Ammonium - Définition et Explications
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Introduction
| Ion ammonium | |
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| Général | |
| No CAS | |
| SMILES | |
| InChI | |
| Propriétés chimiques | |
| Formule brute | NH4+ |
| Masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) molaire | 18,0385 ± 0,0005 g·mol-1 |
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L'ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais,...) ammonium (de formule NH4+) est un ion polyatomique de charge électrique (La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de...) positive (c'est donc plus précisément un cation polyatomique).
Il est obtenu par protonation de l'ammoniac (L’ammoniac est un composé chimique, de formule NH3 (groupe générique des...) (NH3) ; Il est parfois présenté comme une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) d'ammoniac ionisée.
Cas des solutions aqueuses
La mise en solution de NH(su) dans l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) correspond à l'équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement...) suivante :
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C'est une réaction acido-basique, d'où le couple acide/base suivant : NH4 + / NH3.
Ce couple a une constante d'acidité Ka = 6,3.10-10 ;
On dit donc que la constante de dissociation acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions...) de NH(su) pKa = 9,25.
Dans l'eau, l'ammoniac se dissocie partiellement et forme une solution ionique qui conduit l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la...).
Liens avec les amines
Chaque atomes d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) de l'ion ammonium peut être remplacé « substitué » par un groupe alkyle ou par un autre groupe organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande...) constitué de chaînes carbonées ou d'autres substituants pour former un ion dit ammonium substitué, « ion amminium » ou d'ions ammonium « primaire », « secondaire », « tertiaire » ou « quaternaire » (selon le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'atomes d'hydrogène substitués).
Ces ions sont les acides conjugués d'amines, sauf pour les ammoniums quaternaires qui ne peuvent pas céder de proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire...). Hormis l'ammonium quaternaire, ils existent en équilibre avec leurs amines remplacées, selon le pH.
La formule est de type N+R4, où un ou plusieurs atomes d'hydrogène sont remplacés par un radical organique (groupe représenté par le symbole R).
Un exemple d'une réaction de formation d'un ion ammonium est celle entre la diméthylamine (La diméthylamine ou N-méthylméthanamine ou DMA est un composé organique et une...), (CH3) 2NH, et un acide, pour donner le cation diméthylaminium, (CH3) 2NH +2 :
Le cation ammonium quaternaire présente quatre groupes organiques liés à l'atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...) d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...).
Ils n'a plus d'atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que...) d'hydrogène lié à l'atome d'azote pouvant jouer le rôle de base, et sont donc chargé de manière permanente.
Ces cations, tels que le cation tétra-n-butylammonium, sont parfois utilisés pour remplacer les ions de sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un...) ou de potassium (Le potassium est un élément chimique, de symbole K (latin : kalium, de...) pour augmenter la solubilité d'un composé dans l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) des solvants organiques, selon le principe HSAB (Le principe HSAB, aussi connu sous le nom théorie HSAB ou concept acide-base de Pearson, est...). Pour la même raison, ils sont aussi utilisés comme catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ;...) de transfert de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...).
Cas général
Dans le cas général, on a :
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Il s'agit d'une réaction réversible, qui forme l'acide très faible de Brönsted ammonium.
Le taux d'ammonium formé dépend du pH si on travaille en solution.
Si on travaille avec de la vapeur () d'ammoniac, elle peut réagir avec HCl (Acide chlorhydrique, numéro CAS 7647-01-0 Chlorure d'hydrogène, numéro CAS...) pour former le complexe 
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L'ammonium forme souvent un sel avec un anion. La plupart des sels d'ammonium sont solubles dans l'eau.
Liaisons
Dans l'ion ammonium, l'atome d'azote forme quatre liaisons covalentes (dont une liaison covalente de coordination), au lieu de trois comme dans l'ammoniaque, formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de...) une structure qui est isoélectronique (électroniquement semblable) à celle d'une molécule de méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la...).
Chimie
L'ion ammonium est généré par la réaction de l'ammoniaque (une base faible) avec un acide de Brønsted (donneurs de protons) :
- H+ + :NH3 → NH(su)
La paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts...) libre d'électrons de l'atome d'azote (N) dans l'ammoniac est representée comme une paire de points. Cette paire d'électrons forme la liaison avec un proton (H+).
L'ion ammonium est un acide conjugué (En mathématiques, le conjugué d'un nombre complexe z est le nombre complexe formé de...) relativement fort, qui réagit avec les bases de Brønsted pour revenir à l'état de molécule d'ammoniac non chargé
- NH(su) + :B → HB + NH3
Lorsque l'ammoniac est dissous dans de l'eau, une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) importante de celui-ci réagit avec l'ion hydronium de l'eau pour donner des ions ammonium :
- H3O+ + NH3 Modèle:Eqm H2O + NH(su)
Le taux d'ammoniac converti en ion ammonium dépend du pH de la solution. Si le pH est bas (c'est à dire il y a une forte concentration en ions hydronium), les changements s'équilibrent en produisant une plus grande conversion d'ammoniac (par protonation) en ions ammonium. Si au contraire le pH est élevé (la concentration en ions hydronium est faible), l'équilibre est obtenu avec captage de protons de l'ion ammonium par les ions hydroxyde, générant de l'ammoniac.
La formation de composés d'ammonium peut également se produire en phase vapeur, par exemple, lorsque la vapeur d'ammoniac entre en contact avec la vapeur de chlorure d'hydrogène (HCl) un nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en...) blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir...) de forme de chlorure d'ammonium qui se déposera éventuellement en une fine couche blanche sur les surfaces.
Les cations ammonium ressemblent à des ions de métal alcalin (Un métal alcalin est un élément chimique de la première colonne (groupe 1,...) tels que ceux du sodium, Na+, ou du potassium, K+, et peuvent être trouvée dans des sels comme le bicarbonate d'ammonium, chlorure d'ammonium ou nitrate (Les nitrates (autrefois nommés nitre, souvent synonyme de salpêtre) sont les sels de...) d'ammonium.
La plupart des sels d'ammonium simples sont très solubles dans l'eau.
Ces ions ammoniums ont une grande importance en chimie car :
- Ils sont des porteurs de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) positives à l'intérieur de molécules organiques et sont utiles dans des applications comme les résines échangeuses d'ions.
- Le sulfate d'ammonium est un des engrais (Les engrais sont des substances, le plus souvent des mélanges d'éléments...) chimiques qui ont permis l'agriculture industrielle.
- Les ions ammonium peuvent se dissoudre dans le mercure pour former un amalgame amalgame. En pratique, on peut en fabriquer par l'électrolyse (Dans l'industrie chimique, l'électrolyse est une méthode de séparation d'éléments ou de...) d'une solution d'ammonium avec une électrode de mercure. Mais cet amalgame se décompose spontanément pour donner de l'ammoniac et de l'hydrogène.