Propriétés, structure, utilisations et risques du carbonate d'ammonium

Le carbonate d'ammonium est un sel d'azote inorganique, spécifiquement ammoniacal, dont la formule chimique est (NH₄)₂CO₃. Il est élaboré par des méthodes de synthèse, parmi lesquelles il convient de mentionner l’utilisation de la sublimation d’un mélange de sulfate d’ammonium et de carbonate de calcium:₄)₂SO₄(s) + CaCO₃(s) => (NH₄)₂CO₃(s) + CaSO₄(s)

Généralement, les sels de carbonate d'ammonium et de calcium sont chauffés dans un récipient pour produire le carbonate d'ammonium. La méthode industrielle qui produit des tonnes de ce sel consiste à faire passer le dioxyde de carbone dans une colonne d'absorption contenant une solution d'ammonium dans l'eau, suivie d'une distillation.

Les vapeurs contenant de l'ammonium, du dioxyde de carbone et de l'eau se condensent pour former des cristaux de carbonate d'ammonium: 2NH₃(g) + H₂O (l) + CO₂(g) → (NH₄)₂CO₃(s) L'acide carbonique est produit dans la réaction, H₂CO₃, après que le dioxyde de carbone se soit dissous dans l'eau et que c'est cet acide qui cède ses deux protons, H⁺, à deux molécules d'ammoniaque.

Index

• 1 propriétés physiques et chimiques
• 2 structure chimique
  • 2.1 Curiosités structurelles
• 3 utilisations
• 4 risques
• 5 références

Propriétés physiques et chimiques

C'est un solide blanc, cristallin et incolore, avec des odeurs fortes et des saveurs ammoniacales. Il fond à 58 ° C en se décomposant en ammoniac, en eau et en dioxyde de carbone: exactement l'équation chimique ci-dessus mais en sens inverse.

Cependant, cette décomposition se fait en deux étapes: une molécule NH est d'abord libérée₃, produisant du bicarbonate d'ammonium (NH₄HCO₃); et deuxièmement, si le chauffage continue, le carbonate libère de manière disproportionnée encore plus d’ammoniac gazeux.

C'est un solide très soluble dans l'eau et moins soluble dans les alcools. Il forme des ponts d'hydrogène avec l'eau et, lorsqu'il dissout 5 grammes dans 100 grammes d'eau, il génère une solution basique avec un pH d'environ 8,6.

Sa haute affinité pour l'eau en fait un solide hygroscopique (absorbe l'humidité), c'est pourquoi il est difficile de le trouver sous sa forme anhydre. En fait, sa forme monohydratée, (NH₄)₂CO₃· H₂O), est le plus commun de tous et explique comment le sel est le vecteur de l'ammoniac, ce qui provoque des odeurs.

Dans l'air, il se décompose pour générer du bicarbonate d'ammonium et du carbonate d'ammonium (NH₄NH₂CO₂).

Structure chimique

La structure chimique du carbonate d'ammonium est illustrée dans l'image supérieure. Au centre se trouve le CO anion₃^2-, le triangle plat avec le centre noir et les sphères rouges; et des deux côtés, les cations d'ammonium NH₄⁺ avec des géométries tétraédriques.

La géométrie de l'ion ammonium s'explique par l'hybridation sp³ de l'atome d'azote, ordonnant les atomes d'hydrogène (les sphères blanches) autour d'elle sous la forme d'un tétraèdre. Des interactions sont établies entre les trois ions par des liaisons hydrogène (H₃N-H- O-CO₂^2-).

Grâce à sa géométrie, un seul anion CO₃^2- il peut former jusqu'à trois ponts d'hydrogène; tandis que les cations NH₄⁺ peut-être ne peuvent-ils pas former leurs quatre ponts hydrogène correspondants à cause des répulsions électrostatiques entre leurs charges positives.

Le résultat de toutes ces interactions est la cristallisation d'un système orthorhombique. Pourquoi est-il si hygroscopique et soluble dans l'eau? La réponse est dans le même paragraphe ci-dessus: ponts à hydrogène.

Ces interactions sont responsables de l’absorption rapide de l’eau du sel anhydre pour se former (NH₄)₂CO₃· H₂O). Cela se traduit par des changements dans la disposition spatiale des ions, et donc dans la structure cristalline.

Curiosités structurelles

Aussi simple que cela en a l'air (NH₄)₂CO₃Il est tellement sensible aux transformations infinies que sa structure est un mystère soumis à la composition réelle du solide. Cette structure varie également en fonction des pressions qui affectent les cristaux.

Certains auteurs ont constaté que les ions sont ordonnés sous forme de chaînes coplanaires liées par des liaisons hydrogène (c'est-à-dire une chaîne avec une séquence NH).₄⁺-CO₃^2-- ...) dans lequel les molécules d'eau sont susceptibles de servir de connecteurs à d'autres chaînes.

De plus, transcendant le ciel terrestre, comment ces cristaux sont-ils dans des conditions spatiales ou interstellaires? Quelles sont vos compositions en termes de stabilités des espèces carbonatées? Certaines études confirment la grande stabilité de ces cristaux piégés dans les masses de glace et les comètes planétaires.

Cela leur permet de fonctionner comme des réserves de carbone, d'azote et d'hydrogène, qui, recevant le rayonnement solaire, peuvent être transformées en matériaux organiques tels que des acides aminés.

C'est-à-dire que ces blocs d'ammoniac glacés pourraient être porteurs de «la roue qui initie l'appareil de vie» dans le cosmos. Pour ces raisons, son intérêt pour l’astrobiologie et la biochimie s’intensifie.

Utilise

Il est utilisé comme agent de levage, car lorsqu'il est chauffé, il produit du dioxyde de carbone et des gaz d'ammonium. Si vous préférez, le carbonate d'ammonium est un précurseur des poudres à cuire modernes et peut être utilisé pour cuire des biscuits et des biscuits plats.

Cependant, son utilisation pour la cuisson des gâteaux n'est pas recommandée.En raison de l'épaisseur des gâteaux, les gaz ammoniac sont retenus à l'intérieur et produisent un goût désagréable.

Il est utilisé comme expectorant, c'est-à-dire qu'il soulage la toux en décongestionnant les bronches. Il a une action fongicide, étant utilisé pour cette raison dans l'agriculture. C'est également un régulateur de l'acidité présente dans les aliments et est utilisé dans la synthèse organique de l'urée dans des conditions de haute pression et des hydantoïnes.

Les risques

Le carbonate d'ammonium est hautement toxique. Il produit chez l'homme une irritation aiguë de la cavité buccale lors de la mise en contact.

En outre, s'il est ingéré, il provoque une irritation gastrique. Une action similaire est observée dans les yeux exposés au carbonate d'ammonium.

L'inhalation de gaz de décomposition du sel peut irriter le nez, la gorge et les poumons, provoquant une toux et une détresse respiratoire.

L'exposition aiguë de chiens à jeun au carbonate d'ammonium à une dose de 40 mg / kg provoque des vomissements et des diarrhées. Les plus fortes doses de carbonate d'ammonium (200 mg / kg de poids) sont généralement mortelles. Un dommage cardiaque est indiqué comme cause du décès.

S'il est chauffé à très haute température et dans un air enrichi en oxygène, il dégage des gaz toxiques.₂.

Références

1. PubChem. (2018). Carbonate d'ammonium. Extrait le 25 mars 2018 de PubChem: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. Portail de chimie organique. ((2009-2018)). Réaction de Bucherer-Bergs. Extrait le 25 mars 2018 du portail Organic Chemistry: www.organic-chemistry.org
3. Kiyama, Ryo; Yanagimoto, Takao (1951) Réactions chimiques sous ultra-haute pression: synthèse d'urée à partir de carbonate d'ammonium solide. La revue de chimie physique du Japon, 21: 32-40
4. Fortes, A.D., Wood, I.G., Alfè, D., Hernandez, E.R., Gutmann, M.J. et Sparkes, H.A. (2014). Structure, liaison hydrogène et dilatation thermique du carbonate monohydraté d'ammonium.Acta Crystallographica Section B, Sciences des structures, génie des cristaux et matériaux, 70(Pt6), 948-962.
5. Wikipedia. (2018). Carbonate d'ammonium. Récupéré le 25 mars 2018 sur Wikipedia: en.wikipedia.org
6. The Chemical Company. (2018). The Chemical Company. Extrait le 25 mars 2018 de The Chemical Company: thechemco.com