L'ammoniac est un composé chimique de formule NH. Dans les conditions normales de température et de pression, c'est un gaz incolore et irritant : d'odeur piquante à faible dose, il brûle les yeux et les poumons à concentration plus élevée.
Dans l'industrie, l'ammoniac est produit par le procédé Haber-Bosch à partir de diazote et de dihydrogène. C'est l'un des composés les plus synthétisés au monde, utilisé comme réfrigérant et pour la synthèse de nombreux autres composés (dont des engrais en grand nombre). À l'état liquide (par exemple à et ), on l'utilise aussi comme solvant. L'ammoniac renouvelable est considéré comme un vecteur énergétique important dans les futurs systèmes énergétiquesAmmonia as energy vector round table discussion https://web.archive.org/web/20251222231225/https://bmbf-client.de/en/news/coalco2-x-round-table-discussion-ammonia-energy-vector; .
L'auto-ionisation de l'ammoniac liquide est très faible, caractérisée par une constante de dissociation ionique = [NH] [NH] qui vaut environ à .
Dans le solvant protique NH liquide, le cation ammonium est l'acide le plus fort alors que l'anion amide NH est la base la plus forte.
Son doublet électronique en fait à la fois une base, un nucléophile, un ligand et un réducteurLe doublet électronique explique facilement sa réactivité, notamment son comportement de base faible ou de réducteur, sa polarisabilité ou son rôle de ligand en chimie générale ou minérale, voire de nucléophile en chimie organique.. Sa propriété basique le rend utile pour divers sels d'ammonium. Ses propriétés de nucléophile en font un réactif de base en chimie organique pour la préparation des amides, des imides Ses propriétés de ligand sont connues depuis le début de la chimie de coordination et le débat scientifique entre Sophus Mads Jørgensen et Alfred Werner, qui attira l'attention du jury du prix Nobel, décerné à Werner en 1913. Enfin, sa propriété de réducteur lui permet d'être industriellement oxydé en acide nitrique et en hydrazine notamment, deux produits industriels d'usage intensif.
En génie chimique, le système air – NH – eau constitue un modèle très étudié de phases liquide-gaz, puisque l'ammoniac est un gaz très soluble dans l'eau, avec une solubilité de pour d'eau à et seulement à . Le gaz est soluble dans l'eau, sous forme de NH aqueux faiblement dissocié en cations ammonium et anions hydroxyle ; cette solution aqueuse est nommée ammoniaqueNH aqueux est une base faible, p= 9,23..
Sur le plan biologique, l'ammoniac joue un rôle majeur en agriculture : grâce à lui, l'azote est artificiellement incorporé par les plantes. Chez l'animal, il est impliqué dans l'élimination de l'azote du corps et la régulation du pH sanguin.
Sur Terre, il est essentiellement piégé dans l'écorce terrestre (sels ammoniacaux minéraux tels que bicarbonates, nitrates, nitrites, chlorures, phosphates) ou dans la matière organique (charbon, tourbe, pétrole). En excès dans l'air, c'est un polluant acidifiant et eutrophisant de l'environnement. Après une amélioration de 1990 à 2011Eurostat Agriculture - ammonia emission statistics, données extraites en juin 2015., ses teneurs dans l'air, maintenant suivies par satellite, sont en hausse en Europe et en France, en raison essentiellement des pratiques agricoles plus industrielles (donnée 2016).. En ville et sur les axes de transport, il est issu du trafic routier pour 40 à 60 %Programme de recherche NUAGE, coordonné par AgroParistech, et financé par l'Ademe : voir CORTEA Connaissance et réduction des émissions de polluants dans l'air - du programme CORTEA. Synthèse et recueil des résumés des projets CORTEA achevés en 2020, https://librairie.ademe.fr/cadic/5135/CORTEA_Connaissance_et_r__duction_des___missions_de_polluants_dans_l_air_-_5__me_restitution_du_programme_.zip (voir chapitre Mesure des émissions d’ammoniac)., mais à l'échelle du pays, en 2011, il provient à 94 % des émissions de NHAgence européenne de l'environnement, Ammonia (NH3) emissions. d'origine agricole. L'élevage, à cause des fumiers et des lisiers, en représente la première source... Sa teneur dans l'air devrait être infime (hormis en présence d'excréments ou urines en décomposition, d'une fermentation par des micro-organismes en milieu confiné ou d'une putréfaction en milieu anaérobie).
Histoire Le mot ammoniac, attesté au , vient du latin ammoniacum, lui-même issu du , « sel ammoniac ou gomme ammoniaque »Dioscoride, 3, 98., qui évoquait le nom du dieu égyptien Amon (car en Libye, c'est près du temple de Jupiter Ammon qu'on extrayait un minéral (salmiac) pouvant libérer de l'ammoniac). Cet alcali était en outre, dans l'Antiquité, produit en chauffant des excréments frais ou un mélange de sel et d'urines. On pouvait le sentir et on savait utiliser son action alcaline sur d'autres matières (au moins dès la égyptienne soit ). Mais comme toute matière gazeuse, il est resté longtemps mal compris.
Au Moyen Âge, les forgerons obtenaient cet alcali d'Amôn par distillation de cornes et de sabots de bœufs (matières riches en azote).
Le chimiste britannique Robert Boyle invente des tests de détection de cet alcali gazeux (teinture de tournesol ou sirop de violette virant au bleu en présence de ce gaz)Robert Boyle, Experiments and considerations touching colors, 1664..
Un siècle plus tard environ, avec l'essor de la pneumochimie à cuve à mercure, sa préparation et son isolement sont facilités par Joseph Priestley en 1774, par simple chauffage de sels d'ammonium avec de la chaux CaO ou du calcaire comme pierre à chaux ; avec une cuve à eau, on obtient, par piégeage dans l'eau de la cuve, de l'ammoniaque ou eau ammoniaquée.
En 1785, le chimiste Berthollet confère à ce corps chimique une formule de un azote pour trois hydrogènes.
À partir des années 1850, le cycle de l'azote commence à être perçu : on comprend notamment que l'ammoniac atmosphérique peut être directement absorbé et utilisé par les plantes : De Ville (1850) et Schlösing (1874) exposent des plantes jusque-là maintenues en déficit d'azote à un air enrichi en ammoniac et ils montrent qu'elles peuvent l'absorber et le métaboliserDe Ville G., 1850, Note sur l'assimilation de l'azote de l'air par les plantes, et sur l'influence qu'exerce l'ammoniaque dans la végétation, Comptes rendus de l'Acad. Sci., Paris, 31, 578-580.Schlösing Th. (1874), Sur l'absorption de l'ammoniaque de l'air par les végétaux, Comptes rendus de l'Acad. Sci., Paris, 78, 1700-1703.. À la même époque, Boussingault (1856) montre le rôle essentiel des nitratesBoussingault J.B (1856), Recherches sur la végétation, Troisième mémoire, De l'action du salpêtre sur le développement des plantes, Ann. Chim. Phys. Ser., 3, 46, 5-41. alors que l'on commence à mesurer les dépôts d'ammonium () dans les précipitations (environ N- par hectare et par an selon Lawes et Gilbert au milieu du (1851)Lawes J.B. et Gilbert J.H. (1851), On agricultural chemistry, J. R. Agr. Soc., 12, 1-40.). Peu après, Bineau (1854) piège (dans un « piège acide ») et mesure les dépôts secs d'ammoniac à partir de l'air ambiant de Caluire et à Lyon : N-NH par hectare et par anBineau A. (1854), Études chimiques sur les eaux pluviales et sur l'atmosphère de Lyon et de quelques points des environs, Lyon (cité dans Hall et Miller, 1911).. De la même manière, Heinrich (1881) à RostockHeinrich R. (1881), , Wollnys Forschungen, 4, 446-452. (Allemagne), Kellner (1886) à TokyoKellner (1986), , Landwirtschaftliche Jahrb., 15, 701-711., mesurent respectivement des dépôts de N-NH par hectare et par an. Puis Hall et Miller (1911) ont l'idée de protéger leur piège à ammoniac des poussières et insectes par une fine grille (ce qui a pu leur faire sous-estimer les dépôts secs, note Loubet dans sa thèse en 2000) et de disposer de tels pièges à différentes hauteurs, ce qui leur a permis de mettre en évidence des gradients de « concentration » au-dessus de la végétation et de repérer des zones « puits » (non fertilisées) et des zones sources (émissions probablement au-dessus de zones fertilisées)Hall A.D et Miller N.H.J (1911), On the absorption of ammonia from the atmosphere, J. Agric. Sci., 4, 56-68..
Plus tard, les physiciens constateront le mouvement d'oscillation de la molécule NH gaz, où l'azote passe entre la base triangulaire formée par les trois H pour atteindre sa double position en sommet de l'agencement pyramidalL'agencement de la molécule est pyramidale, avec une distance N-H équivalant à , et un angle HNH de l'ordre de 107°.. Ce mouvement oscillant régulier de la molécule d'ammoniac est à l'origine de la première horloge atomique, du aux États-Unis en 1948.
Après la Seconde Guerre mondiale, le développement de l'agriculture industrielle et productiviste relance les études sur la perte d'azote à partir d'engrais organiques (minéralisation) et d'engrais chimiques (lessivage des nitrates, perte qui est source d'un coûteux gaspillage d'engrais, et d'une pollution croissante et générale des nappes phréatiques ainsi que d'une eutrophisation des eaux de surface dont on ne s'alarmera que bien plus tard). Allison (1955) démontre que la volatilisation de nitrates a par le passé été sous-estimée. Ces pertes font encore l'objet de recherche ( Whitehead et Raistrick, 1990Whitehead D.C. et Raistrick N. (1990), Ammonia volatilisation from five nitrogen compounds used as fertilizers following surface application to soils of differing characteristics, J. Soil Sci., 41, 387-394.).
Histoire sémantique Le terme d'origine adjectivale ammoniac qualifiait autrefoisDictionnaire français-latin de Trévoux ; Dictionnaire universel francois et latin : Contenant La Signification Et La Definition tant des mots de l'une & de l'autre Langue, avec leurs differens usages, que des termes propres de chaque État & de chaque Profession, édité à Paris, par la compagnie des libraires associés en 1752 (numérisé par Google Livres). une substance médicinale, la gomme ammoniaque, utilisée par les apothicaires, présentée comme suit en 1752 par le Dictionnaire français-latin de Trévoux :
L'adjectif ammoniacque, attesté en 1575 dans les écrits français d'André Thevet, qualifie une gomme ou un sel ammoniac recueillis près du temple d'Amon en LibyeIl vient du mot latin ammoniacum, emprunté au grec ammôniakon, de même emploi. L'évolution médiévale a parfois engendré les termes synonymes armoniac ou armognac, voire armagnac.. Le « sal ammoniac » est simplement le salmiac purifié, facilement sublimable. La gomme est probablement un mélange de substance végétale molle ou pâteuse contenant du salmiac.
En 1787, Guyton de Morveau introduit dans la nomenclature chimique française le substantif ammoniac, définissant le corps chimique. Le terme ammoniacal, caractérisant les solutions aqueuses d'ammoniac ou ammoniaque, est attesté toutefois vers 1748. Le mot ammonisation, désignant la transformation d'azote organique en azote ammoniacal, est attesté dans le vocabulaire commun par le Grand Larousse de 1933. Aujourd'hui selon la nomenclature IUPAC, l'ammoniac est le plus simple des azanes, ou hydrures d'azote acycliques.
Production industrielle
thumb|Réacteur-tube à haute pression et à parois d'acier utilisé pour la synthèse de l'ammoniac selon le procédé Haber-Bosch. Il a été construit en 1921 par BASF. En 2009, il est érigé à l'entrée de l'université de Karlsruhe en Allemagne.
La production industrielle de l'ammoniac se fait essentiellement par synthèse directe à partir de dihydrogène et de diazote. L'hydrogène peut venir du méthane et l'azote de l'air. La mise au point du premier réacteur est l'œuvre de chimistes allemands et est encore secrète lorsqu'elle aboutit en 1913 avec le procédé Haber-Bosch, portant le nom de ses chimistes développeurs du catalyseur à base de fer (Fe) et nickel (Ni) et du procédé en réacteur-tube à une température de .