Ιόν αμμωνίου (NH4 +) Τύπος, ιδιότητες και χρήσεις



Το ιόντων αμμωνίου είναι ένα θετικά φορτισμένο πολυατομικό κατιόν του οποίου ο χημικός τύπος είναι ΝΗ4+. Το μόριο δεν είναι επίπεδο, αλλά έχει σχήμα τετράεδρου. Τα τέσσερα άτομα υδρογόνου αποτελούν τις τέσσερις γωνίες.

Το άζωτο της αμμωνίας έχει ένα ζευγάρι μη κοινόχρηστα ηλεκτρόνια ικανά να δέχονται ένα πρωτόνιο (βάση Lewis) εξ ου και το ιόν αμμωνίου σχηματίζεται από την πρωτονίωση της αμμωνίας σύμφωνα με την αντίδραση: ΝΗ3 + H+ → ΝΗ4+

Το αμμώνιο είναι επίσης υποκατεστημένες υποκατεστημένες αμίνες ή υποκατεστημένα κατιόντα αμμωνίου. Για παράδειγμα, το χλωριούχο μεθυλαμμώνιο είναι ένα ιοντικό άλας του τύπου CH3NH4Cl όπου το χλωριούχο ιόν δεσμεύεται με μεθυλαμίνη.

Το ιόν αμμωνίου έχει ιδιότητες πολύ παρόμοιες με τα βαρύτερα αλκαλικά μέταλλα και συχνά θεωρείται στενός συγγενής. Το αμμώνιο αναμένεται να συμπεριφέρεται σαν μέταλλο σε πολύ υψηλές πιέσεις, όπως σε πλανήτες γιγαντιαίων αερίων όπως ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας.

Το ιόν αμμωνίου παίζει σημαντικό ρόλο στη σύνθεση πρωτεϊνών στο ανθρώπινο σώμα. Εν ολίγοις, όλα τα έμβια όντα χρειάζονται πρωτεΐνες, οι οποίες σχηματίζονται από περίπου 20 διαφορετικά αμινοξέα. Ενώ τα φυτά και οι μικροοργανισμοί μπορούν να συνθέσουν τα περισσότερα αμινοξέα από το άζωτο στην ατμόσφαιρα, τα ζώα δεν μπορούν.

Για τους ανθρώπους, ορισμένα αμινοξέα δεν μπορούν να συντίθενται καθόλου και πρέπει να καταναλώνονται ως απαραίτητα αμινοξέα.

Άλλα αμινοξέα, ωστόσο, μπορούν να συντεθούν από μικροοργανισμούς στην γαστρεντερική οδό με τη βοήθεια ιόντων αμμωνίας. Έτσι, αυτό το μόριο είναι βασικό στοιχείο στον κύκλο του αζώτου και στη σύνθεση πρωτεϊνών.

Ευρετήριο

  • 1 Ιδιότητες
    • 1.1 Διαλυτότητα και μοριακό βάρος
    • 1.2 Οξικές βάσεις
    • 1.3 Άλατα αμμωνίου
  • 2 Χρήσεις
  • 3 Αναφορές

Ιδιότητες

Διαλυτότητα και μοριακό βάρος

Το ιόν αμμωνίου έχει μοριακό βάρος 18,039 g / mol και διαλυτότητα 10,2 mg / ml νερού (Εθνικό Κέντρο Βιοτεχνολογικών Πληροφοριών, 2017). Όταν διαλύεται η αμμωνία σε νερό, το ιόν αμμωνίου σχηματίζεται σύμφωνα με την αντίδραση:

NH3 + H2O → NH4+ + OH-

Αυτό αυξάνει τη συγκέντρωση υδροξυλίου στο μέσο αυξάνοντας το ρΗ του διαλύματος (Royal Society of Chemistry, 2015).

Οξικές βάσεις

Το ιόν αμμωνίου έχει pKb 9,25. Αυτό σημαίνει ότι σε pH πάνω από αυτή την τιμή θα έχει μια όξινη συμπεριφορά και σε χαμηλότερο pH θα έχει μια βασική συμπεριφορά.

Για παράδειγμα, δια διαλύσεως αμμωνίας σε οξικό οξύ (pKa = 4.76), η ελεύθερη ζεύγος ηλεκτρονίων του αζώτου παίρνει ένα πρωτόνιο από το μέσο με την αύξηση της συγκέντρωσης των ιόντων υδροξειδίου σύμφωνα με την εξίσωση:

NH3 + CH3COOH ⇌ NH4+ + CH3COO-

Ωστόσο, παρουσία ισχυρής βάσης, όπως υδροξειδίου του νατρίου (ρΚα = 14.93), το ιόν αμμωνίου αποδίδει ένα πρωτόνιο στο μέσο σύμφωνα με την αντίδραση:

NH4+ + NaOH ⇌ NH3 + Na+ + H2Ο

Εν κατακλείδι, σε ρΗ μικρότερο από 9.25, το άζωτο θα πρωτονιωθεί, ενώ σε ρΗ υψηλότερο από αυτή την τιμή θα αποπρωτονιωθεί. Αυτό είναι πολύ σημαντικό στην κατανόηση των καμπυλών τιτλοδότησης και στην κατανόηση της συμπεριφοράς των ουσιών όπως τα αμινοξέα.

Άλατα αμμωνίου

Μία από τις πιο χαρακτηριστικές ιδιότητες της αμμωνίας είναι η δύναμή της να συνδυάζεται άμεσα με οξέα για να σχηματίσει άλατα σύμφωνα με την αντίδραση:

NH3 + HX → NH4Χ

Έτσι, με το υδροχλωρικό οξύ, σχηματίζει χλωριούχο αμμώνιο (ΝΗ4Cl); Με νιτρικό οξύ, το νιτρικό αμμώνιο (NH4Όχι3), με ανθρακικό οξύ θα σχηματίσουν ανθρακικό αμμώνιο ((ΝΗ4)2CO3) κλπ.

Έχει αποδειχθεί ότι η απόλυτα ξηρή αμμωνία δεν θα συνδυαστεί με απολύτως ξηρό υδροχλωρικό οξύ, καθώς η υγρασία είναι απαραίτητη για να προκαλέσει την αντίδραση (VIAS Encyclopedia, 2004).

Τα περισσότερα απλά άλατα αμμωνίου είναι πολύ διαλυτά στο νερό. Εξαίρεση είναι το εξαχλωρολευκόχρυσο του αμμωνίου, του οποίου ο σχηματισμός χρησιμοποιείται ως δοκιμή για το αμμώνιο. Τα άλατα του νιτρικού αμμωνίου και ιδιαίτερα του υπερχλωρικού είναι εξαιρετικά εκρηκτικά, σε αυτές τις περιπτώσεις το αμμώνιο είναι ο αναγωγικός παράγοντας.

Σε μια ασυνήθιστη διαδικασία, τα ιόντα αμμωνίου σχηματίζουν ένα αμάλγαμα. Τέτοια είδη παρασκευάζονται με ηλεκτρόλυση διαλύματος αμμωνίου χρησιμοποιώντας μια κάθοδο υδραργύρου. Αυτό το αμάλγαμα αποσυντίθεται τελικά για να απελευθερώσει αμμωνία και υδρογόνο (Johnston, 2014).

Ένα από τα πιο κοινά άλατα αμμωνίου είναι το υδροξείδιο αμμωνίου, το οποίο είναι απλώς αμμωνία διαλελυμένο σε νερό. Αυτή η ένωση είναι πολύ κοινή και βρίσκεται φυσικά στο περιβάλλον (αέρα, νερό και έδαφος) και σε όλα τα φυτά και τα ζώα, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων.

Χρησιμοποιεί

Αμμώνιο είναι μια σημαντική πηγή αζώτου για πολλά είδη φυτών, ειδικά εκείνων που καλλιεργούνται σε υποξικές εδάφη. Ωστόσο, είναι επίσης τοξικό για τα περισσότερα είδη καλλιεργειών και σπάνια εφαρμόζονται ως πηγή μοναδικός αζώτου (Database, Human μεταβολιτών, 2017).

Το άζωτο (N), δεσμευμένο σε πρωτεΐνες σε νεκρή βιομάζα, καταναλώνεται από μικροοργανισμούς και μετατρέπεται σε ιόντα αμμωνίου (NH4 +) τα οποία μπορούν να απορροφηθούν άμεσα από τις ρίζες των φυτών (π.χ. ρύζι).

Τα ιόντα αμμωνίου μετατρέπονται συνήθως σε ιόντα νιτρωδών (ΝΟ2-) από τα βακτήρια νιτροζωμόνων, ακολουθούμενα από δεύτερη μετατροπή σε νιτρικό (ΝΟ3-) από βακτήρια Nitrobacter.

Οι τρεις κύριες πηγές αζώτου που χρησιμοποιούνται στη γεωργία είναι η ουρία, το αμμώνιο και τα νιτρικά άλατα. Η βιολογική οξείδωση του αμμωνίου σε νιτρικό άλας είναι γνωστή ως νιτροποίηση. Αυτή η διαδικασία εξετάζει διάφορα στάδια και προκαλείται από αυτοτροφικά, υποχρεωτικά αερόβια βακτήρια.

Στα πλημμυρισμένα εδάφη, η οξείδωση του ΝΗ4 + περιορίζεται. Η ουρία αποσυντίθεται από το ένζυμο ουρεάση ή χημικώς υδρολύεται σε αμμωνία και CO2.

Στο στάδιο της αμμωνίας, η αμμωνία μετατρέπεται μέσω αμμωνιακών βακτηριδίων στο ιόν αμμωνίου (NH4 +). Στο επόμενο βήμα το αμμώνιο μετατρέπεται από νιτροποιητικά βακτήρια σε νιτρικά (νιτροποίηση).

Αυτή η μορφή, πολύ κινητό άζωτο, απορροφάται συνήθως από τις ρίζες των φυτών, καθώς και από μικροοργανισμούς στο έδαφος.

Για να κλείσει το άζωτο κύκλο, το αέριο αζώτου στην ατμόσφαιρα γίνεται βιομάζας αζώτου από βακτήρια Rhizobium που ζουν σε ιστούς ρίζας του όσπρια (π.χ., μηδική, μπιζέλια και τα φασόλια) και όσπρια (όπως σκλήθρα) και από τα κυανοβακτήρια και το Azotobacter (Sposito, 2011).

Μέσω του αμμωνίου (NH4 +) τα υδρόβια φυτά μπορούν να απορροφήσουν και να ενσωματώσουν άζωτο σε πρωτεΐνες, αμινοξέα και άλλα μόρια. Οι υψηλές συγκεντρώσεις αμμωνίου μπορούν να αυξήσουν την ανάπτυξη φυκών και υδρόβιων φυτών.

Το υδροξείδιο αμμωνίου και άλλα άλατα αμμωνίου χρησιμοποιούνται ευρέως στην επεξεργασία τροφίμων. Κανονισμοί Food and Drug Administration (FDA, για ακρωνύμιο του) δηλώνουν ότι το υδροξείδιο αμμωνίου είναι ασφαλής ( «γενικά αναγνωρισμένη ως ασφαλής» GRAS) σαν διογκωτικό παράγοντα, παράγοντα ελέγχου του ρΗ και παράγοντα φινιρίσματος επιφανειακή σε τρόφιμα.

Ο κατάλογος των τροφίμων στα οποία το υδροξείδιο του αμμωνίου χρησιμοποιείται ως άμεσο πρόσθετο τροφίμων είναι εκτεταμένο και περιλαμβάνει ψημένα προϊόντα, τυριά, σοκολάτες, άλλα προϊόντα ζαχαροπλαστικής (π.χ. καραμέλες) και πουτίγκα. Το υδροξείδιο αμμωνίου χρησιμοποιείται επίσης ως αντιμικροβιακός παράγοντας σε προϊόντα κρέατος.

Αμμωνία σε άλλες μορφές (για παράδειγμα, θειικό αμμώνιο, αλγινικό αμμώνιο) χρησιμοποιείται σε καρυκεύματα, πρωτεΐνη σόγιας απομονώνει, σνακ, μαρμελάδες και ζελέ και αναψυκτικά (PNA συνδέσμου νιτρικό κάλιο, 2016).

Η μέτρηση αμμωνίου χρησιμοποιείται στη δοκιμή RAMBO, ιδιαίτερα χρήσιμη στη διάγνωση της αιτίας μιας οξέωσης (Test ID: RAMBO Ammonium, Random, Urine, S.F.). Ο νεφρός ρυθμίζει την όξινη απέκκριση και την ισορροπία βασικών οξέων.

Η αλλαγή της ποσότητας αμμωνίου στα ούρα είναι ένας σημαντικός τρόπος για τους νεφρούς να πραγματοποιήσουν αυτό το έργο. Η μέτρηση του επιπέδου αμμωνίου στα ούρα μπορεί να δώσει μια κατανόηση της αιτίας της αλλαγής της ισορροπίας της όξινης βάσης στους ασθενείς.

Το επίπεδο αμμωνίου στα ούρα μπορεί επίσης να παρέχει πολλές πληροφορίες σχετικά με την ημερήσια παραγωγή οξέος σε έναν δεδομένο ασθενή. Δεδομένου ότι το μεγαλύτερο μέρος του οξέος φορτίου ενός ατόμου προέρχεται από προσλαμβανόμενες πρωτεΐνες, η ποσότητα αμμωνίου στα ούρα είναι ένας καλός δείκτης της πρόσληψης πρωτεΐνης στη διατροφή.

Οι μετρήσεις αμμωνίου στα ούρα μπορούν να είναι ιδιαίτερα χρήσιμες για τη διάγνωση και τη θεραπεία ασθενών με πέτρες στα νεφρά:

  • Τα υψηλά επίπεδα αμμωνίου στα ούρα και το χαμηλό pH των ούρων υποδηλώνουν συνεχιζόμενες απώλειες του γαστρεντερικού σωλήνα. Αυτοί οι ασθενείς διατρέχουν κίνδυνο για ουρικού οξέος και οξαλικού ασβεστίου.
  • Λίγο αμμωνία στα ούρα και υψηλό pH των ούρων υποδηλώνει νεφρική σωληνωτή οξέωση. Αυτοί οι ασθενείς διατρέχουν κίνδυνο για πέτρες φωσφορικού ασβεστίου.
  • Οι ασθενείς με πέτρες οξαλικού ασβεστίου και φωσφορικό ασβέστιο συχνά υποβάλλονται σε θεραπεία με κιτρικό άλας για να αυξήσουν το κιτρικό ούρα (φυσικός αναστολέας της ανάπτυξης οξαλικού ασβεστίου και φωσφορικού ασβεστίου).

Ωστόσο, δεδομένου ότι το κιτρικό μεταβολίζεται σε δισανθρακικό (βάση), το φάρμακο αυτό μπορεί επίσης να αυξήσει το pH των ούρων. Εάν το pH των ούρων είναι πολύ υψηλό με την αγωγή με κιτρικό, ο κίνδυνος πέτρες φωσφορικού ασβεστίου μπορεί να αυξηθεί ακούσια.

Η παρακολούθηση των ούρων αμμωνίου είναι ένας τρόπος για να τιτλοδοτηθεί η δόση κιτρικού άλατος και να αποφευχθεί αυτό το πρόβλημα. Μια καλή δόση του αρχικού κιτρικού άλατος είναι περίπου το ήμισυ της απέκκρισης αμμωνίου στα ούρα (σε mEq του καθενός).

Μπορεί να παρακολουθηθεί η επίδραση αυτής της δόσης στις αξίες κιτρικού αμμωνίου και το ρΗ των ούρων, και ρυθμίστε τη δόση του κιτρικού με βάση την απόκριση. Μια σταγόνα στην ουρική αμμωνίου θα πρέπει να αναφέρει εάν η τρέχουσα κιτρικό είναι επαρκής για να αντισταθμιστεί εν μέρει (αλλά όχι πλήρως) το φορτίο ημερήσια οξύ ότι ο ασθενής δεδομένη.

Αναφορές

  1. Βάση δεδομένων, ανθρώπινο μεταβολισμό. (2017, 2 Μαρτίου). Παρουσιάζοντας μεταβοκάρδα για το αμμώνιο. Ανακτήθηκε από: hmdb.ca.
  2. Johnston, F.J. (2014). Άλας αμμωνίου. ανακτήθηκε από την πρόσβαση στην επιστήμη: accessscience.com.
  3. Εθνικό Κέντρο Βιοτεχνολογικών Πληροφοριών. (2017, 25 Φεβρουαρίου). Δημοσιευμένη βάση δεδομένων PubChem. CID = 16741146. Ανακτήθηκε από την PubChem.
  4. PNA ένωση νιτρικού καλίου. (2016). Νιτρικό (ΝΟ3-) έναντι αμμωνίου (ΝΗ4 +). ανακτήθηκε από το kno3.org.
  5. Βασιλική Εταιρεία Χημείας. (2015). Ιόν αμμωνίου. Ανακτήθηκε από chemspider: chemspider.com.
  6. Sposito, G. (2011, 2 Σεπτεμβρίου). Έδαφος Ανάκτηση από την εγκυκλοπαίδεια Britannica: britannica.com.
  7. Αναγνωριστικό δοκιμής: RAMBO Ammonium, Random, ούρα. (S.F.). Ανάκτηση από encyclopediamayomedicallaboratorie.com.
  8. VIAS Encyclopedia. (2004, 22 Δεκεμβρίου). Άλατα αμμωνίου. Ανάκτηση από την εγκυκλοπαίδεια vias.org.