Propiedades físicas y significado en medicina
El amoníaco ocupa un lugar completamente excepcional en la química, al ser el principal eslabón que conecta el nitrógeno atmosférico con multitud de compuestos industriales. Es un gas incoloro con un olor sumamente penetrante y fácilmente reconocible. Es capaz de licuarse ya a una presión de unas 7 atmósferas. Una de las características físicas más importantes es su asombrosamente alta solubilidad en agua.
En la práctica médica ocupa un lugar especial la solución acuosa al 10 % (en masa), ampliamente conocida como amoníaco diluido (solución de amoníaco). Su acción farmacológica se basa en la capacidad de los vapores para excitar el sistema nervioso: la inhalación de aire con una pequeña mezcla del gas provoca la estimulación refleja del centro respiratorio. Este efecto es empleado universalmente por los médicos para sacar a los pacientes del estado de síncope.
Estructura espacial de la molécula
La estructura espacial de la molécula tiene una forma piramidal bien definida. El nitrógeno se encuentra en un estado de hibridación sp³. De los cuatro orbitales híbridos disponibles, tres se gastan en la formación de enlaces covalentes fuertes con los átomos de hidrógeno. El cuarto orbital permanece ocupado por un par de electrones no enlazante.
Precisamente este par no enlazante condiciona la actividad química y las propiedades básicas de la sustancia en soluciones acuosas. El átomo de nitrógeno actúa como donante, uniéndose a un protón del agua. Como resultado se forman iones amonio e iones hidróxido, sin embargo, solo alrededor del 1 % de toda la sustancia disuelta pasa a la forma ionizada.
Reacciones químicas y obtención
En condiciones de laboratorio, el gas se sintetiza ya sea calentando su solución acuosa concentrada o mediante la acción de álcalis fuertes sobre las sales de amonio. El amoníaco libre es capaz de participar en diversos tipos de interacciones químicas:
- Procesos redox: La sustancia es capaz de arder en oxígeno con desprendimiento de nitrógeno libre. Al hacer pasar el gas sobre óxido de cobre(II) negro y caliente, se produce una reducción: se forma cobre metálico rojo.
- Oxidación catalítica: Un proceso industrial importantísimo en el cual, con la participación de una aleación de platino y rodio, se forma óxido de nitrógeno(II).
- Reacciones de sustitución: Los átomos de hidrógeno pueden ser sustituidos. La reacción con sodio fundido produce amida de sodio, y la interacción con halogenoalcanos permite obtener aminas orgánicas fundamentales (por ejemplo, la etilamina).
- Formación de complejos: Las moléculas forman fácilmente compuestos complejos estables con cationes de metales de transición, por ejemplo, con iones de zinc.
Propiedades y descomposición de las sales de amonio
La interacción del amoníaco con los ácidos conduce a la formación de sales. Un ejemplo clásico es la aparición de un denso «humo blanco» al mezclarlo con cloruro de hidrógeno gaseoso, cuando surgen en el aire cristales de cloruro de amonio (sal amoniacal).
El radio del ion amonio es cercano al radio del ion potasio, por lo que las sales (como el sulfato y el nitrato, empleados como fertilizantes) son perfectamente solubles en agua. Las soluciones sufren hidrólisis y tienen un medio ligeramente ácido (pH de alrededor de 5). Al añadir álcalis, las sales se descomponen con liberación de amoníaco libre.
El calentamiento de las sales cristalinas conduce a su descomposición térmica:
- Sales de ácidos no oxidantes (cloruros) se descomponen de manera reversible.
- El carbonato de amonio se descompone lentamente incluso a temperatura ordinaria, liberando dióxido de carbono, lo cual se utiliza activamente en la repostería.
- Sales con un anión oxidante (dicromatos) experimentan una oxidación-reducción intramolecular irreversible con desprendimiento de nitrógeno molecular.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Por qué las soluciones acuosas de las sales de amonio tienen un medio ligeramente ácido?
Las soluciones acuosas de las sales de amonio tienen un medio ligeramente ácido debido a que estas sales sufren hidrólisis. A diferencia de las sales de metales alcalinos, el catión amonio actúa como un ácido e interactúa con el agua. Por ejemplo, durante la hidrólisis, el catión cede un protón al agua, formando amoníaco e iones hidronio. Como resultado de este proceso, se establece un medio ácido en la solución con un valor de pH de alrededor de 5.
¿Qué compuestos complejos (amoniacatos) se forman durante la interacción del amoníaco con las sales de plata y cobre?
En las fuentes se indican los siguientes compuestos complejos de amoníaco de plata y cobre:
- nitrato de diamminplata(I) — $[Ag(NH_3)_2]NO_3$;
- hidróxido de diamminplata(I) — $[Ag(NH_3)_2]OH$;
- cloruro de diammincobre(I) — $[Cu(NH_3)_2]Cl$.
Las soluciones amoniacales de compuestos de plata y cobre se utilizan en reacciones cualitativas para alquinos con un triple enlace terminal, en las cuales se forman precipitados de acetiluros.
¿En qué ciclo bioquímico se produce la detoxificación del amoníaco tóxico en el organismo humano?
La detoxificación del amoníaco tóxico en el organismo humano tiene lugar en el ciclo de la ornitina. Este proceso bioquímico transcurre exclusivamente en el hígado. En el transcurso de las reacciones del ciclo de la ornitina, el amoníaco tóxico se convierte en urea poco tóxica, la cual es excretada posteriormente del organismo. En caso de alteraciones de este ciclo, por ejemplo, debido a enfermedades hepáticas o defectos enzimáticos hereditarios, el amoníaco no se convierte en urea. Esto conduce a un aumento de su concentración en la sangre y a una acción tóxica sobre el sistema nervioso central.
¿Qué clases de aminas se forman durante la alquilación sucesiva del amoníaco con halogenoalcanos?
Durante la alquilación sucesiva del amoníaco con halogenoalcanos se forma una mezcla de aminas de diferente grado de sustitución, así como sales cuaternarias.
En el transcurso de las reacciones de sustitución nucleófila (polialquilación) se forman secuencialmente:
- Aminas primarias: se sustituye 1 átomo de hidrógeno.
- Aminas secundarias: se sustituyen 2 átomos de hidrógeno.
- Aminas terciarias: se sustituyen 3 átomos de hidrógeno.
La posterior interacción de las aminas terciarias formadas con derivados halogenados de hidrocarburos conduce a reacciones de adición, como resultado de las cuales se forman sales de amonio tetrasustituidas (cuaternarias).
Para recordar fácilmente la hidrólisis, recuerde que el amoníaco es una base débil. La sal de una base débil y un ácido fuerte (por ejemplo, el cloruro de amonio) siempre otorga un medio ácido a la solución.
Preguntas de clases y exámenes
¿Por qué la solución de amoníaco tiene propiedades básicas?
En la molécula de amoníaco, el átomo de nitrógeno presenta un par de electrones no enlazante capaz de actuar como dador frente a un protón del agua, liberando iones hidróxido.
¿Cómo distinguir las sales de amonio de otras sales solubles?
Al calentar cualquier sal de amonio con un álcali fuerte, se desprende abundantemente amoníaco gaseoso, el cual se identifica fácilmente por su olor penetrante.
¿Para qué se emplea el amoníaco diluido en medicina?
La solución al diez por ciento se utiliza para salir del estado de síncope gracias a la estimulación refleja del sistema nervioso y del centro respiratorio.
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismo de oxidación catalítica sobre catalizador de platino-rodio
- Síntesis de aminas orgánicas utilizando halogenoalcanos
- Particularidades de la formación de complejos con iones de metales de transición
- Aplicación industrial del nitrato y sulfato de amonio
- Reacciones de sustitución con formación de amidas de metales alcalinos
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