Ион аммония (NH4 +) Формула, свойства и использование

ион аммония является положительно заряженным многоатомным катионом, химическая формула которого NH₄⁺. Молекула не плоская, но имеет форму тетраэдра. Четыре атома водорода составляют четыре угла.

Азот аммиака имеет пару неразделенных электронов, способных принимать протон (основание Льюиса), поэтому ион аммония образуется при протонировании аммиака в соответствии с реакцией: NH₃ + H⁺ → NH₄⁺

Аммоний также представляет собой замещенные замещенные амины или замещенные катионы аммония. Например, хлорид метиламмония представляет собой ионную соль формулы CH₃Нью-Гемпшир₄Cl, где хлорид-ион связан с метиламином.

Ион аммония обладает свойствами, очень похожими на более тяжелые щелочные металлы, и часто считается близким родственником. Ожидается, что аммоний будет вести себя как металл при очень высоких давлениях, например, внутри гигантских газовых планет, таких как Уран и Нептун.

Ион аммония играет важную роль в синтезе белков в организме человека. Короче говоря, все живые существа нуждаются в белках, которые образованы примерно 20 различными аминокислотами. В то время как растения и микроорганизмы могут синтезировать большинство аминокислот из азота в атмосфере, животные не могут.

Для человека некоторые аминокислоты вообще не могут быть синтезированы и должны потребляться как незаменимые аминокислоты..

Другие аминокислоты, однако, могут быть синтезированы микроорганизмами в желудочно-кишечном тракте с помощью ионов аммиака. Таким образом, эта молекула является ключевой фигурой в азотном цикле и в синтезе белков.

индекс

• 1 свойства
  • 1.1 Растворимость и молекулярный вес
  • 1.2 Кислотно-основные свойства
  • 1.3 Соли аммония
• 2 использования
• 3 Ссылки

свойства

Растворимость и молекулярный вес

Ион аммония имеет молекулярную массу 18 039 г / моль и растворимость 10,2 мг / мл воды (Национальный центр биотехнологической информации, 2017). При растворении аммиака в воде ион аммония образуется по реакции:

Нью-Гемпшир₃ + H₂O → NH₄⁺ + Огайо^-

Это увеличивает концентрацию гидроксила в среде, увеличивая рН раствора (Royal Society of Chemistry, 2015).

Кислотно-основные свойства

Ион аммония имеет pKb 9,25. Это означает, что при рН выше это значение будет иметь кислое поведение, а при более низком рН будет иметь основное поведение.

Например, при растворении аммиака в уксусной кислоте (рКа = 4,76) свободная электронная пара азота отбирает протон из среды, увеличивая концентрацию гидроксид-ионов в соответствии с уравнением:

Нью-Гемпшир₃ + СН₃COOH ⇌ NH₄⁺ + СН₃COO^-

Однако в присутствии сильного основания, такого как гидроксид натрия (pKa = 14,93), ион аммония дает протон в среду в соответствии с реакцией:

Нью-Гемпшир₄⁺ + NaOH ⇌ NH₃ + не доступно⁺ + H₂О

В заключение, при рН ниже 9,25 азот будет протонироваться, а при рН выше этого значения он будет депротонирован. Это очень важно для понимания кривых титрования и понимания поведения таких веществ, как аминокислоты.

Соли аммония

Одним из наиболее характерных свойств аммиака является его способность соединяться непосредственно с кислотами с образованием солей в соответствии с реакцией:

Нью-Гемпшир₃ + HX → NH₄X

Таким образом, с соляной кислотой образуется хлорид аммония (NH₄Cl); С азотной кислотой, аммиачной селитрой (NH₄НЕТ₃), с углекислотой образуется карбонат аммония ((NH₄)₂Колорадо₃) и т. д..

Было продемонстрировано, что совершенно сухой аммиак не будет сочетаться с идеально сухой соляной кислотой, а влажность необходима для реакции (VIAS Encyclopedia, 2004).

Самые простые соли аммония очень хорошо растворяются в воде. Исключением является гексахлороплатинат аммония, образование которого используется в качестве теста на аммоний. Соли нитрата аммония и особенно перхлората очень взрывоопасны, в этих случаях аммоний является восстановителем.

В необычном процессе ионы аммония образуют амальгаму. Такие виды получают электролизом раствора аммония с использованием ртутного катода. Эта амальгама в конечном итоге разлагается с выделением аммиака и водорода (Johnston, 2014).

Одной из наиболее распространенных солей аммония является гидроксид аммония, который просто растворяется в воде. Это соединение очень распространено и встречается в природе в окружающей среде (в воздухе, воде и почве) и у всех растений и животных, включая человека..

приложений

Аммоний является важным источником азота для многих видов растений, особенно тех, которые растут на гипоксических почвах. Тем не менее, он также токсичен для большинства видов сельскохозяйственных культур и редко применяется в качестве единственного источника азота (база данных, метаболом человека, 2017).

Азот (N), связанный с белками в мертвой биомассе, потребляется микроорганизмами и превращается в ионы аммония (NH4 +), которые могут непосредственно поглощаться корнями растений (например, рисом).

Ионы аммония обычно преобразуются в нитрит-ионы (NO2-) бактериями nitrosomonas с последующим повторным превращением в нитрат (NO3-) бактерий Nitrobacter..

Тремя основными источниками азота, используемыми в сельском хозяйстве, являются мочевина, аммоний и нитрат. Биологическое окисление аммония до нитрата известно как нитрификация. Этот процесс состоит из нескольких этапов и опосредуется автотрофными, обязательными аэробными бактериями..

В затопленных почвах окисление NH4 + ограничено. Мочевина разлагается под действием фермента уреазы или химически гидролизуется до аммиака и CO2.

На стадии аммонификации аммиак с помощью аммонизирующих бактерий превращается в ион аммония (NH4 +). На следующем этапе аммоний превращается нитрифицирующими бактериями в нитрат (нитрификация).

Эта форма, очень подвижный азот, чаще всего поглощается корнями растений, а также микроорганизмами в почве..

Чтобы замкнуть азотный цикл, газообразный азот в атмосфере преобразуется в азот биомассы бактериями ризобия, которые живут в корневых тканях бобовых (например, люцерны, гороха и бобов) и бобовых (таких как ольха) а также цианобактериями и азотобактерами (Sposito, 2011).

Через аммоний (NH4 +) водные растения могут поглощать и включать азот в белки, аминокислоты и другие молекулы. Высокие концентрации аммония могут увеличить рост водорослей и водных растений.

Гидроксид аммония и другие соли аммония широко используются в пищевой промышленности. Положения Управления по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) гласят, что гидроксид аммония является безопасным («общепризнанным безопасным» или GRAS) в качестве дрожжевого агента, средства контроля pH и отделочного агента. поверхностный в еде.

Список продуктов, в которых гидроксид аммония используется в качестве прямой пищевой добавки, обширен и включает выпечку, сыры, шоколад, другие кондитерские изделия (например, конфеты) и пудинги. Гидроксид аммония также используется в качестве антимикробного агента в мясных продуктах.

Аммиак в других формах (например, сульфат аммония, альгинат аммония) используется в приправах, изолятах соевого белка, закусках, джемах и желе, а также в безалкогольных напитках (ассоциация нитрата калия PNA, 2016).

Измерение содержания аммония используется в тесте RAMBO, особенно полезно при диагностике причины ацидоза (идентификатор теста: RAMBO Ammonium, Random, Urine, S.F.). Почка регулирует экскрецию кислоты и системный кислотно-щелочной баланс.

Изменение количества аммония в моче является важным способом для почек выполнить эту задачу. Измерение уровня аммония в моче может помочь понять причину изменения кислотно-щелочного баланса у пациентов..

Уровень аммония в моче может также предоставить много информации о ежедневной выработке кислоты у данного пациента. Так как большая часть кислотной нагрузки человека происходит из-за употребления в пищу белков, количество аммония в моче является хорошим показателем потребления белка в рационе..

Измерения содержания аммония в моче могут быть особенно полезны для диагностики и лечения пациентов с камнями в почках:

• Высокий уровень аммония в моче и низкий уровень рН в моче предполагают продолжающиеся желудочно-кишечные потери. Эти пациенты подвержены риску образования камней из мочевой кислоты и оксалата кальция..
• Небольшое количество аммония в моче и высокий рН мочи свидетельствует о почечном канальцевом ацидозе. Эти пациенты подвержены риску кальций-фосфатных камней.
• Пациентов с камнями оксалата кальция и фосфатом кальция часто лечат цитратом для повышения уровня цитрата мочи (естественного ингибитора роста оксалата кальция и кристаллов фосфата кальция)..

Тем не менее, поскольку цитрат метаболизируется в бикарбонат (основание), этот препарат также может повысить рН мочи. Если при обработке цитратом рН мочи слишком высок, риск возникновения фосфатных камней может быть непреднамеренно повышен.

Мониторинг мочи аммония - это способ титровать дозу цитрата и избежать этой проблемы. Хорошая доза исходного цитрата составляет примерно половину экскреции аммония с мочой (в мг-экв каждого).

Вы можете отслеживать влияние этой дозы на значения аммония, цитрата и рН мочи, а также корректировать дозу цитрата в зависимости от реакции. Падение аммония в моче должно указывать на то, достаточно ли текущего цитрата, чтобы частично (но не полностью) противодействовать ежедневной кислотной нагрузке этого пациента.

ссылки

1. База данных, метаболом человека. (2017, 2 марта). Показаны метабокарды для аммония. Получено от: hmdb.ca.
2. Джонстон Ф.Дж. (2014). Соль аммония. выздоровел от accessscience: accessscience.com.
3. Национальный центр биотехнологической информации. (2017, 25 февраля). База данных PubChem Compound; CID = 16741146. Получено из ПабХима.
4. ПНК калий нитратная ассоциация. (2016). Нитрат (NO3-) по сравнению с аммонием (NH4 +). восстановлено с kno3.org.
5. Королевское химическое общество. (2015). Ион аммония. Получено с chemspider: chemspider.com.
6. Спозито Г. (2011, 2 сентября). Почва. Извлечено из энциклопедии Британника: britannica.com.
7. Идентификатор теста: РАМБО Аммоний, Рандом, Моча. (S.F.). Восстановленный от encyclopediamayomedicallaboratorie.com.
8. ВИАС Энциклопедия. (2004 г., 22 декабря). Соли аммония. Восстановлено из энциклопедии vias.org.