Ammoniumion (NH4 +): Formel, egenskaper og anvendelser

Ammoniumionet er en positivt ladet polyatomisk kation hvis kjemiske formel er NH4 +. Molekylet er ikke flatt, men har formen av en tetraeder. De fire hydrogenatomer utgjør de fire hjørnene.

Ammoniakkens nitrogen har et par ikke-delte elektroner som er i stand til å akseptere en proton (Lewis-base), derfor blir ammoniumionen dannet ved protonering av ammoniakken i henhold til reaksjonen: NH3 + H + → NH4 +

Ammonium er også substituert substituerte aminer eller substituerte ammoniumkationer. For eksempel er metylammoniumklorid et ionisk salt av formel CH3NH4Cl hvor kloridjonen er festet til en metylamin.

Ammoniumionet har egenskaper som ligner de tyngre alkalimetaller og anses ofte som en nær slektning. Ammonium forventes å oppføre seg som et metall ved svært høye trykk, for eksempel innenfor gigantiske gasplaneter som Uranus og Neptune.

Ammoniumionen spiller en viktig rolle i syntesen av proteiner i menneskekroppen. Kort sagt, alle levende vesener trenger proteiner, som dannes av rundt 20 forskjellige aminosyrer. Mens planter og mikroorganismer kan syntetisere de fleste aminosyrer fra nitrogen i atmosfæren, kan dyr ikke.

For mennesker, noen aminosyrer kan ikke syntetiseres i det hele tatt og må konsumeres som essensielle aminosyrer.

Andre aminosyrer kan imidlertid syntetiseres av mikroorganismer i mage-tarmkanalen ved hjelp av ammoniakkioner. Dermed er dette molekylet en nøkkelfigur i nitrogensyklusen og i syntesen av proteiner.

egenskaper

Løselighet og molekylvekt

Ammoniumionen har en molekylvekt på 18.039 g / mol og en oppløselighet på 10, 2 mg / ml vann (Nasjonalt senter for bioteknologisk informasjon, 2017). Ved oppløsning av ammoniakk i vann dannes ammoniumjonen i henhold til reaksjonen:

NH3 + H20 → NH4 + + OH-

Dette øker konsentrasjonen av hydroksyl i mediet som øker pH i løsningen (Royal Society of Chemistry, 2015).

Sure basegenskaper

Ammoniumionet har en pKb på 9, 25. Dette betyr at ved pH over denne verdien vil ha en sur oppførsel og ved lavere pH vil ha en grunnleggende oppførsel.

For eksempel, når det løses ammoniakk i eddiksyre (pKa = 4, 76), tar det frie elektronpar av nitrogen en proton fra mediet som øker konsentrasjonen av hydroksidioner i henhold til ligningen:

NH3 + CH3COOH + NH4 + + CH3COO-

Imidlertid, i nærvær av en sterk base, slik som natriumhydroksyd (pKa = 14, 93), gir ammoniumjonen en proton til mediet i henhold til reaksjonen:

NH4 + + NaOH + NH3 + Na + + H20

Til slutt, ved pH lavere enn 9, 25, vil nitrogen bli protonert, mens ved pH høyere enn den verdien blir deprotonert. Dette er svært viktig når man forstår titreringskurver og forstår atferd av stoffer som aminosyrer.

Ammoniumsalter

En av ammoniakkens mest karakteristiske egenskaper er dens evne til å kombinere direkte med syrer for å danne salter i henhold til reaksjonen:

NH3 + HX → NH4X

Således danner det med saltsyre ammoniumklorid (NH4Cl); Med salpetersyre vil ammoniumnitrat (NH4NO3), med karbonsyre, danne ammoniumkarbonat ((NH4) 2C03) etc.

Det har vist seg at helt tørr ammoniakk ikke vil bli kombinert med perfekt tørr saltsyre, fuktigheten er nødvendig for å forårsake reaksjonen (VIAS Encyclopedia, 2004).

De fleste enkle ammoniumsalter er svært oppløselige i vann. Et unntak er ammonium hexachloroplatinat, hvis formasjon brukes som en test for ammonium. Saltene av ammoniumnitrat og spesielt perklorat er svært eksplosive, i disse tilfeller er ammonium reduksjonsmiddelet.

I en uvanlig prosess danner ammoniumioner et amalgam. Slike arter fremstilles ved elektrolyse av en ammoniumoppløsning ved bruk av en kvikksølvkatode. Denne amalgam nedbryter til slutt å frigjøre ammoniakk og hydrogen (Johnston, 2014).

En av de vanligste ammoniumsalter er ammoniumhydroksyd, som bare er ammoniakk oppløst i vann. Denne forbindelsen er svært vanlig og forekommer naturlig i miljøet (i luft, vann og jord) og i alle planter og dyr, inkludert mennesker.

søknader

Ammonium er en viktig kilde til nitrogen for mange plantearter, spesielt de som vokser på hypoksiske jordarter. Det er imidlertid også giftig for de fleste avlinger, og brukes sjelden som den eneste nitrogenkilden (Database, Human Metabolome, 2017).

Nitrogen (N), bundet til proteiner i død biomasse, forbrukes av mikroorganismer og omdannes til ammoniumioner (NH4 +) som kan absorberes direkte av plantens røtter (for eksempel ris).

Ammoniumioner omdannes vanligvis til nitrittioner (NO2-) av nitrosomonas-bakteriene, etterfulgt av en ny omdannelse til nitrat (NO3-) av Nitrobacter-bakterier.

De tre viktigste nitrogenkildene som brukes i landbruket er urea, ammonium og nitrat. Den biologiske oksidasjonen av ammonium til nitrat er kjent som nitrifikasjon. Denne prosessen vurderer flere trinn og er formidlet av autotrofiske, obligatoriske aerobic bakterier.

I oversvømmet jord er oksydasjonen av NH4 + begrenset. Urea nedbrytes med ureaseenzymet eller kjemisk hydrolyseres til ammoniakk og CO2.

I ammoniakkeringstrinnet omdannes ammoniakk ved hjelp av ammoniakkende bakterier til ammoniumion (NH4 +). I neste trinn omdannes ammonium ved nitrifiserende bakterier til nitrat (nitrifikasjon).

Denne formen, veldig mobil nitrogen, absorberes mest av planters røtter, så vel som av mikroorganismer i jorda.

For å lukke nitrogensyklusen blir gassformig nitrogen i atmosfæren omdannet til biomasse nitrogen ved Rhizobium bakterier som lever i rovvev av belgfrukter (for eksempel alfalfa, erter og bønner) og belgfrukter (som alder) og av cyanobakteriene og Azotobacter (Sposito, 2011).

Gjennom ammonium (NH4 +) kan akvatiske planter absorbere og inkorporere nitrogen i proteiner, aminosyrer og andre molekyler. Høye konsentrasjoner av ammonium kan øke veksten av alger og akvatiske planter.

Ammoniumhydroksid og andre ammoniumsalter er mye brukt i matbehandling. FDA-forskriftene angir at ammoniumhydroksid er trygt ("generelt anerkjent som trygt" eller GRAS) som et gjærmiddel, pH-kontrollmiddel og etterbehandling. overfladisk i mat.

Listen over matvarer der ammoniumhydroksyd brukes som direkte tilsetningsstoff er omfattende og inkluderer bakevarer, oster, sjokolade, andre konfektprodukter (f.eks. Candies) og puddinger. Ammoniumhydroksid brukes også som et antimikrobielt middel i kjøttprodukter.

Ammoniak i andre former (f.eks. Ammoniumsulfat, ammoniumalginat) brukes i krydder, soyaproteinisolater, snacks, syltetøy og gelé og ikke-alkoholholdige drikkevarer (PNA kaliumnitratforening, 2016).

Ammoniummåling brukes i RAMBO-testen, spesielt nyttig ved å diagnostisere årsaken til en acidose (Test ID: RAMBO Ammonium, Random, Urine, SF). Nyren regulerer syreutskillelse og systemisk syrebasebalanse.

Å endre mengden ammonium i urinen er en viktig måte for nyrene å utføre denne oppgaven. Måling av ammoniumnivån i urinen kan gi forståelse for årsaken til en endring av syrebasenes balanse hos pasienter.

Nivået av ammonium i urinen kan også gi mye informasjon om daglig produksjon av syre i en gitt pasient. Siden det meste av en persons syrebelastning kommer fra inntatt proteiner, er mengden ammonium i urinen en god indikator for proteininntak i dietten.

Ammoniummålinger i urin kan være spesielt nyttige for diagnostisering og behandling av pasienter med nyrestein:

• Høye nivåer av ammonium i urin og en lav pH på urinene tyder på kontinuerlige gastrointestinale tap. Disse pasientene er i fare for urinsyre og kalsiumoksalatstein.
• En liten ammonium i urinen og høy pH i urinen antyder renal tubulær acidose. Disse pasientene er i fare for kalsiumfosfatstein.
• Pasienter med kalsiumoksalatstene og kalsiumfosfat blir ofte behandlet med citrat for å heve urincitrat (en naturlig hemmer av kalsiumoksalat og veksten av kalsiumfosfatkrystall).

Men siden citrat metaboliseres i bikarbonat (en base), kan dette legemidlet også øke pH i urinen. Hvis pH i urinen er for høy med citratbehandling, kan risikoen for kalsiumfosfatstene økes utilsiktet.

Overvåking av ammoniumurin er en måte å titrere citratdosen på og unngå dette problemet. En god dose av innledende citrat er omtrent halvparten av utskillelsen av ammonium i urinen (i mEq av hver).

Du kan overvåke effekten av denne dosen på verdiene av ammonium, citrat og pH i urinen, og juster dosen av citrat basert på responsen. En dråpe i ammoniakk av urin skal indikere om dagens citrat er tilstrekkelig til delvis (men ikke fullstendig) å motvirke den daglige syrebelastningen til den givne pasienten.