Propriétés physiques et importance en médecine
L'ammoniac occupe une place tout à fait exceptionnelle en chimie, constituant le principal lien entre l'azote atmosphérique et une multitude de composés industriels. C'est un gaz incolore doté d'une odeur extrêmement piquante et facilement reconnaissable. Il peut se liquéfier dès une pression d'environ 7 atmosphères. L'une de ses caractéristiques physiques les plus importantes est sa solubilité remarquablement élevée dans l'eau.
En pratique médicale, une place particulière est occupée par la solution aqueuse à 10 % (en masse), largement connue sous le nom d'ammoniaque (solution d'ammoniac). Son action pharmacologique est fondée sur la capacité de ses vapeurs à exciter le système nerveux : l'inhalation d'air contenant une faible trace de gaz provoque une stimulation réflexe du centre respiratoire. Cet effet est universellement utilisé par les médecins pour ranimer les patients en état de syncope.
Structure spatiale de la molécule
La structure spatiale de la molécule présente une forme pyramidale prononcée. L'azote se trouve dans un état d'hybridation sp³. Sur les quatre orbitales hybridées disponibles, trois sont consacrées à la formation de liaisons covalentes solides avec les atomes d'hydrogène. La quatrième orbite reste occupée par un doublé électronique non liant.
C'est précisément ce doublé non liant qui détermine l'activité chimique et les propriétés basiques de la substance en solution aqueuse. L'atome d'azote agit comme un donneur en captant un proton de l'eau. Il en résulte la formation d'ions ammonium et d'ions hydroxyde, bien que seulement 1 % environ de la substance dissoute totale passe à l'état ionisé.
Réactions chimiques et obtention
En laboratoire, le gaz est synthétisé soit par chauffage de sa solution aqueuse concentrée, soit par l'action de bases fortes sur des sels d'ammonium. L'ammoniac libre est capable de participer à divers types d'interactions chimiques :
- Processus d'oxydoréduction : La substance peut brûler dans l'oxygène avec dégagement d'azote libre. Le passage du gaz sur de l'oxyde de cuivre(II) noir chauffé entraîne une réduction : il se forme du cuivre métallique rouge.
- Oxydation catalytique : Processus industriel primordial dans lequel, en présence d'un alliage de platine et de rhodium, il se forme de l'oxyde d'azote(II).
- Réactions de substitution : Les atomes d'hydrogène peuvent être substitués. La réaction avec du sodium fondu donne de l'amidure de sodium, tandis que l'interaction avec des halogénoalcanes permet d'obtenir des amines organiques essentielles (par exemple, l'éthylamine).
- Complexation : Les molécules forment facilement des composés complexes complexes avec des cations de métaux de transition, par exemple avec les ions zinc.
Propriétés et décomposition des sels d'ammonium
L'interaction de l'ammoniac avec les acides conduit à la formation de sels. Un exemple classique est l'apparition d'une « fumée blanche » dense lors du mélange avec du chlorure d'hydrogène gazeux, lorsque des cristaux de chlorure d'ammonium (sel ammoniac) se forment dans l'air.
Le rayon de l'ion ammonium est proche de celui de l'ion potassium, de sorte que les sels (tels que le sulfate et le nitrate, utilisés comme engrais) sont parfaitement solubles dans l'eau. Les solutions subissent une hydrolyse et présentent un milieu légèrement acide (pH d'environ 5). Lors de l'ajout de bases, les sels sont détruits avec libération d'ammoniac libre.
Le chauffage des sels cristallins conduit à leur décomposition thermique :
- Les sels d'acides non oxydants (les chlorures) se décomposent de manière réversible.
- Le carbonate d'ammonium se décompose lentement même à température ordinaire en dégageant du dioxyde de carbone, ce qui est activement utilisé en pâtisserie.
- Les sels dotés d'un anion oxydant (les dichromates) subissent une oxydoréduction intramoléculaire irréversible avec dégagement d'azote moléculaire.
En bref : réponses aux questions sur le sujet
Pourquoi les solutions aqueuses de sels d'ammonium ont-elles un milieu légèrement acide ?
Les solutions aqueuses de sels d'ammonium ont un milieu légèrement acide car ces sels subissent une hydrolyse. Contrairement aux sels de métaux alcalins, le cation ammonium joue le rôle d'un acide et interagit avec l'eau. Par exemple, lors de l'hydrolyse, le cation cède un proton à l'eau, formant de l'ammoniac et des ions hydronium. À la suite de ce processus, un milieu acide avec un pH d'environ 5 s'établit dans la solution.
Quels composés complexes (ammoniacates) se forment lors de l'interaction de l'ammoniac avec les sels d'argent et de cuivre ?
Les sources indiquent les composés complexes ammoniacaux d'argent et de cuivre suivants :
- le nitrate de diamminesargent(I) — $[Ag(NH_3)_2]NO_3$;
- l'hydroxyde de diamminesargent(I) — $[Ag(NH_3)_2]OH$;
- le chlorure de diamminecuivre(I) — $[Cu(NH_3)_2]Cl$.
Les solutions ammoniacales de composés d'argent et de cuivre sont utilisées dans les réactions caractéristiques des alcynes à triple liaison terminale, au cours desquelles se forment des précipités d'acétylures.
Dans quel cycle biochimique l'ammoniac toxique est-il neutralisé dans l'organisme humain ?
La neutralisation de l'ammoniac toxique dans l'organisme humain a lieu dans le cycle de l'ornithine. Ce processus biochimique se déroule exclusivement dans le foie. Au cours des réactions du cycle de l'ornithine, l'ammoniac toxique est converti en urée peu toxique, qui est ensuite excrétée de l'organisme. En cas de dysfonctionnement de ce cycle, par exemple en raison de maladies hépatiques ou de défauts enzymatiques héréditaires, l'ammoniac n'est pas transformé en urée. Cela entraîne une augmentation de sa concentration dans le sang et un effet toxique sur le système nerveux central.
Quels classes d'amines se forment lors de l'alkylation successive de l'ammoniac par des halogénoalcanes ?
L'alkylation successive de l'ammoniac par des halogénoalcanes conduit à un mélange d'amines de divers degrés de substitution, ainsi qu'à des sels quaternaires.
Au cours des réactions de substitution nucléophile (polyalkylation), il se forme successivement :
- Des amines primaires — 1 atome d'hydrogène est substitué.
- Des amines secondaires — 2 atomes d'hydrogène sont substitués.
- Des amines tertiaires — 3 atomes d'hydrogène sont substitués.
L'interaction ultérieure des amines tertiaires formées avec les dérivés halogénés d'hydrocarbures conduit à des réactions d'addition, qui aboutissent à la formation de sels d'ammonium tétrasubstitués (quaternaires).
Pour mémoriser facilement l'hydrolyse, rappelez-vous que l'ammoniac est une base faible. Le sel d'une base faible et d'un acide fort (par exemple, le chlorure d'ammonium) confère toujours un milieu acide à la solution.
Questions des cours et des examens
Pourquoi la solution d'ammoniac a-t-elle des propriétés basiques ?
Dans la molécule d'ammoniac, l'atome d'azote porte un doublet non liant capable d'agir comme donneur pour un proton d'eau, libérant ainsi des ions hydroxyde.
Comment distinguer les sels d'ammonium des autres sels solubles ?
Le chauffage de n'importe quel sel d'ammonium avec une base forte libère abondamment de l'ammoniac gazeux, facilement identifiable par son odeur piquante.
Pourquoi utilise-t-on l'ammoniaque (solution d'ammoniac) en médecine ?
La solution à dix pour cent est utilisée pour ranimer en cas de syncope grâce à une stimulation réflexe du système nerveux et du centre respiratoire.
À étudier également sur le sujet
- Mécanisme de l'oxydation catalytique sur catalyseur platine-rhodium
- Synthèse d'amines organiques à l'aide d'halogénoalcanes
- Particularités de la complexation avec les ions de métaux de transition
- Application industrielle du nitrate et du sulfate d'ammonium
- Réactions de substitution avec formation d'amidures de métaux alcalins
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