia. La hiperamonemia lleva a la confusin y a un estado decomadeencefalopata heptica, as como las enfermedades comunes en personas con problemas en el ciclo de la urea.57El amonaco es importante para el balance normal cido/base. Despus de la formacin de amonio deglutamina, -cetoglutarato puede ser degradado para producir dos molculas debicarbonato, los cuales funcionan posteriormente como buffers para cidos dietticos. El amonaco es excretado en la orina, perdiendo cidos. El amonaco puede difundirse a travs de s mismo los tmulos renales, combinado con iones de hidrgeno, para permitir futura excrecin de cidos.58ExcrecinArtculo principal:ExcrecinLos iones de amonaco son productostxicosdesechados delmetabolismodeanimales. En peces e invertebrados acuticos, se excreta directamente al agua. En mamfero, tiburones y anfibios, se convierte en elciclo de la ureaaurea, porque es menos txico y es un proceso eficiente. En aves, reptiles y caracoles terrestres, el amonio metabolico es convertido encido rico, que es slido, y por tanto es excretado con una prdida mnima de agua59
En astronoma
Hay amonaco en la atmsfera deJpiter(0.026% de amonaco) y enSaturno(0.012% de amonaco).El amonaco se ha detectado en la atmsfera de los planetas de gas gigante, incluyendoJpiter, junto con otros gases como el metano, hidrgeno yhelio. En el interior de Saturno hay cristales congelados de amonaco.60Se encuentra naturalmente en la la lunaDeimosyPhobos, las dos lunas de marte.Espacio interestelarEl amonaco fue detectado en un principio en el espacio en 1968, basado en emisiones de microondas desde la direccin del ncleo galctico.61Esta fue la primera molcula poliatmica detectada. La sensibilidad de la molcula en un amplio rango de excitaciones y la facilidad con que se puede observar un nmero de regiones ha hecho al amonaco una de las molculas ms importantes para los estudios de las nubes moleculares.62La relativa intensidad de lneas de amonaco pueden ser usadas para medir la temperatura del medio emisor.Las siguientes especies isotpicas de amonaco se han detectado:NH3,15NH3, NH2D, NHD2, y ND3La deteccin del tripledeuterioamonaco fue considerado una sorpresa fue el deuterio es relativamente escaso. Se cree que las bajas temperaturas permiten a esa molcula subsistir y acumularse.63Desde su descubrimiento interestelar, NH3ha probado ser una herramienta espectroscopia invaluable en el estudio del medio interestelar. Con un largo nmero de transiciones, es sensible a un amplio rango de condiciones de excitacin, NH3ha sido ampliamente detectado astronmicamente - su deteccin ha sido recortada en cientos de artculos.El estudio del amonaco interestelar ha sido importante para diversas reas de investigacin en las ltimas dcadas.
Formacin interestelar y mecanismos
[Ag(NH3)2]+La abundancia interestelar para el amonaco ha sido medida en varios ambientes. El radio de [NH3]/[H2] ha sido estimado desde 107en pequeas nubes oscuras64hasta 105en el denso ncleo del complejo de nube molecular de Orin.65Aunque un total de produccin total de 18 rutas han sido propuestas,66el principal mecanismo para formar NH3interestelar es la siguiente reaccin:NH4++ e NH3+ HLa constante de cambio "k" en esta reaccin depende de la temperatura del ambiente, con un valor de 5.2106a 10K.67La constante fue calculada de la frmula "k = a(T/300)B". Para la reaccin de formacin primaria,a=1.05106yB=0.47. Asumiendo una abundancia de NH4+de 3107y una abundancia de electrones de 107tpico de nubes moleculares, la formacin procede a un cambio de 1.6109cm3s1en una nube molecular con una densidad total de 105cm3.68Todas las dems propuestas de reaccin de formacin tienen constantes con valores entre 2 y 13 rdenes de magnitud menores, haciendo que las contribuciones a la abundancia del amonaco sean relativamente insignificantes.69Como ejemplo de una de las contribuciones mencionadas est:H2+ NH2 NH3+ HTiene un cambio constante de 2.21015. Asumiendo que las densidades de 105and NH2/H2ratio of 107para H2, esta reaccin procede en con un cambio de 2.21012, ms de 3 rdenes de magnitud ms lentos que la reaccin primaria anterior.Algunas otras posibles reacciones de formacin son:H+ NH4+ NH3+ H2PNH3++ e P + NH3Mecanismos interestelares de destruccinHay 113 reacciones propuestas que llevan a la destruccin del NH3. De estas, 39 fueron tabuladas en extensas tablas de qumica junto con compuestos de Carbono, Nitrgeno y Oxgeno.70Una revisin del amonaco interestelar cita las siguientes reacciones como los principales mecanismos de disociacin:62(1) NH3+ H3+ NH4++ H2(2) NH3+ HCO+ NH4++ COCon cambios constantes de 4.3910971y 2.2109,72respectivamente. Las ecuaciones (1,2) corren con un cambio de 8.8109and 4.41013, respectivamente. Estos clculos asumen el cambio dado de constantes y abundancias de [NH3]/[H2] = 105, [H3+]/[H2] = 2105, [HCO+]/[H2] = 2109, y densidades totales de n = 105, tpicas de fras y densas, nubes moleculares.73Claramente, entre estas dos reacciones primarias, la ecuacin (1) es la reaccin dominante de destruccin, con un cambio de ~10,000 veces ms rpido que la ecuacin (2). Esto se debe a la relativa alta abundancia de H3+.Deteccin de antenas individualesObservaciones de radio de NH3del Radiotelescopio deEffelsbergrevel que la lnea de amonaco est separada en dos componentes un fondo rgido y ncleo sin forma. El fondo corresponde bien con la localizacin previamente detectada de CO.74El telescopio 25m Chilbolton enInglaterradetect seales de radio de amonano en regiones H II, HNH2O, objetos H-H y otros objetos asociados con las formacin de estrellas. Una comparacin con la line de emisin indica que velocidades turbulentas o sistemticas no incrementan en el centro del ncleo de ls nubes moleculares75La radiacin de microondas del amonaco fue observada en diversos objetos galcticos incluyendo W3(OH),Orin (constelacin), W43, W51, y cinco fuentes en el centro galctico. La alta deteccin de el cambio indica que es una molcula comn en el medio interestelar y que las regiones de alta densidad son comunes en la galaxia76Estudios InterferomtricosObservacionesVLAen siete regiones con flujos de alta velocidad gaseosos revelaron condensaciones de menos de 0.1pcen L1551, S140 yCepheus (constelacin). Tres condensaciones individuales fueron detectadas enCepheus (constelacin), una de ellas era una figura muy alongada. Pueden jugar un rol importante en crear flojos bipolares en la regin.77Amonaco extragalctico fue imaginado usando VLA enIC 342. La temperatura del gas caliente est arriba de los 70K, lo cual fue inferido de las lneas del radio de amonaco y parece estar asociado con porciones ms internas de la barra nuclear vista en CO.78NH3fue tambin monitoreada por VLA hacia la muestra de cuatro regiones galcticas ultracompactadas HII: G9.62+0.19, G10.47+0.03, G29.960.02, y G31.41+0.31. Basndose en diagnsticos de temperatura y densidad, se concluye que en general que tales cmulos son probablemente los lugares de formacin de estrella en una fase evolutiva temprana antes del desarrollo de una regin HII ultracompacta.79Detecciones a infrarrojoAbsorciones a 2.91 micrmetros de amonaco slido fueron grabados de granos interestelares en el Objeto Becklin-Neugebauer y probablemente en NGC 2264-IR. Esta deteccin ayud a explicar la forma fsica de los previamente poco entendidos lneas de absorcin de hielo.80Un espectro del anillo de Jpiter fue obtenido del observatorio Kuiper Airborne, cubriendo los 100 a 300cm1del rango de espectro. Anlisis del espectro provee informacin de propiedades globales de amonaco en gas y la neblina de hielo de amonaco.81Un total de 149 posiciones de nubes negras fueron revisadas para evidencia de "ncleos densos" usando la inversin de lnea de (J,K) = (1,1) deNH3. En general, los ncleos no tienen figura de esfera, con radios rondando entre 1.1 a 4.4. Tambin se encontr que ncleos con estrellas tienen lneas ms amplias que ncleos sin estrellas.82El amonaco se detect tambin en Nebula de Draco y en un una o quiz dos nubes moleculares, que estn asociadas con elcirrusinfrarrojo.83Observaciones de Nubes Oscuras CercanasBalanceando y estimulando una emisin con una emisin espontnea, es posible construir una relacin entre las temperatura de excitacin y la densidad. Ms sin embargo, desde los niveles transitorios del amonaco, se puede aproximar a un nivel 2 en un sistema de bajas temperaturas, este clculo es sencillo. Esta premisa puede ser aplicada a nubes negras, regiones que se sospecha tienen extremadamente bajas temperaturas y posibles sitios para la futura formacin de estrellas. Detecciones de amonaco en nubes negras muestra lneas estrechas indicando que no solo son bajas temperaturas, pero tambin un nivel bajo de turbulencia en la nube. La lnea de clculos del radio provee una medida de la temperatura de la nube que es independiente de previas observaciones de CO. Las observaciones del amonaco fueron consistentes con las medidas de CO de rotacin de temperaturas de ~10K. Con esto, las densidades pueden ser determinadas, y han sido calculadas en un rango de entre 104y 105cm3en nubes negras. Trazando el mapa de NH3, se concluye que tiene medidas cotidianas de las nubes de 0.1pcy masas cercanas a una masa solas. Estos sitios fros con ncleos densos son sitios donde se formar un estrella.Regiones UC HIIRegiones HII ultra compactadas estn entre los mejores trazadores de formacin de estrellas de gran masa. EL material denso alrededor de regiones UCHII es primariamente molecular. Desde un completo estudio de formacin de estrellas masivas, necesariamente involucra la nube de donde se form la estrella, el amonaco es una herramienta invaluable para comprender este material molecular que rodea. Puesto que este material molecular puede ser resuelto espacialmente, es posible constreir los recursos de calor/ionizantes, temperaturas, masas y tamao de las regiones. Los componentes de la velocidad Doppler desplazada permite la separacin de distintas regiones de gas molecular que puede trazar flujos y ncleos calientes originados de la formacin de estrellas.Deteccin extragalcticaEl amonaco ha sido detectado en galaxias externas, y por simultneamente medir varas lneas, es posible directamente medir la temperatura del gas en estas galaxias. Las lneas del radio implican que las temperaturas son calientes (~ 50 K), originadas de nubes densas con tamaos de decenas de pc. Esta imagen es consistente con la imagen de nuestraVa Lcteancleos moleculares densos y calientes se forman alrededor de estrellas que se estn formando incrustadas en nubes con material molecular en la escala de varios cientos de pc (nubes moleculares gigantes).
