Voir la source de Ammonium

{{Infobox Chimie
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| légende = Représentation de l'ion ammonium.
<!-- Général -->
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}}

L'ion '''ammonium''' de formule brute [[Azote|N]][[Hydrogène|H]]<sub>4</sub><sup>+</sup> est un [[ion polyatomique]] de charge électrique positive. Ce [[cation]] polyatomique possède une structure tétraédrique, l'atome d'azote N occupant le centre et les quatre atomes d'hydrogène occupant les sommets équivalents du [[tétraèdre]]. Il est obtenu par [[protonation]] de l'[[ammoniac]] ({{NH3}}) ; il est parfois présenté comme une molécule d'[[ammoniac]] ionisée.

L'ion ammonium est présent dans de nombreux produits nettoyants et désinfectants, à commencer par l'[[ammoniaque]]. Avant la découverte de sa véritable structure par les chimistes, il était l'analogue d'un [[métal alcalin]] ou d'un [[alcali]]. D'où par exemple la désignation d'alcali volatil de l'ammoniaque. Son usage est antique, il est présent dans le ''sal ammoniac'' {{fchim|NH|4|Cl}}, c'est-à-dire le corps minéral naturel [[salmiac]]. Il est présent aussi dans le [[sulfure d'ammonium]] {{fchim|(NH|4|)|2|S}}, ancien réactif prisé par l'[[analyse chimique]].

== Cas des solutions aqueuses ==
La mise en solution de <chem>NH4+</chem> dans l'[[eau]] correspond à l'équation suivante :
:<math>\rm NH_4^{+} + H_2O \Rightarrow NH_3 + H_3O^{+}</math>.
Alors que la préparation d'une solution aqueuse d'[[hydroxyde]] d'ammonium ([[ammoniaque]]) est :
:<math>\rm NH_3 + H_2O \Rightarrow NH_4^{+} + HO^{-}</math>.
Ce sont des [[réactions acido-basiques]], d'où le [[Réaction acido-basique#Quelques couples acide-base|couple acide/base]] suivant : <math>\rm NH_4^+/NH_3</math>.

Ce couple a une [[constante d'acidité]] {{mvar|K}}{{ind|a}} égale à {{unité|5.62 e-10}}, soit un p{{mvar|K}}{{ind|a}} de 9,25. Dans l'eau, l'ammoniac se dissocie partiellement et forme une solution ionique qui conduit l'[[électricité]].

== Cas général ==
Dans le cas général, on a :
:<math>\rm NH_4^+ \Rightarrow H^+ + NH_3</math>.
Il s'agit d'une réaction réversible, qui forme l'acide très faible de Brönsted ammonium. Le taux d'ammonium formé dépend du [[Potentiel hydrogène|pH]] si on travaille en solution. Si on travaille avec de la vapeur d'ammoniac, elle peut réagir avec HCl pour former le [[Complexe (chimie)|complexe]] <chem>NH4+;Cl-</chem>.

L'ammonium forme souvent un sel avec un [[anion]]. La plupart des sels d'ammonium sont solubles dans l'eau.

== Liens avec les amines ==

Chaque [[atome d'hydrogène]] de l'ion ammonium peut être remplacé « ''substitué'' » par un groupe [[alkyle]] ou par un autre groupe organique constitué de [[Chaîne carbonée|chaînes carbonées]] ou d'autres substituants pour former un ion dit ''ammonium substitué'', « ''ion ammonium'' » ou ions ''ammonium'' « ''primaire'' », « ''secondaire'' », « ''tertiaire'' » ou « ''quaternaire'' » (selon le nombre d'atomes d'hydrogène substitués).
<br />Ces ions sont les [[acide conjugué|acides conjugués]] d'[[amine (chimie)|amines]], sauf pour les [[ammonium quaternaire|ammoniums quaternaires]] qui ne peuvent pas céder de [[proton]].
Hormis l'ammonium quaternaire, ils existent en équilibre avec leurs amines remplacées, selon le pH.

La formule est de type {{fchim|N<sup>+</sup>R|4}}, où un ou plusieurs atomes d'hydrogène sont remplacés par un radical organique (groupe représenté par le symbole R).

Un exemple d'une réaction de formation d'un ion ammonium est celle entre la [[diméthylamine]], {{fchim|(CH|3|)|2|NH}}, et un acide, pour donner le cation [[diméthylamine|diméthylammonium]], (CH{{ind|3}}){{ind|2}}NH{{ExpInd|+|2}} :
[[Image:Dimethylammonium-formation-2D.png|left|290px]]

Le ''[[Ammonium quaternaire|cation ammonium quaternaire]]'' présente quatre groupes organiques liés à l'atome d'[[azote]] (N).
<br />Ils n'ont plus d'atome d'hydrogène lié à l'atome d'azote pouvant jouer le rôle de base, et sont donc chargés de manière permanente.
<br />Ces cations, tels que le tétra-''N''-butylammonium, sont parfois utilisés pour remplacer les ions de [[sodium]] ou de [[potassium]] pour augmenter la solubilité d'un composé dans l'ensemble des [[Solvant|solvants organiques]], selon le [[principe HSAB]], ce qui leur donne une importante [[toxicologique]] et [[écotoxicologie|écotoxicologique]]. Pour la même raison, ils sont aussi utilisés comme [[catalyseur de transfert de phase|catalyseurs de transfert de phase]].

Les sels d'ammonium et l'ammoniac ne devraient pas être utilisés en [[piscine]] car pouvant former le [[trichlorure d'azote]] ({{fchim|NCl|3}}) avec le [[chlore]]. Les hydrogènes des sels d'ammonium et des [[amide]]s primaires (exemple : [[urée]]) ou secondaires peuvent aussi être remplacés par du chlore.

== Couples acide-base ==

{| class="wikitable alternance"
|+ Principaux couples acide-base
|-
! scope=col | Couple acide-base
! scope=col | Acide
! scope=col | Base
|-
! scope=row | ion ammonium/[[ammoniac]]
| NH{{ExpInd|+|4}}
| {{NH3}}
|-
! scope=row | ion [[méthylammonium]]/[[méthylamine]]
| CH{{ind|3}}NH{{ExpInd|+|3}}
| {{fchim|CH|3|NH|2}}
|-
! scope=row | ion [[diméthylammonium]]/[[diméthylamine]]
| (CH{{ind|3}}){{ind|2}}NH{{ExpInd|+|2}}
| {{fchim|(CH|3|)|2|NH}}
|-
! scope=row | ion [[triméthylammonium]]/[[triméthylamine]]
| {{fchim|(CH|3|)|3|NH<sup>+</sup>}}
| {{fchim|(CH|3|)|3|N}}
|-
! scope=row | ion ammonium substitué/[[Amine (chimie)|amine]] substituée
|{{fchim|N<sup>+</sup>R|4}}
|{{fchim|NR|3}}
|}

== Demi-équation acide-base ==
Le couple acide-base concerné est :
* ion ammonium substitué/[[Amine (chimie)|amine]] substituée ;
* {{fchim|N<sup>+</sup>R|3|H/NR|3}}.

La demi-équation acide-base est donc :
* {{fchim|N<sup>+</sup>R|3|H}} {{équil}} H<sup>+</sup> + {{fchim|NR|3}}.

== Équation acide/base de [[solvatation]] ==

Les demi-équations acide-base sont :

* {{fchim|(CH|3|)|''n''|NH}}{{expInd|+|4-''n''}} {{équil}} H<sup>+</sup> + {{fchim|(CH|3|)|''n''|NH|3-''n''}}
* {{H2O}} + H<sup>+</sup> {{équil}} {{fchim|H|3|O<sup>+</sup>}}.

L'équation acide-base de dilution est donc :
* {{fchim|(CH|3|)|''n''|NH}}{{expInd|+|4-''n''}} + {{H2O}} {{équil}} {{fchim|H|3|O<sup>+</sup>}} + {{fchim|(CH|3|)|''n''|NH|3-''n''}}.

Plus simplement :
* {{fchim|N<sup>+</sup>R|4}} {{équil}} H<sup>+</sup> + {{fchim|NR|3}}
* {{H2O}} + H<sup>+</sup> {{équil}} {{fchim|H|3|O<sup>+</sup>}}.
D'où l'équation acide-base de solvatation :
* {{fchim|N<sup>+</sup>R|4}} + {{H2O}} {{équil}} {{fchim|H|3|O<sup>+</sup>}} + {{fchim|NR|3}}.

== Chimie ==
[[Fichier:Hydrochloric acid ammonia.jpg|vignette|Fumée blanche ([[chlorure d'ammonium]], toxique) produite par la réaction dans l'air d'[[acide chlorhydrique]] et d'[[ammoniaque]].]]

L'ion ammonium est généré par la réaction de l'ammoniac (une [[base faible]]) avec [[Théorie de Brønsted-Lowry|un acide de Brønsted]] (donneurs de [[proton]]s) :
:H<sup>+</sup> + {{NH3}} → <chem>NH4+</chem>.

La paire libre d'électrons de l'atome d'azote dans l'ammoniac est représentée comme une paire de points. Cette paire d'électrons forme la liaison avec un [[proton]] (H<sup>+</sup>).

L'ion ammonium est un acide conjugué relativement faible, qui réagit avec les ''bases de Brønsted'' pour revenir à l'état de molécule d'ammoniac non chargé :
:<chem>NH4+</chem> + B → HB<sup>+</sup> + {{NH3}}.

Lorsque l'ammoniac est dissous dans de l'eau, une quantité importante de celui-ci réagit avec l'[[ion hydronium]] de l'eau pour donner des ions ''ammonium'' :
:{{chem|H|3|O}}<sup>+</sup> + {{NH3}} → {{H2O}} + <chem>NH4+</chem>.

Le taux d'ammoniac converti en ion ammonium dépend du pH de la solution.
Si le pH est bas (c'est-à-dire s'il y a une forte concentration en ions hydronium), les changements s'équilibrent en produisant une plus grande conversion d'ammoniac (par protonation) en ions ammonium. Si au contraire le pH est élevé (la concentration en ions hydronium est faible), l'équilibre est obtenu avec captage de protons de l'ion ammonium par les ions hydroxyde, générant de l'ammoniac.

La formation de composés d'ammonium peut également se produire en phase vapeur, par exemple, lorsque la vapeur d'ammoniac entre en contact avec la vapeur de [[chlorure d'hydrogène]] (HCl), un nuage blanc de forme de [[chlorure d'ammonium]] qui se déposera éventuellement en une fine couche blanche sur les surfaces.

Les cations ''ammonium'' ressemblent à des ions de [[métal alcalin]] tels que ceux du [[sodium]], Na<sup>+</sup>, ou du [[potassium]], K<sup>+</sup>, et peuvent être trouvés dans des [[Sel (chimie)|sels]] comme le [[bicarbonate d'ammonium]], [[chlorure d'ammonium]] ou [[nitrate d'ammonium]].

La plupart des sels d'ammonium simples sont très [[soluble]]s dans l'eau.

Ces ions ammonium ont une grande importance en chimie car :
* ils sont des porteurs de charges positives à l'intérieur de molécules organiques et sont utiles dans des applications comme les [[résine échangeuse d'ions|résines échangeuses d'ions]] ;
* le [[sulfate d'ammonium]] est un des [[engrais]] chimiques qui ont permis l'agriculture industrielle ;
* les ions ammonium peuvent se dissoudre dans le [[Mercure (chimie)|mercure]] pour former un [[Amalgame (métallurgie)#Amalgame d'ammonium|amalgame]]. En pratique, on peut en fabriquer par l'électrolyse d'une solution d'ammonium avec une électrode de mercure<ref>{{en}} [http://www.hull.ac.uk/chemistry/intro_inorganic/Chap9.htm ''Pseudo-binary compounds''].</ref>. Mais cet amalgame se décompose spontanément pour donner de l'ammoniac et de l'hydrogène<ref>{{en}} [http://www.vias.org/encyclopedia/chem_ammonia_salts.html VIAS Encyclopedia: ''Ammonium Salts''].</ref>.

== Liaisons ==
Dans l'ion ammonium, l'atome d'azote forme quatre [[liaison covalente|liaisons covalentes]] (dont une [[liaison covalente de coordination]]), au lieu de trois comme dans l'[[ammoniaque]], formant une structure qui est [[isoélectronique]] (électroniquement semblable) à celle d'une molécule de [[méthane]].

== Notes et références ==
<references />

== Voir aussi ==
=== Articles connexes ===
{{colonnes|taille=18|
* [[Ammoniac]]
* [[Anammox]]
* [[Dichromate d'ammonium]]
* [[Détergent]]
* [[Tensioactif]]
* [[Ammonium quaternaire]]
* [[Laurylsulfate d'ammonium]]
* [[Réactif de Berthelot]]
}}

=== Bibliographie ===
{{...}}

=== Liens externes ===
{{...}}

{{Portail|chimie}}

[[Catégorie:Cation]]
[[Catégorie:Composé de l'ammonium|*]]
[[Catégorie:Espèce chimique détectée dans le milieu interstellaire ou circumstellaire]]