L'ammoniaca, un composto noto fin dall'antichità, ha una storia ricca e variegata. Già nel XV secolo, Basilio Valentino scoprì che dall'interazione del sale ammoniaco con gli alcali si liberava ammoniaca. Nel 1774, Priestley isolò l'ammoniaca in forma gassosa, chiamandola "aria alcalina".
L'ammoniaca si trova in natura in piccole quantità, sia libera che combinata, derivante dalla putrefazione di sostanze azotate e dalla trasformazione dell'azoto organico. Si forma anche durante la distillazione del carbone fossile, dove l'azoto organico si trasforma in ammoniaca e carbonato ammonico.
Proprietà Fisiche dell'Ammoniaca
L'ammoniaca è un gas incoloro con un odore caratteristico e irritante. Un litro di ammoniaca a 0°C e 760 mm pesa 0,771 grammi, con una densità di 0,597 (aria = 1). Si condensa facilmente in un liquido incoloro che bolle a −33,5°C e si solidifica a −75°C. A +10°C, può essere liquefatta con una pressione di 6,3 atmosfere.
La sua evaporazione assorbe notevolmente calore (308,6 cal/kg a 10°C), raffreddando la massa a −40°C. Questa proprietà rende l'ammoniaca ideale per le macchine frigorifere, soprattutto nella fabbricazione del ghiaccio. La temperatura critica è +130°C, e la pressione critica è di 115 atmosfere.
L'ammoniaca è altamente solubile in acqua: a 0°C e 760 mm, un litro d'acqua scioglie 1148 litri di ammoniaca, equivalenti a 875 grammi. La solubilità diminuisce significativamente con l'aumento della temperatura, permettendo di allontanare tutta l'ammoniaca da una soluzione acquosa tramite ebollizione. Il peso specifico della soluzione diminuisce con l'aumentare della concentrazione.
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Tabella delle Solubilità e Peso Specifico
| Concentrazione (%) | Peso Specifico (a 15°C) | Gradi Bé. |
|---|---|---|
| 17 | 0,935 | 20 |
| 20 | 0,925 | 22 |
| 25 | 0,910 | 24 |
| 29 | 0,897 | 26 |
| 32 | 0,888 | 28 |
| 35 | N/A | N/A |
Reazioni Chimiche dell'Ammoniaca
Sciogliendosi in acqua, l'ammoniaca forma idrato di ammonio (NH4•OH). Può essere ossidata direttamente con ossigeno a 500°-700°C, in presenza di catalizzatori, formando ossido d'azoto, acido nitroso e acido nitrico. Questa combustione è un metodo industriale per produrre acido nitrico.
L'ammoniaca si lega ai derivati salini formando complessi, spesso accompagnati da colorazioni caratteristiche e aumento di solubilità. In questi complessi, le molecole di ammoniaca sono legate al metallo, formando un gruppo metallammonico positivo.
Può anche legarsi ai metalli per formare composti Me(NH3)n, detti ammoniacati, che si decompongono facilmente in ammidi metalliche. Con gli alogeni, forma composti instabili in cui l'alogeno sostituisce l'idrogeno ammoniacale, come il cloruro di azoto (NC3) e la cloroammina (NH2Cl).
Derivati dell'Ammoniaca
- Cloruro ammonico: Utilizzato in vari processi industriali.
- Solfato ammonico, (NH4)2SO4: Prodotto dall'industria del gas illuminante.
- Nitrato ammonico, NH4NO3: Usato come miscela frigorifera e nella produzione di protossido di azoto.
- Carbonato ammonico: Una miscela di carbonato acido e carbammato ammonico, usata in vari processi chimici.
- Persolfato ammonico, (NH4)2S2O8: Ottenuto per elettrolisi di soluzioni di solfato ammonico.
- Solfuro ammonico: Utilizzato in soluzione, con proprietà che cambiano nel tempo.
Riconoscimento Analitico
L'ammoniaca si identifica per il suo odore caratteristico e la capacità di rendere azzurra la cartina di tornasole. Con vapori di acido cloridrico, produce fumi bianchi di cloruro ammonico. I sali di ammonio reagiscono similmente quando liberano ammoniaca con idrato sodico o calce.
Ruolo in Agricoltura e Biologia
In chimica agraria, i sali di ammonio sono essenziali nella nitrificazione delle materie azotate. Nella biologia generale, la produzione e decomposizione dell'ammoniaca sono fasi cruciali del ciclo dell'azoto. La deamminazione, un processo biologico, separa l'azoto dal gruppo amminico in forma di ammoniaca.
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Uso Terapeutico
In medicina, l'ammoniaca è usata come soluzione acquosa. L'inalazione di ammoniaca pura può essere un rimedio d'urgenza nei deliquî e nelle sincopi. Diluita, agisce come stimolante nell'ebbrezza alcoolica e negli avvelenamenti da narcotici. Esternamente, si applica sulle punture di insetti.
Tuttavia, l'ammoniaca agisce come un alcali caustico e può causare necrosi se ingerita. L'inalazione di vapori ammoniacali può provocare gravi problemi bronco-polmonari.
Avvelenamento da Ammoniaca
L'avvelenamento da ammoniaca provoca lesioni e sintomi simili a quelli causati da altri alcali caustici. In forma gassosa, induce mortificazioni sulla mucosa respiratoria. Il trattamento include la neutralizzazione chimica con acidi, vaporizzazioni con acqua e inalazioni di acido acetico.
La Sintesi dell'Ammoniaca
La sintesi dell'ammoniaca è stata oggetto di studio per decenni. Kuhlman tentò di far reagire l'azoto con l'idrogeno su spugna di platino arroventata nel 1838. Morren ottenne una reazione chiara nel 1859 usando l'arco voltaico in una miscela gassosa. Sainte-Claire-Deville ottenne cloruro di ammonio dalla miscela di idrogeno e azoto in presenza di acido cloridrico gassoso nel 1865.
I primi studî sistematici fatti dal Haber con von Oordt portarono alla esatta conoscenza dell'entità del... nella composizione dell’aria.
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Calore Specifico dell'Aria e dell'Ammoniaca
Il calore specifico dell'aria secca alla temperatura di 20°C è di circa 0,241 kcal/kg°C a pressione costante di 1013 mbar. Il calore specifico del vapor d’acqua varia al variare della temperatura. A 20°C è di circa 0,44 kcal/kg°C, quasi il doppio di quello dell’aria secca.
L’aria ha un suo peso, espresso in kg/m3, che dipende dalla temperatura e dalla pressione. Per l’aria secca alla temperatura di 20°C, il peso specifico è di circa 1,176 kg/m3. Per l’aria che contiene anche del vapore d’acqua, come se l’aria… diventasse piu' leggera. Ad esempio, l’aria satura d’acqua a 20°C, contenente circa 18,5 grammi di vapore d’acqua ha un peso specifico di 1,143 kg per ogni metro cubo.
Per conoscere la quantità di calore necessaria per riscaldare o raffreddare un certo volume di aria per far variare la sua temperatura di una certa quantita', basta moltiplicare il valore di 0,241 kcal/kg°C per il peso specifico dell’aria in funzione del volume, invece che della sua massa. Risulta: 0,241 x 1,225 = 0,295 kcal/m3°C. Quindi, per riscaldare un metro cubo d’aria di 1°C occorrono circa 0,295 kcal.
Se la massa d’aria da riscaldare o raffreddare sia di piu' o di meno di un chilogrammo, è sufficiente moltiplicare tale valore per 2-3-4….. come ad esempio, quantità di calore pari a 2-3-4….. volte il suo calore specifico.
La potenza termica P necessaria per riscaldare una certa portata q d’aria necessaria impiegando la formula q = P / 0,295 x delta T, dove delta T è la differenza di temperatura. Ad esempio, per riscaldare l’aria da 11°C a 18°C, delta T = 18 - 11 = 7°C. Pertanto, la quantità di calore Q è data da Q / 0,295 x delta T oppure da q x delta T espressa in kcal/h.
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