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La categoria chimica dell'NH3

Una specie chimica di sicuro interesse in acquario è l’ammoniaca, un composto binario formato da due elementi quali l’azoto e l’idrogeno, con formula chimica NH3; andiamo ad analizzarla per capire a quale categoria effettivamente può essere ascritta. Contiene un non metallo, l'azoto, e l’idrogeno. Come abbiamo visto da precedenti lezioni qui, quando troviamo una formula chimica contenente un non metallo con l’idrogeno gli si da il nome di acido binario (ad es. acido cloridrico HCl). C’è però qualcosa di diverso. Infatti se effettivamente può sembrare che l’ammoniaca sia un acido binario, questo purtroppo non è vero e lo si capisce già guardando la formula chimica con maggiore attenzione. Negli acidi inorganici binari e ternari l’idrogeno viene messo sempre davanti al non metallo che caratterizza quel determinato acido (ad es. HNO3 ovvero acido nitrico). Questo modo di scrivere le formule degli acidi serve a tante cose ma soprattutto identifica senza ombra il carattere acido della molecola (che infatti è dato dalla presenza dell’acido davanti al non metallo e all’eventuale ossigeno). Proprio per rimarcare la differenza tra un acido binario e l’ammoniaca è stato inserito l’idrogeno dopo il non metallo nella formula chimica di quest’ultimo composto.

A questo punto vi starete certamente chiedendo a che categoria possa appartenere un composto come NH3. Prendiamo in esame un’altra classe di composti molto interessanti ovvero gli idruri metallici. Gli idruri metallici sono dei composti binari che si formano per reazione di un elemento metallico (generalmente si parla di metalli alcalini, alcalino terrosi e terrosi, ovvero del primo, secondo e terzo gruppo) con l’idrogeno gassoso:

2Na(s)+ H2 --> 2NaH+ calore

A questo punto sembra che gli idruri siano molto più simili all’ammoniaca, almeno per quanto riguarda la sua struttura della formula. Ovviamente nella formula dell’ammoniaca non troviamo un metallo ma un non metallo che è legato con l’idrogeno e questo ci suggerisce una differenza fondamentale tra gli idruri metallici e NH3. Negli idruri lo stato di ossidazione dell’idrogeno è -1 (è l’unico caso in cui l’idrogeno possa assumere uno stato di ossidazione negativo, in tutti gli altri casi lo stato di ossidazione è +1) mentre nell’ammoniaca l’idrogeno mantiene il suo classico stato di ossidazione +1.  Ma c’è anche da dire che c’è una similitudine tra i due composti se si prende in considerazione la loro reazione con l’acqua. Infatti sia gli idruri che l’ammoniaca una volta messi in acqua reagiscono con carattere decisamente basico (pH superiore a 7.00).

NH3 + H2O <--> NH4+ + OH-

NaH + H2O --> Na+ OH- + H2^

Come si può osservare in entrambi i casi il risultato finale è che in soluzione avremo un aumento degli ioni OH- che quindi corrisponderà ad un innalzamento del pH. A questo punto possiamo dire che l’ammoniaca può essere considerata simile ad un idruro, ma con qualche differenza, come abbiamo visto sopra.

Il ruolo in acquario

L’importanza di questa molecola in acquario è davvero notevole. Infatti è il primo prodotto di decomposizione organica nel ciclo dell’azoto. Successivamente come ben sappiamo essa viene ossidata dai batteri nitrificanti (nitrosomonas sp.) prima a nitrito (NO2)  e successivamente a nitrato (NO3) ad opera dei nitrobacter sp.. Come è noto questa trasformazione avviene solo in vasche ben mature e dove ci sia una buona presenza di ossigeno. In caso contrario l’ammoniaca può permanere per lungo tempo in soluzione dove può espletare anche una azione tossica verso i pesci.  La tossicità dell’ammoniaca è dovuta principalmente all’effetto caustico che può avere sulle mucose dei pesci e soprattutto sul loro apparato respiratorio. Questo è dovuto al fatto che come abbiamo visto la molecola è instabile e tende a reagire velocemente in acqua producendo uno ione OH- (con pH dell'acqua >7.00). Se, come detto sopra, la reazione dell’ammoniaca in acqua produce un innalzamento del pH viene spontaneo chiedersi:Cosa succede se il pH in cui si viene a trovare l’ammoniaca fosse acido?

La reazione che abbiamo visto sopra è una reazione in equilibrio, riesaminiamola.

NH3 + H2O <--> NH4+ + OH-

In ambiente neutro, l’ammoniaca tende a rimanere in equilibrio con il suo ione ammonio NH4+ e quindi si ha la presenza in acqua di entrambe le specie chimiche. La doppia freccia di reazione indica che questa può andare verso destra e formare dell’ammonio e un gruppo ossidrile o verso sinistra e formare ammoniaca e acqua. Quest’equilibrio viene a spostarsi qualora ci si trovi in ambiente acido o in ambiente basico. In quest’ultimo caso, ovvero in una soluzione con pH superiore a 7.00, l’equilibrio infatti sarà spostato verso la presenza di ammoniaca gassosa NH3 estremamente caustica e irritante. Nel secondo caso invece, ovvero in ambiente acido, la reazione sarà spostata verso destra, ovvero verso la presenza di ammonio NH4+, che come è risaputo non ha nessun effetto tossico sui pesci e anzi, qualora si avessero piante, queste ultime lo preferirebbero addirittura al nitrato per l’assunzione dell’azoto.


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