Sulfate d'ammonium

Le sulfate d'ammonium est un corps composé chimique ionique de formule (NH₄)₂SO₄. Il s'agit d'un sel d'ammonium NH₄⁺ et d'acide sulfurique H₂SO₄ qui possède de très nombreuses applications. Il existe dans la nature, sous le nom minéralogique de mascagnite.

Sulfate d'ammonium
Structure du sulfate d'ammonium
Identification
Synonymes	sulfate d'ammoniaque ou ammoniaque sulfatée ; sel ammoniac vitriolique, alcali volatil  vitriolé pour les anciens chimistes, sal ammoniacum secretum Glauberi en latin alchimique
No CAS	7783-20-2
No ECHA	100.029.076
No CE	231-984-1
No E	E517
SMILES	[O-]S([O-])(=O)=O.[NH4+].[NH4+] PubChem, vue 3D
InChI	InChI : vue 3D InChI=1/2H3N.H2O4S/c;;1-5(2,3)4/h2*1H3;(H2,1,2,3,4)/f2H4N.O4S/h2*1H;/q2*+1;-2
Apparence	cristaux incolores à l'état pur, blanc à gris
Propriétés chimiques
Formule	H8N2O4S(NH4)2SO4
Masse molaire	132,14 ± 0,007 g/mol H 6,1 %, N 21,2 %, O 48,43 %, S 24,27 %,
Propriétés physiques
T° fusion	décomposition en tube scellé sans air vers 280 °C, décomposition initié à l'air vers 150 °C, commune à 220
Solubilité	dans l'eau, 754 g·L-1 à 20 °C, 764 g·L-1 à 25 °C, 941 g·L-1 à 80 °C
Masse volumique	1,77 g·cm-3 à 20 °C
Cristallographie
Système cristallin	Orthorhombique
Réseau de Bravais	orthorhombique
Classe cristalline ou groupe d’espace	Dipyramidale Holoédrie orthorhombique classe de symétrie 2/m 2/m 2/m ; groupe d'espace Pnam
Paramètres de maille	a = 5,993 Å, b = 7.782 Å, c = 10,636 Å, Z = 4
Macle	sur {101}
Propriétés optiques
Indice de réfraction	nα = 1,521, nβ = 1,523, nγ = 1,533 (polyaxe)
Biréfringence	Biaxial (+) ; δ = 0,013
Transparence	transparent à translucide, parfois opaque
Précautions
SIMDUT
Produit non contrôlé Ce produit n'est pas contrôlé selon les critères de classification du SIMDUT. Divulgation à 1,0% selon la liste de divulgation des ingrédients Commentaires : La dénomination chimique et la concentration de cet ingrédient doivent être divulgués sur la fiche signalétique s'il est présent à une concentration égale ou supérieure à 1,0 % dans un produit contrôlé.
Écotoxicologie
DL50	3 000 mg·kg-1 (Rat ingestion)
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Il est notamment couramment utilisé comme engrais destiné à l'acidification des sols alcalins ; il contient 21 % d'azote sous forme d'ammonium NH₄⁺ et 24 % de soufre sous forme de sulfate SO₄²⁻. Il est aussi utilisé pour accélérer le départ en fermentation des moûts. On peut ajouter 10 g/hL de (NH₄)₂SO₄ lorsque la teneur du moût en azote ammoniacal est inférieure à 50 mg·L^-1.

Caractéristiques physico-chimiques

Il se présente sous forme d'une poudre cristalline blanche, le plus souvent compactée en granules. Cette matière suffisamment pure a des propriétés ferroélectriques en dessous d'une température de −49 °C car un réarrangement cristallin lui confère une autre symétrie, caractérisée par le groupe d'espace Pna21.

Il est soluble dans l'eau. La solution 0,1 M a un pH de 5,5. En solution, il peut facilement former des sels doubles avec des ions métalliques, par exemple avec les ions fer, cobalt, cérium, nickel... Avec des ions métalliques trivalents, il forme la gamme des aluns de formule (NH₄)₂(SO₄).M₂(SO₄)₃.24H₂O

Il est insoluble dans l'éthanol, l'acétone, le sulfure de carbone et l'ammoniac liquide.

L'action d'une base forte décompose le composé ionique sec.

Chauffé en tube à essai à l'air, le sulfate d'ammonium se décompose à partir de 150 °C en bisulfite d'ammonium acide et en gaz ammoniac qui se dégage.

Chauffé dans des conditions thermiques drastiques, ce corps chimique se dégrade quasi-instantanément et émet des fumées très toxiques de SO_x, NO_x et d'ammoniac. L'eau et l'azote peuvent également se reformer à hautes températures.

Tout contact intime avec des oxydants puissants peut créer de fortes explosions. C'est pourquoi les sulfates d'ammonium sont conservés entre 2 °C et 8 °C.

Préparation

Le sulfate d'ammonium est obtenu par réaction de l'ammoniac NH₃ avec l'acide sulfurique :

2 NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄.

Un mélange d'ammoniac gazeux et de vapeur d'eau est introduit dans un réacteur contenant une solution saturée de sulfate d'ammonium et environ 2 à 4 % d'acide sulfurique à 60 °C. De l'acide sulfurique concentré est ajouté afin de maintenir l'acidité de la solution ainsi que la concentration de l'acide sulfurique du mélange. La chaleur produite par la réaction maintient quant à elle la température à 60 °C.

Du sulfate d'ammonium sec et pulvérulent peut être obtenu en pulvérisant de l'acide sulfurique dans une enceinte contenant de l'ammoniac gazeux. La chaleur produite par la réaction évapore toute l'eau de l'acide en laissant le sel anhydre.

On produit également le sulfate d'ammonium à partir du gypse (sulfate de calcium dihydraté CaSO₄, 2H₂O) finement divisé qu'on ajoute à une solution de carbonate d'ammonium (NH₄)₂CO₃ pour produire du carbonate de calcium CaCO₃ qui précipite en laissant le sulfate d'ammonium en solution :

(NH₄)₂CO₃ + CaSO₄ → (NH₄)₂SO₄ + CaCO₃.

Le sulfate d'ammonium existe à l'état naturel dans le minéral rare appelé mascagnite, par exemple dans les dépôts de fumerolles volcaniques. Présente également dans les sources chaudes, la mascagnite se forme aussi à l'état naturel dans les feux de mines de charbon. Une des synthèses les plus communes utilisait d'ailleurs l'ammoniac extrait par distillation forcée de la houille ou du charbon, qu'il faisait ensuite passer pour neutralisation dans un bain d'acide sulfurique.

Toxicité, écotoxicité

La toxicité chronique, concernant l'exposition à de faibles doses répétées sur des organes cibles, semble plus redoutable que la toxicité aiguë. Elle reste méconnue.

Ce composé de l'azote peut exacerber l'efficacité de certains herbicides .

Usages

Effet du sulfate d'ammoniaque sur les choux (expérience menée par un directeur d'école à Épinal).

Le sulfate d'ammonium entre dans la composition d'engrais. L'agriculture utiliserait la moitié de la production mondiale sous forme d'engrais, mais encore 40% sous forme de produits dérivés ou d'adjuvants. C'est l'adjuvant standard des épandages d'herbicides, en particulier des 2,4-D (amine) glyphosate ou glufosinate, mais aussi d'insecticides, de fongicides solubles dans l'eau, voire d'une grande gamme de produits dits phytosanitaires. La production mondiale serait estimée à plus de 22 millions de tonnes vers 2014. Elle avoisine 5 millions de tonnes exprimée en azote.

Dans l'industrie du bâtiment, il est aussi pris comme produit ignifugeant et retardant de flamme. C'est aussi un inhibiteur de corrosion, un régulateur antistatique utilisé dans les revêtements modernes, un agent d'oxydo-réduction en métallurgie, un agent électrochimique, par exemple en galvanoplastie, un agent du tannage dans l'industrie des cuirs par sa simple proximité de composition avec la gamme des aluns.

Ce produit intermédiaire de l'industrie chimique est très employé dans l'industrie des colorants, dans l'industrie des surfactants ou tensio-actifs, mais aussi dans les industries du traitement de l'eau et comme additif de conservation ou de goût dans l'industrie alimentaire (pains, bières, vins).

Les laboratoires de biochimie communément utilisent le composé purifié pour opérer la précipitation ou le découpage des protéines, voire la purification des anticorps. Il intervient aussi couramment dans les méthodes d'analyses cristallographiques des acides nucléiques et des protéines.

Liens externes

• (en) Présentation sur l'open Chemistry data base
• (en) Deux préparations faciles du sulfate d'ammonium en solution et la décomposition de sa poudre à la chaleur à ne pas imiter dans de si mauvaises conditions
• (en) Esquisse de cours
• (en) Fiche de toxicité BASF
• (fr) Fiche CSST québécoise
• (fr) Quelques chiffres fiables sur l'industrie des engrais