Universidad de Costa Rica

13. Amoniaco


Guía de experimentos de Química General

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Objetivos


Estudiar la obtención de amoniaco a partir de varias sustancias.

Estudiar las propiedades del amoniaco.

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Introducción


 

El amoniaco ha sido conocido desde tiempos remotos y los alquimistas describieron la forma de obtenerlo y sus propiedades. Primeramente, se obtuvo al calentar la orina con sal y al tratar el producto resultante con bases fuertes (llamadas álcalis), o al calentar pezuñas y cuernos de animales en retortas donde se desprende amoniaco. Estos métodos dieron origen a los primeros nombres del amoniaco y sus disoluciones acuosas, “espíritu volátil” y “espíritu de asta de ciervo”. Estos procedimientos demuestran que los aminoácidos que forman las proteínas producen amoniaco cuando se descomponen en un medio alcalino.

Se debe insistir en la diferencia entre amoniaco (NH3), el cual es un gas y amonio (NH4+), que es un ión positivo. El amonio se origina al reaccionar el gas amoniaco con un protón proveniente de un ácido o del agua. Así se forman sales como cloruro de amonio, NH4Cl; sulfato de amonio, (NH4)2SO4; o el NH4OH cuando el NH3 reacciona con el agua.

En el laboratorio se pueden producir cantidades limitadas de amoniaco haciendo reaccionar una mezcla seca de una sal de amonio como el cloruro o el sulfato con una base como el hidróxido de calcio:

$NH_{4}Cl_{(s)}+NaOH_{(ac)}\rightarrow NH_{3(g)}+NaCl_{(ac)}+H_{2}O_{(l)}$

$(NH_{4})_{2}SO_{4(s)}+Ca(OH)_{2(ac)}\rightarrow 2NH_{3(g)}+CaSO_{4(s)}+2H_{2}O_{(l)}$

Estos métodos son válidos solamente para el laboratorio, ya que las sales mismas de amonio se obtienen de forma industrial a partir del amoniaco.

El amoniaco se prepara industrialmente por el proceso de Haber-Bosch, el cual consiste en hacer reaccionar N2 y H2 en condiciones especiales. Otro proceso industrial de importancia es el de la cianamida, que utiliza coque, piedra caliza y nitrógeno gaseoso. Los detalles de estos procesos industriales pueden encontrarse en los libros de química general e inorgánica. En la naturaleza, el amoniaco se produce por la acción de las bacterias de la putrefacción sobre la materia orgánica del suelo.

El amoniaco es un gas incoloro, fácilmente detectable por su olor penetrante, irritante y sofocante, y se torna venenoso en alta concentración. El gas es menos denso que el aire y por eso puede recogerse por desplazamiento del aire hacia abajo.

Además, el amoniaco es una base débil, reacciona con el agua y esta le cede un protón; en esta reacción participa solo 1,3 % de las moléculas de NH3, razón por la cual se le clasifica como base débil.

$NH_{3(g)}+H_{2}O_{(l)}\rightleftarrows NH^{+}_{4(ac)}+OH^{-}_{(ac)}$

Procedimiento


Materiales

Gelatina en polvo, cal-soda (mezcla de CaO y NaOH), HCl concentrado, cloruro de amonio (NH4Cl), disolución de hidróxido de sodio 6 mol/L (NaOH), sulfato de amonio, hidróxido de calcio (cal apagada) Ca(OH)2, disolución indicador de azul de bromotimol, disolución indicadora de fenolftaleína.

Equipo

Tubo de ensayo grande provisto de tapón de hule y tubo en forma de L, tubo de ensayo pequeño desechable, disco de soporte, espátula, anillo, vidrio de reloj, prensa universal, balón, pipeta con tapón, algodón, beaker y quemador o calentador eléctrico.


A) Amoniaco de materia orgánica nitrogenada

Mezcle con la ayuda de una espátula 0,5 g de gelatina en polvo y 0,5 g de cal-soda sobre un vidrio de reloj. Luego coloque la mezcla en un tubo de ensayo pequeño. Caliente poco a poco, y sostenga en la boca del tubo, sin tocarlo, un papel tornasol rojo humedecido con agua. Observe el resultado. Aproxime ahora a la boca del tubo un agitador de vidrio humedecido en una disolución de ácido clorhídrico concentrado. Observe. Anote ambos resultados en el cuaderno.

Resultados

¿Por qué la gelatina puede desprender amoniaco? ¿Qué es la cal soda? ¿Por qué la cal soda ayuda a que el amoniaco se desprenda? ¿Cuál es el efecto en el papel tornasol? Escriba la reacción del NH3 con el agua. ¿Qué sucede al aproximar el agitador con HCl concentrado? Escriba la ecuación. ¿Es el producto formado entre el NH3 y el HCl un sólido, un líquido o un gas? Revise su respuesta con su asistente de laboratorio.

B) Amoniaco de las sales de amonio

Coloque 0,5 g de cloruro de amonio (NH4Cl) en un tubo de ensayo. Humedezca la sal con disolución de hidróxido de sodio. Acerque la boca del tubo y con la ayuda de la mano desplace los gases hacia su nariz (como se le ha explicado anteriormente). Anote los resultados en su cuaderno.

Repita el procedimiento anterior utilizando 0,5 g de sulfato de amonio en lugar de cloruro de amonio.

Resultados

¿Cuál es el olor del producto? Escriba las reacciones que ocurren en la parte B. ¿Se podría sustituir el NaOH por el KOH?

C) Llenado de un balón con gas NH3

En una cápsula de evaporación mezcle, lo más homogéneamente posible, 3 g de cloruro de amonio y 2 g de cal apagada. Coloque esta mezcla y distribúyala a lo largo de un tubo grande de vidrio provisto de un tapón de hule con un hueco y un tubo de entrega doblado en forma de L, lo suficientemente largo para llegar a la mitad del balón, sostenido boca abajo. El balón se colocará sobre un disco perforado y apoyado en un anillo, tal como se muestra en las figuras 13.1 y 13.2.

Figura 13.1: Equipo para recolectar amoniaco con un mechero.

Figura 13.1. Equipo para recolectar amoniaco con un mechero.

Figura 13.2: Equipo para recolectar amoniaco con una plantilla.

Figura 13.2. Equipo para recolectar amoniaco con una plantilla.

Caliente poco a poco la mezcla y recójala en un balón seco de 500 mL (asegúrese de que esté completamente seco). Durante el calentamiento prepare la parte D del experimento. Para determinar si el balón está lleno de gas, aproxime un agitador humedecido con ácido clorhídrico a la boca del balón, si se forman humos blancos y densos, el balón está lleno.

Resultados

¿Cuál es la reacción y describa el producto entre HCl gas y el NH3 del balón?

D) Solubilidad del amoniaco: la fuente de amoniaco

Prepare una disolución débilmente ácida, añadiendo dos o tres gotas de ácido clorhídrico concentrado a cerca de 400 mL de agua. Agregue al agua ácida 20 gotas del indicador asignado. Tome la pipeta provista con un tapón de hule y coloque un algodón mojado abundantemente con agua alrededor del tubo sobre la parte más angosta del tapón, como se indica en la figura 13.4.

Coloque la pipeta con el tapón y el algodón hacia arriba dentro del beaker, e introduzca la punta de la pipeta en el balón lleno de amoniaco, como se muestra en la figura 13.3. Observe lo que ocurre y anote en su cuaderno los resultados.

Figura 13.3: Equipo para obtener una fuente de amoniaco.

Figura 13.3. Equipo para obtener una fuente de amoniaco.

Figura 13.4: Algodón con agua.

Figura 13.4. Algodón con agua.

Resultados

Describa brevemente lo que sucede: ¿por qué sube el agua?, ¿por qué cambia de color el indicador?

Bibliografía


Chaverri, G. Química General. Manual de Laboratorio. San José: Editorial Universidad de Costa Rica, 1983.