Bicarbonato di ammonio: proprietà, sintesi, reazioni, usi

Il bicarbonato di ammonio il cui nome I.U.P.A.C. ammonio idrogenocarbonato è un composto inorganico che ha formula NH₄HCO₃ ed è costituito dallo ione ammonio NH₄⁺ e dallo ione idrogenocarbonato HCO₃^–.

Il bicarbonato di ammonio è un sale che dà idrolisi basica. Esso in acqua si dissocia in ioni ammonio e ione idrogenocarbonato:
NH₄HCO₃ →  NH₄⁺ + HCO₃^–

Lo ione ammonio è l’acido coniugato dell’ammoniaca che in acqua idrolizza secondo la reazione di equilibrio:
NH₄⁺ + H₂O ⇄ NH₃ + H₃O⁺

La cui costante di idrolisi K_b vale K_b = K_w/K_a = 10^-14/1.8·10^-5 = 5.6 ·10^-10

In soluzione il bicarbonato può agire sia da acido liberando un protone:

HCO₃^– ⇄ H⁺ + CO₃^2- 

che   da base acquistando un protone :

HCO₃^– + H⁺ ⇄ H₂CO₃

Sommando le due reazioni, semplificando H⁺ che compare sia a destra che a sinistra e ricordando che H₂CO₃ si dissocia in H₂O e CO₂ si ottiene:

2 HCO₃^– ⇌ CO₃^2- + H₂O + CO₂

sapendo che la costante K₁ relativa all’equilibrio:CO₂ + H₂O ⇌ H⁺ + HCO₃^–  vale K₁ = 4.16 ∙ 10^-7 e la K₂ relativa all’equilibrio:

HCO₃^– ⇌  H⁺ + CO₃^2- vale K₂= 4.84 ∙ 10-¹¹Per l’equilibrio: 2 HCO₃^–  ⇌ CO₃^2- + H₂O + CO₂ la costante assume la forma:
K = [CO₂][ CO₃^2-]/ [HCO₃^–]² in cui non compare H₂O in quanto la sua concentrazione è costante. Moltiplichiamo numeratore e denominatore per [H⁺] e si ottiene:

K = [CO₂][ CO₃^2-][H⁺]/ [H⁺][HCO₃^–]² = [CO₂][ CO₃^2-][H⁺]/ [H⁺][HCO₃^–][HCO₃^–]

L’espressione [ CO₃^2-][H⁺]/[HCO₃^–] corrisponde alla K₂ mentre l’espressione = [CO₂][H⁺]/ [H⁺][HCO₃^–] corrisponde al reciproco della K₁ da cui:
K = K₂/K₁ = 4.84 ∙ 10-¹¹/ 4.16 ∙ 10^-7 = 1.16 ∙ 10^-4

Poiché la costante  di quest’ultimo equilibrio è maggiore rispetto a quella del primo il pH è basico.

Proprietà

È un solido bianco cristallino dall’odore di ammoniaca, stabile a temperatura ambiente, solubile in acqua e poso solubile in metanolo, etanolo, benzene, acetone e in molti solventi organici.

Si solubilizza in acqua secondo un processo endotermico dando una soluzione con un valore di pH maggiore di 7.

Sintesi

Per ottenere il bicarbonato di ammonio si deve tener presente che esso tende a decomporsi in ammoniaca, biossido di carbonio e acqua a temperature superiori a 36°C e pertanto le reazioni devono essere condotte a temperature inferiori.

Il bicarbonato di ammonio può essere ottenuto:

• solubilizzando il carbonato di ammonio in acqua a 50°C e trattandolo, durante il raffreddamento con anidride carbonica secondo la reazione:
  (NH₄)₂CO₃ + CO₂ + H₂O → 2 NH₄HCO₃
  Il bicarbonato di ammonio viene filtrato su un imbuto Büchner  e fatto asciugare per diversi giorni in un essiccatore

• facendo gorgogliare anidride carbonica in una soluzione di ammoniaca secondo la reazione:
  NH₃ + CO₂ + H₂O →  NH₄HCO₃
  raffreddando il recipiente di reazione sotto acqua corrente.

Fu ottenuto per la prima volte dal farmacista e imprenditore tedesco August Oetker alla fine del 1800 per ammorbidire la consistenza e aumentare il volume dei dolci.

Reazioni

Il bicarbonato di ammonio reagisce:

• con le basi per dare ammoniaca:
  NH₄HCO₃ + 2 KOH → K₂CO₃ + NH₃ + 2H₂O

• con gli acidi per dare sali di ammonio:
  NH₄HCO₃ + HCl → NH₄Cl + CO₂ + H₂O

• con alogenuri dei metalli alcalini per dare il bicarbonato del metallo e alogenuro di ammonio:
  NH₄HCO₃ + NaCl → NH₄Cl + NaHCO₃

• con i solfati di metalli alcalino-terrosi per dare solfato di ammonio e rispettivi carbonati che precipitano:
  2 NH₄HCO₃ + CaSO₄ → (NH₄)₂SO₄ + CaCO₃ + CO₂ + H₂O

Usi

Il bicarbonato di ammonio viene utilizzato:

• nell’industria alimentare quale agente lievitante per ottenere prodotti da forno, crackers e biscotti grazie alla sua decomposizione termica: NH₄HCO₃ → NH₃+ CO₂ + H₂O
• nell’industria della plastica e della gomma
• nella produzione di ceramiche
• nella concia al cromo delle pelli
• quale componente di composti antincendio
• come fertilizzante
• nell’industria dei coloranti e pigmenti
• nei prodotti farmaceutici