Amoníaco

El amoníaco es un compuesto químico cuya molécula consiste en un átomo de nitrógeno (N) y tres átomos de hidrógeno (H) de acuerdo a la fórmula NH₃.

Según la VSEPR, los pares electrónicos de valencia del nitrógeno en la molécula se orientan hacia los vértices de un tetraedro, distribución característica cuando existe hibridación sp³. Existe un par solitario, por lo que la geometría de la molécula es piramidal trigonal (grupo puntual de simetría C_3v). En disolución acuosa se puede comportar como una base y formarse el ion amonio, NH₄⁺, con un átomo de hidrógeno en cada vértice del tetraedro:

El amoníaco, a temperatura ambiente, es un gas incoloro de olor muy penetrante y nauseabundo. Se produce naturalmente por descomposición de la materia orgánica y también se fabrica industrialmente. Se disuelve fácilmente en el agua y se evapora rápidamente. Generalmente se vende en forma líquida.

La cantidad de amoníaco producido industrialmente cada año es casi igual a la producida por la naturaleza. El amoníaco es producido naturalmente en el suelo por bacterias, por plantas y animales en descomposición y por desechos animales. El amoníaco es esencial para muchos procesos biológicos.

La mayor parte (más del 80%) del amoníaco producido en plantas químicas es usado para fabricar abonos y para su aplicación directa como abono. El resto es usado en textiles, plásticos, explosivos, en la producción de pulpa y papel, alimentos y bebidas, productos de limpieza domésticos, refrigerantes y otros productos. También se usa en sales aromáticas.

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Ambiente

El amoniaco es fácilmente biodegradable las plantas lo absorben con gran facilidad eliminándolo del medio, de hecho es un nutriente muy importante para su desarrollo.

Aunque concentraciones muy altas en el agua, como todo nutriente, puede causar graves daños en un río o estanque, ya que el amoniaco interfiere en el transporte de oxígeno por la hemoglobina. Es una fuente importante de nitrógeno que necesitan las plantas y los animales. Las bacterias que se encuentran en los intestinos pueden producir amoníaco.

Efectos nocivos en el organismo

Inhalación

• Severas * A concentración superior a 100 ppm :irritación de garganta
• Edema pulmonar
• Inflamación pulmonar, daño vías respiratorias, y ojos.
• En concentraciones elevadas puede causar la muerte pulmonar

Contacto con la piel

• El amoníaco gaseoso puede producir irritación de la piel, sobre todo si la piel se encuentra húmeda
• Se puede llegar a producir quemaduras y ampollas en la piel al cabo de unos pocos segundos de exposición con concentraciones atmosféricas superiores a 300 ppm

Ingestión

• Este compuesto es gaseoso en condiciones atmosféricas normales siendo poco probable su ingestión
• A concentraciones elevadas se produce irritación de garganta, a medida que aumenta la concentración puede llegar a producir edema pulmonar, o producir la muerte cuando supera las 5000 ppm

Síntesis industrial

• El NH₃ se obtiene exclusivamente por el método denominado proceso Haber-Bosch (Fritz Haber y Carl Bosch recibieron el Premio Nobel de química en los años 1918 y 1931). El proceso consiste en la reacción directa entre el nitrógeno y el hidrógeno gaseosos

N_2(g) + 3H_2(g) → 2NH_3(g) ΔHº = -46,2 kJ/mol ΔSº < 0

25 ºC K = 6,8.10¬5 atm 850 ºC K = 7,8.10¬-2 atm

• Es una reacción muy lenta, puesto que tiene una elevada energía de activación, consecuencia de la estabilidad del N₂. La solución al problema fue utilizar un catalizador (óxido de hierro que se reduce a Fe⁰ en la atmósfera de H₂) y aumentar la presión, ya que esto favorece la formación del producto. Aunque termodinámicamente la reacción es mejor a bajas temperaturas esta síntesis se realiza a altas temperaturas para favorecer la energía cinética de las moléculas y aumentar así la velocidad de reacción. Además se va retirando el amoníaco a medida que se va produciendo para favorecer todavía más la síntesis de productos.

todo lo anterior fue verdad

Manejo del producto

• Límite inflamable inferior: 19 % en volumen
• Límite inflamable superior: 25% en volumen
• Temperatura de autocombustión: 651 °C
• Extinción del fuego: riego de agua o niebla de agua, dióxido de carbono, espuma de alcohol, productos químicos secos
• Medidas de control: protección respiratoria adecuada como máscaras o equipos de respiración asistida. Procedimientos de trabajo seguro. Fuentes para el lavado de los ojos y duchas de seguridad en el lugar de trabajo

El amoniaco anhidro y su aplicación directa como abono

A modo de Historia

El francés MAZÉ, en 1896, hizo la primera experiencia para demostrar la posibilidad de las plantas de valerse del nitrógeno amoniacal para su nutrición. Pero no tuvo aplicación práctica porque la utilización de un gas licuado bajo presión, era, en aquel momento, imposible. En 1930 las investigaciones fueron reanudadas en los Estados Unidos por LEAWITT.

Con un arado tirado por mulas y un pequeño depósito de amoniaco comenzó, en 1930, una nueva era en el modo de alimentar a las plantas. Con esta experiencia en el delta del Mississippi comienza el abonado del suelo con gran cantidad de nitrógeno. Al fin de la segunda guerra mundial, la necesidad de buscar nuevos mercados para el nitrógeno al haber disminuido la demanda para usos bélicos, hizo que las industrias se dirigieran hacia el campo, comenzando el crecimiento de la aplicación directa del amoniaco anhidro como abono nitrogenado. El Dr. W.B.Andrews y su equipo en la Universidad del Estado de Mississippi montaron las bases para el crecimiento del uso agrícola del amoníaco. Hubo que solucionar los problemas de los depósitos del gas, idear las herramientas necesarias para su inyección en el suelo agrícola y vencer las dificultades de su manejo.

Se llegó así en poco tiempo al uso agrícola en gran escala del amoniaco anhidro, con tan buenos resultados que en pocos años llegó a ser de uso ordinario en Estados Unidos.

Conteniendo el 82 % de nitrógeno en forma totalmente amoniacal, el amoniaco anhidro (sin agua), llamado muchas veces amoniaco agrícola o amoniaco líquido es el abono más concentrado y el único que se aplica en forma de gas.

Cómo se abona con amoniaco anhidro.

En líneas generales el amoniaco anhidro llega a los centros de distribución mediante cisternas ferroviarias o de camión. Estos centros representan los puntos de partida del amoniaco para su utilización agrícola.

Desde estos centros se suministra a los depósitos nodriza fijos o móviles situados en las fincas y desde estos se reposta a las abonadoras que llamamos aplicadores. Estos aplicadores inyectan el amoniaco agrícola en el suelo donde gasifica totalmente difundiéndose de una a otra parte de la zona de inyección.

Los aplicadores son máquinas relativamente sencillas. Se componen fundamentalmente de las partes siguientes:

- Un tanque de acero, para contener el amoniaco.

- Un dispositivo que regula la cantidad de amoniaco que sale del depósito.

- Un divisor de flujo que distribuye equitativamente el amoniaco entre los inyectores.

- Una serie de inyectores que depositan el amoniaco dentro del terreno.

También se han montado aplicadores de amoniaco de forma que se simultanea la operación con una operación de laboreo del terreno con el consiguiente beneficio económico.

El depósito lleva como accesorios: un conjunto de tuberías para efectuar las operaciones de carga y descarga, una válvula de seguridad que entra en funcionamiento en el caso de que la presión del amoniaco en el interior del tanque supere por cualquier motivo la presión de trabajo, un indicador de nivel que permite apreciar en todo momento la cantidad de amoniaco que hay en el depósito y también otro indicador de nivel, llamado "punto alto" que señala el límite de llenado que no debe superarse.

Normalmente el amoniaco agrícola se inyecta en el suelo a una profundidad variable (10/25 cm), según la naturaleza y estructura del terreno en el momento de la aplicación.

La aplicación será mucho mejor en suelos bien labrados que cerrarán mejor y contendrán espacios de aire suficientes para que el amoníaco se difunda y se una a la arcilla y a la materia orgánica.

La distancia entre los dientes inyectores depende de: la cantidad de amoniaco, del cultivo y de la época de la aplicación del abono. En el caso de la inyección efectuada en presiembra para un cereal de primavera-verano, (por ejemplo el maíz) puede oscilar alrededor de los 50 cm .

En el caso de cultivos del tipo de remolacha, patata y maíz, se puede también recurrir a la inyección del amoniaco durante el curso de la vegetación de la planta, haciendo pasar un diente inyector entre cada línea y naturalmente habrá que adaptar el espacio entre los dientes inyectores a la de las líneas de siembra.

Cuando se abona con amoniaco anhidro.

Si, la temperatura del suelo está entre 4°C y 10°C o menos el nitrógeno permanece en forma de ion amonio (NH4+). Así pegado a la arcilla y a la materia orgánica no puede ser arrastrado para abajo por el agua ni evaporado por arriba. Cuando las temperaturas del suelo pasan de las indicadas ciertos grupos de bacterias convierten el N amoniacal en nitritos (NO2-) y después en nitratos (NO3-) que es la forma más usada por las plantas para alimentarse, aunque algunas plantas pueden usar una cantidad considerable de nitrógeno en forma amoniacal.

El amoníaco anhidro permite abonar con una única aplicación de nitrógeno para todo el ciclo de vida de la planta. Esta única aplicación permite una mejor nutrición del cultivo ya que la nitrificación al igual que el desarrollo de la planta van ligadas a la temperatura con lo que la planta tiene la dosis de nitrógeno nítrico que necesita en cada momento y el nitrógeno no se pierde por las lluvias o el riego.

Hay tres épocas diferenciadas de aplicar el amoníaco: en presiembra en otoño, en presiembra en primavera y en postsiembra inyectando en entre líneas de cultivo. También se está aplicando en un solo pase al semnbrar, sobre todo en la siembra directa.

Aplicación otoñal. La aplicación otoñal debe practicarse en las zonas en que las temperaturas medias del suelo en invierno sean inferiores a 10 °C. A esta temperatura la nitrificación es muy baja y es nula a 0 °C. Puede aplicarse en otoño no sólo para las siembras otoñales sino incluso para las siembras de primavera. Por las bajas temperaturas es muy corriente en el norte del Oeste americano y en el Medio Oeste por las pocas lluvias. Puede hacerse una aplicación otoñal en suelos con muchos residuos de cosechas porque una gran parte de lo que nitrifique será aprovechado por los microorganismos del suelo para destruir estos residuos. Así se reducirán las pérdidas por lixiviación pero la eficiencia de este nitrógeno en el año siguiente puede ser menor, ya que dependerá del momento en que se restituya al suelo. La aplicación otoñal puede tener la ventaja de hacerla en un momento de menos trabajo y en los que la tierra suele estar en buena sazón. Ha dado los mejores resultados en los años secos.

Aplicación en primavera La aplicación en primavera es la más empleada a pesar de ser el momento de más trabajo, por los buenos resultados conseguidos y también porque la dosificación ya se puede hacer sabiendo con seguridad el cultivo que se va a implantar.

Aplicación del amoniaco anhidro y siembra en un solo pase. Hay varios tipos de sembradoras de siembra directa con aplicación de amoniaco anhidro simultáneamente. En ningún caso la distancia entre el punto de inyección y la semilla es mayor de 5 cm .

Aplicación entre las líneas de cultivo. La aplicación entre líneas es una buena forma de aplicar el amoniaco porque:

1. Según el estado del cultivo se puede calcular la cantidad a aplicar
2. Pueden haberse controlado las malas hierbas y así no se las abona.
3. Hay un período largo de aplicación (en maíz desde el momento de la siembra hasta que tiene 6 a 7 dm de altura).
4. Se evita el problema del poco tiempo entre el laboreo y las siembras tempranas.

En estas aplicaciones "entre líneas" se ha encontrado muchas veces una mayor rapidez de asimilación del nitrógeno comparándola con la del nitrato granulado. Puede ser que la mayor rapidez de la planta en valerse del nitrógeno amoniacal respecto al nítrico, en contra de todo lo que se ha dicho, sea debido a que el amoníaco,inyectado en profundidad, sea mejor utilizado por la planta que los nitratos granulados distribuidos en superficie. Dicho de otro modo una forma de nitrógeno tenida como de acción más lenta, como la amoniacal, puede ser más rápida que un nitrato distribuido en cobertera en razón de su mayor difusión al nivel de las raíces. A este respecto se puede añadir que el amoniaco representa el medio para obtener un buen reparto del nitrógeno en el terreno, garantizando también, del mejor modo, la nutrición de la planta aun cuando la humedad del terreno comience a faltar.

Fijación y transformación en el suelo.

Al salir del diente inyector el amoniaco se expande gasificándose y varios procesos químicos comienzan tan pronto se inyecta el amoniaco en el suelo. Uno de ellos es la conversión del amoniaco gas en ión amonio (NH4+) cuando el amoniaco se pone en contacto con el agua, partículas de arcilla y componentes orgánicos del suelo. En el proceso de conversión de NH3 en NH4+, la molécula del amoniaco acepta un ion hidrogeno (H+) de una fuente del suelo y se transforma en ion amonio.

La formación de ion amonio convierte el gas amoniaco que es tóxico para la materia viva en una forma que puede ser usada por los microorganismos y las plantas superiores

Las moléculas de amoniaco o el ión amonio formado por el amoniaco con agua, arcilla o materia orgánica son atraídas por las partículas minerales de suelo inmediatamente después de la inyección del amoniaco.

El amoniaco puede ser adsorbido en suelos por los minerales o por los coloides del suelo por varias reacciones sumamente importantes, desde el punto de vista del uso de los fertilizantes, por dos razones:

1ª, la adsorción previene las pérdidas de amoniaco hacia la atmósfera y lo conserva en el suelo para el uso por los microbios y las plantas;

2ª, alguno de estos mecanismos de adsorción convierten directamente el amoniaco anhidro en forma de amonio.

Los mecanismos de adsorción del amoniaco desde reacciones químicas fijan el amoniaco muy fuertemente. La unión producida en la adsorción química es de naturaleza eléctrica ya que las superficies de las partículas de arcilla están cubiertas con cargas negativas. El ion se sujeta a esta superficie,por su carga positiva. El amoniaco o más correctamente los iones amonio (NH4+), sujetos, se consideran como comprendidos en la provisión de nitrógeno disponible en el suelo.

En terrenos con pH ácido el ion amonio se fija sobre todo en los materiales arcillosos. Lo mismo ocurre en terrenos alcalinos aunque en este caso la fijación sobre la materia orgánica asume una notable importancia.

En los terrenos ricos en cal el fertilizante se fija mediante una relación de cambio con los iones Ca que en el momento de la inyección se encuentra sobre el complejo absorbente.

Una vez inyectado y sobre todo cuando el amoniaco queda fijado no hay ningún riesgo de pérdida ni por la lluvia ni por la pura y simple evaporación. En el caso de los abonos que se dejan sobre el suelo las pérdidas por evaporación del nitrógeno amoniacal son siempre mayores en cualquier otro que en el amoniaco anhidro porque el enterramiento de este es instantáneo.

El proceso metabólico en la planta para formar aminoácidos y proteínas necesita que el nitrógeno se trasforme a forma amónica o amina (NH2-) para poderlo utilizar. El nitrato se reduce así: el nitrato (NO3-) pasa a nitrito (NO2-) que pasa amonio (NH4-)y de ahí a amina (NH2-). Por este motivo, antes de transformarse en nitrato, las plantas superiores han tomado ya parte como ion amonio. Algunas plantas, y sobre todo las plantas jóvenes prefieren el nitrógeno amoniacal en vez del nítrico, debido, en parte, al hecho de que las plantas más jóvenes no poseen el sistema enzimático necesario para convertir el nitrógeno nítrico en amoniacal.

Los procesos de oxidación incluyen la conversión del ion amonio en nitrógeno nítrico lo que se llama nitrificación. La nitrificación comienza en la periferia de la zona de retención del amoniaco y va hacia el centro. En el proceso de nitrificación intervienen dos grupos de microorganismos del suelo: las nitrosomonas y las nitrobacterias.

Normalmente la oxidación de nitrito a nitrato por las nitrobacterias es inmediata a la del amoniaco a nitrito por las nitrosomonas; por esto raramente persiste alguna cantidad de nitritos en el suelo. La nitrificación es máxima cuando la humedad del suelo está entre un medio y dos tercios de la humedad máxima. Las temperaturas óptimas para la nitrificación están comprendidas entre 18 a 32 °C. La actividad de los microorganismos decrece rápidamente con temperaturas mayores de 32 °C o menores de 16 °C y cesa completamente a 0 °C. Cuando las temperaturas del suelo son bajas, como en el fin del otoño o durante el invierno la nitrificación es muy pequeña. También es muy baja la nitrificación cuando se entierran muchos de residuos de cosechas, debido a la gran demanda de nitrógeno por parte de las bacterias para descomponerlos.

Una vez transformado de amoniaco a nitrato el nitrógeno no se une eléctricamente a la arcilla. En forma nítrica puede moverse en el suelo por capilaridad o por los movimientos descendentes o ascendentes del agua de riego.

El nitrógeno nitroso o el nítrico pueden perderse en la atmósfera cuando los microbios, para tomar el oxíqeno que necesitan, reducen nitritos y nitratos a gases como oxido nitroso o nitrógeno elemental por haber poco oxígeno. Esta es la causa más corriente de la falta de nitrógeno en los suelos encharcados.

El tiempo de transformación de nitrógeno amoniacal en nítrico en el terreno oscila entre las ocho y las doce semanas a una temperatura de 15°C. Por esto abonando con amoniaco anhidro en presiembra en primavera la planta tiene disponible durante 50 a 80 días preferentemente nitrógeno amoniacal. También en el suelo hay nitrógeno nítrico procedente de la transformación. Pasado este periodo en el terreno está presente esencialmente el nitrógeno nítrico procedente de la transformación amoniacal. La planta acaba así su ciclo siempre en condiciones óptimas de nutrición.

Acción del amoniaco sobre la estructura del terreno.

Debido a la interacción del amoníaco con ciertas fracciones de la materia orgánica el amoniaco anhidro influye notablemente sobre la estabilización general de los agregados del suelo. Es evidente también el buen efecto de este abono sobre la descomposición de los residuos vegetales en la tierra, en relación con la posibilidad de constituir enlaces químicos entre el amoniaco y ciertas porciones de la materia orgánica no totalmente evolucionada.

A largo plazo se manifiesta también una acción favorable sobre la evolución de la relación C/N que contribuye a mejorar sensiblemente la estructura de los terrenos, favoreciendo la formación de humus estable a partir de los residuos vegetales, pobres en nitrógeno, enterrados (paja de gramíneas, restos de cosechas etc.).

Enlaces externos

• ATSDR en Español - ToxFAQs™: Amoníaco Departamento de Salud y Servicios Humanos de EE. UU. (dominio público)
• ATSDR en Español - Resumen de Salud Pública: Amoníaco Departamento de Salud y Servicios Humanos de EE. UU. (dominio público)
• Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo de España: Ficha internacional de seguridad química del amoniaco.