Fosfato de amonio: estructura, propiedades, obtención, usos

El fosfato de amonio es una familia de compuestos salinos que derivan de la reacción entre el ácido fosfórico y el amoníaco. De acuerdo a la nomenclatura inorgánica, este nombre correspondería a la sal cuya fórmula química es (NH₄)₃PO₄, compuesta por cationes amonio, NH₄⁺, y aniones fosfatos, PO₄^3-.

En la imagen inferior se muestra una representación de estos iones. El (NH₄)₃PO₄ se conoce también como fosfato tribásico de amonio o fosfato de triamónico. Estos nombres se deben a que, tal como se observa, el PO₄^3- tiene disponibles tres oxígenos negativos capaces de aceptar protones, H⁺, de un ácido circundante.

Y precisamente esto es lo que sucede con los NH₄⁺ de su propia estructura. Por lo tanto, el fosfato de amonio es inestable, descomponiéndose en NH₄H₂PO₄ y NH₃. Es por eso que esta sal despide un fuerte olor amoniacal.

Las otras sales de fosfatos de amonio son más estables y útiles. Por ejemplo, se utilizan en la agricultura como materiales fertilizantes, y los cristales de algunas de ellas inclusive tienen aplicaciones ópticas y físicas.

Esta familia de sales es simple pero diversa cuando se cambia la acidez del medio donde se encuentra.

Índice del artículo

• 1 Estructura
• 2 Propiedades del fosfato de amonio
  • 2.1 Nombres
  • 2.2 Masas molares
  • 2.3 Apariencia física
  • 2.4 Puntos de fusión
  • 2.5 Puntos de ebullición
  • 2.6 Solubilidad
  • 2.7 Descomposición
• 3 Obtención
• 4 Usos
  • 4.1 Fertilizantes
  • 4.2 Retardantes de llamas
  • 4.3 Óptica y física
• 5 Referencias

Estructura

El fosfato de amonio se compone de iones NH₄⁺ y PO₄^3-, ambos de geometrías tetraédricas. Los electrones del PO₄^3- se distribuyen entre los tres átomos de oxígeno de los enlaces P-O^–, cuya carga negativa atrae fuertemente al NH₄⁺. Por lo tanto, podría pensarse que la estructura cristalina del (NH₄)₃PO₄ es fuerte.

En ella, los iones NH₄⁺ y PO₄^3- se encuentran en una proporción 3:1, lo que significa que en sus cristales hay el triple de iones NH₄⁺ que de iones PO₄^3-. Así, sus interacciones electrostáticas terminan definiendo un cristal tetragonal.

Lo mismo ocurre en parte con las otras sales de este fosfato: (NH₄)₂HPO₄ y NH₄H₂PO₄, en las cuales el PO₄^3- ha ganado uno o dos H⁺, respectivamente. En sus cristales, principalmente tetragonales, las interacciones electrostáticas son más débiles a causa de sus menores cargas iónicas.

No obstante, son energéticamente más estables, en especial NH₄H₂PO₄, pues presenta el mayor punto de fusión.

Por otro lado, las sales de fosfato de amonio también pueden formar hidratos, incorporando moléculas de agua a sus estructuras cristalinas.

Propiedades del fosfato de amonio

Nombres

(NH₄)₃PO₄

Esta fórmula, siguiendo estrictamente la nomenclatura inorgánica, corresponde a la sal fosfato de amonio. Otros nombres aceptados son:

-Fosfato tribásico de amonio

-Fosfato de triamonio o triamónico

(NH₄)₂HPO₄

Esta sal presenta varios nombres de acuerdo a la nomenclatura de preferencia. Los más comunes, aparte del fosfato diamónico, son:

-Fosfato ácido de amonio

-Fosfato dibásico de amonio

A diferencia del (NH₄)₃PO₄, se compone de iones NH₄⁺ y HPO₄^2- en una proporción 2:1.

NH₄H₂PO₄

Esta sal corresponde a la “versión más ácida” del fosfato de amonio. En ella, el PO₄^3- ha ganado dos H⁺, reduciendo así su carga iónica a H₂PO₄^–. Por lo tanto, sus nombres más comunes son:

-Fosfato monobásico de amonio (porque apenas tiene un oxígeno capaz de aceptar protones)

-Fosfato diácido de amonio

Algunos de los nombres anteriores también pueden cambiarse por:

-Dihidrógeno fosfato de amonio

-Fosfato monoamónico

Como puede verse, son muchos los nombres posibles. Lo importante es saber relacionarlos directamente con las fórmulas de cualquiera de las tres sales correspondientes a la familia de los fosfatos de amonio.

Masas molares

(NH₄)₃PO₄: 149.09 g/mol

(NH₄)₂HPO₄: 132.06 g/mol

NH₄H₂PO₄: 115.025 g/mol

Apariencia física

Las sales de fosfato de amonio comparten en común que todas son blancas. A excepción del fosfato triamónico o tribásico de amonio, las demás sales no despiden un olor amoniacal en condiciones normales.

Puntos de fusión

El (NH₄)₃PO₄ se descompone antes de que pueda fundirse. Mientras, el (NH₄)₂HPO₄ funde a 155 ºC, y el NH₄H₂PO₄ a 190 ºC. El mayor punto de fusión de NH₄H₂PO₄ indica una mayor estabilidad y un enlace iónico más fuerte.

Puntos de ebullición

Inmedibles, ya que se descomponen al fundirse.

Solubilidad

Las sales de fosfato de amonio son muy solubles en agua, siendo el (NH₄)₃PO₄ un sólido higroscópico. Sin embargo, son insolubles en etanol, acetona y amoníaco líquido.

Descomposición

Todas las sales de fosfato de amonio tienen el potencial de liberar amoníaco al descomponerse. Asimismo, dependiendo de la intensidad del calor, se descomponen en ácido fosfórico para finalmente liberar gases nocivos de óxidos de nitrógeno y fósforo.

Obtención

Las sales de fosfato de amonio se obtienen mediante la reacción de neutralización ocurrida entre el ácido fosfórico y el amoníaco:

H₃PO₄ + 3 NH₃ → (NH₄)₃PO₄

Como puede verse, si se desea obtener fosfatos de amonio “menos básicos”, lo que es igual a decir “más ácidos”, es necesario variar las proporciones de los reactivos que se añaden al reactor. Generalmente, se utiliza el óxido fosfórico, P₂O₅, como fuente de fósforo para su respectivo ácido.

Mientras más H₃PO₄ haya, mayor será la producción del NH₄H₂PO₄ o (NH₄)₂HPO₄ (más ácidos) que de (NH₄)₃PO₄ (más básico).

De hecho, son el NH₄H₂PO₄ (MAP, por sus siglas en inglés: monoammonium phosphate) y el (NH₄)₂HPO₄ (DAP) las sales de fosfato de amonio que tienen mayor valor comercial. Mientras, el (NH₄)₃PO₄ es la que menos se comercializa, precisamente por ser la más inestable y, posiblemente, la más costosa de preparar.

Usos

Una de las consecuencias inmediatas del párrafo anterior, es que la mayoría de los usos que tienen las sales de fosfato de amonio se deban a NH₄H₂PO₄ y (NH₄)₂HPO₄. El (NH₄)₃PO₄, en cambio, no tiene casi ningún uso, pues se descompone rápidamente.

Fertilizantes

Las sales de fosfato de amonio son buenas fertilizantes, ya que aportan dos nutrientes esenciales para el desarrollo de las plantas: nitrógeno y fósforo. Además, son solubles en agua, por lo que rápidamente pasan a estar disponibles en el suelo para su debida absorción a través de las raíces.

Se almacenan sin ningún problema, y a menos que haya un incendio, no desprenden amoníaco, gas que puede dañar los tejidos vegetales.

Retardantes de llamas

Las sales de fosfato de amonio al descomponerse liberan varios gases que, si bien son nocivos, desplazan el oxígeno del aire en plenos incendios. Es por eso que se usan como retardantes de fuego. De esta manera, se frena o retarda el avance de las llamas.

Óptica y física

El NH₄H₂PO₄ se utiliza en aplicaciones óptica debido a que sus cristales muestran birefrigencia, es decir, tienen doble refracción. Asimismo, poseen propiedades piezoeléctricas, razón por la que se utilizan en los transductores.

Referencias

1. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgánica. (cuarta edición). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Ammonium phosphate. Recuperado de: en.wikipedia.org
3. Elsevier B.V. (2020). Ammonium Phosphate. ScienceDirect. Recuperado de: sciencedirect.com
4. Diane Milner. (04 de febrero de 2019). The Many Uses of Ammonium Phosphate. Noah Technologies. Recuperado de: info.noahtech.com
5. National Center for Biotechnology Information. (2020). Tribasic ammonium phosphate. PubChem Database., CID=57517680. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Milek J.T., Neuberger M. (1972) Ammonium Dihydrogen Phosphate (ADP). In: Linear Electrooptic Modular Materials. Springer, Boston, MA.
7. The Mosaic Company. (2020). Monoammonium Phosphate (MAP). Recuperado de: cropnutrition.com