Amoniaco y ácido nítrico: propiedades, obtención y reacciones químicas

El nitrógeno

El N₂ difiere del resto de los elementos de su grupo debido a su alta electronegatividad, presenta estados de oxidación negativos, tiene un tamaño pequeño, lo que puede formar enlaces tipo π-π consigo mismo, y es de gran estabilidad.

Aunque el N₂ sea inerte químicamente, la elevada energía del enlace N≡N y la gran separación energética entre los orbitales HOMO y LUMO hacen que presente orbitales de simetría adecuada; la molécula es apolar.

El amoniaco (NH₃)

Es un gas de olor característico e irritante. Es muy soluble en agua, puesto que establece una gran cantidad de puentes de hidrógeno.

• Estructura: piramidal trigonal, con hibridación sp³.

Obtención

Mediante el proceso Haber-Bosch, que consiste en hacer reaccionar H₂ con N₂ a 450 ºC y 200 atm, en presencia de un catalizador mixto de óxido de Fe(II) y Fe(III), con adiciones de óxido de aluminio y óxido de potasio (Fe₃O₄, Al₂O₃, K₂O).

La reacción es altamente exotérmica, por lo que el rendimiento debe ser controlado, puesto que un aumento de la temperatura desplaza el equilibrio hacia la izquierda. Un incremento de la presión también incrementa el rendimiento de la reacción.

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

Propiedades químicas

• Es una base de Lewis, capaz de ceder el par de electrones solitarios que posee: NH₃ + BF₃ → H₃N:BF₃
• Es una base débil: NH₃ + H₂O ⇌ NH₄⁺ + OH⁻
• Presenta un equilibrio de autoionización: 2NH₃(l) ⇌ NH₄⁺ + NH₂⁻
• Presenta una constante dieléctrica elevada, por lo que es un buen disolvente de sustancias polares.
• Disuelve a los metales alcalinos y alcalinotérreos, formando disoluciones azules debido a los e⁻ solvatados.
• Ligando capaz de formar compuestos de coordinación con metales de transición, formando enlaces covalentes dativos: Cu⁺(ac) + 4NH₃ → [Cu(NH₃)₄]⁺²

Ácido nítrico (HNO₃)

Es el ácido más importante en la química industrial después del sulfúrico. Es un líquido incoloro y aceitoso que se descompone por la luz, dando lugar a dióxido de nitrógeno, agua y oxígeno:

2HNO₃ →(luz) 2NO₂ + ½O₂ + H₂O

Obtención: método Ostwald

Se trata amoniaco con oxígeno utilizando platino como catalizador y a una temperatura de 600 ºC, generándose monóxido de nitrógeno. Esta reacción con el oxígeno atmosférico da lugar a dióxido de nitrógeno, de carácter ácido. Así, el NO₂ reacciona con agua para dar ácido nítrico, que se encuentra disociado (puesto que es un ácido fuerte) y ácido nitroso, que es inestable y se dismuta, dando ácido nítrico y monóxido de nitrógeno, que se recupera para la segunda reacción.

1. 4NH₃ + 5O₂ →(Pt, 600 ºC) 4NO(g) + 6H₂O(g)
2. NO(g) + ½O₂(g) → NO₂(g)
3. 2NO₂ + H₂O → NO₃⁻(ac) + H₃O⁺ + HNO₂(ac)
4. 2HNO₂ + H₂O → NO(g) + NO₃⁻(ac) + 2H₃O⁺(ac)

Se obtiene una disolución de ácido nítrico al 60 %, que mediante destilación con H₂SO₄ alcanza una riqueza del 68 %.

Propiedades

• Es un ácido fuerte, por lo que en disolución acuosa se encuentra totalmente disociado.
• Es un ácido oxidante.
• La mezcla de ácido clorhídrico con ácido nítrico en proporción 3:1 en volumen de agua se conoce como agua regia, que disuelve metales nobles como el oro o el platino.
• El ácido nítrico es un agente nitrante: introduce grupos NO₂ en compuestos orgánicos.