Ammonium - Définition et Explications

Introduction

Ion ammonium
Général
No CAS	14798-03-9
SMILES
InChI
Propriétés chimiques
Formule brute	H4NNH4+
Masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse...) molaire	18,0385 ± 0,0005 g·mol-1
Unités du SI & CNTP, sauf indication (Une indication (du latin indicare : indiquer) est un conseil ou une recommandation, écrit ou oral.) contraire.

L'ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais, à partir de l'adjectif grec ἰόν...) 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 conservation.) 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 nitrures d'hydrogène). C'est une molécule pyramidale...) (NH₃) ; Il est parfois présenté comme une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et 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 organismes vivants connus.) correspond à l'équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre l'équation consiste à déterminer toutes...) suivante :

.

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 avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.) de NH(su) pK_a = 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 matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche 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 classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.) 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 grammatical ».) 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 positive.). 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 amine secondaire. C'est un gaz inflammable incolore, liquéfié à l'odeur d'ammoniac et de...), (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 diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement...) d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant,...).
Ils n'a plus d'atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement...) 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 métal mou et argenté, qui appartient aux métaux...) ou de potassium (Le potassium est un élément chimique, de symbole K (latin : kalium, de l’arabe : القَلْيَه al-qalyah) et...) pour augmenter la solubilité d'un composé dans l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) des solvants organiques, selon le principe HSAB (Le principe HSAB, aussi connu sous le nom théorie HSAB ou concept acide-base de Pearson, est très utilisé en chimie pour expliquer la stabilité des composés, les vitesses des réactions, etc.). 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 ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des...) de transfert de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :).

Cas général

Dans le cas général, on a :

.

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 7647-01-0) pour former le complexe .

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 hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et...) 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 famille des alcanes. C'est un gaz que l'on trouve à l'état naturel et qui est produit par des...).

Chimie

Fumée (La fumée, parfois appelée boucane en Amérique du Nord, est un nuage de particules solides émis par un feu ou un échauffement mécanique. Ces particules sont principalement de la suie (du...) blanche (chlorure d'ammonium, toxique) produite par la réaction dans l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les...) d'acide chloridrique et d'ammoniac

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 a et b, et il s'écrit alors :) 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 la même partie réelle que z mais de partie...) 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, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de...) 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 suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un nuage dépend de la lumière qu’il reçoit,...) blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un...) 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, excepté l'hydrogène) du tableau périodique des...) 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 l'acide nitrique. La formule chimique de l’ion nitrate est...) 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 transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à...) 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 minéraux, destinées à apporter aux plantes des compléments d'éléments nutritifs, de...) 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 composés chimiques liés utilisant l'électricité.) 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.