Ammoniumjon (NH4 +): Formel, egenskaper och användningsområden

Ammoniumjonen är en positivt laddad polyatomisk katjon vars kemiska formel är NH4 +. Molekylen är inte platt, men har formen av en tetraeder. De fyra väteatomerna utgör de fyra hörnen.

Ammoniakens kväve har ett par icke-delade elektroner som kan acceptera en proton (Lewis-bas), följaktligen bildas ammoniumjonen genom protonering av ammoniaken enligt reaktionen: NH3 + H + → NH4 +

Ammonium är också substituerade substituerade aminer eller substituerade ammoniumkatjoner. Exempelvis är metylammoniumklorid ett jonsalt med formeln CH3NH4Cl, där kloridjonen är bunden till en metylamin.

Ammoniumjonen har egenskaper som väsentligen liknar de tyngre alkalimetallerna och anses ofta vara en nära släkting. Ammonium förväntas uppträda som en metall vid mycket höga tryck, såsom inom jättegasplaneter som Uranus och Neptune.

Ammoniumjonen spelar en viktig roll i syntesen av proteiner i människokroppen. Kort sagt, alla levande varelser behöver proteiner som bildas av cirka 20 olika aminosyror. Medan växter och mikroorganismer kan syntetisera de flesta aminosyror från kväve i atmosfären, kan djur inte.

För människor kan vissa aminosyror inte syntetiseras alls och måste konsumeras som essentiella aminosyror.

Andra aminosyror kan emellertid syntetiseras av mikroorganismer i mag-tarmkanalen med hjälp av ammoniakjoner. Således är denna molekyl en nyckelfigur i kvävecykeln och i syntesen av proteiner.

egenskaper

Löslighet och molekylvikt

Ammoniumjonen har en molekylvikt av 18 039 g / mol och en löslighet av 10, 2 mg / ml vatten (National Center for Biotechnology Information, 2017). Vid upplösning av ammoniak i vatten bildas ammoniumjonen enligt reaktionen:

NH3 + H20 → NH4 + + OH-

Detta ökar koncentrationen av hydroxyl i mediet som ökar lösningens pH (Royal Society of Chemistry, 2015).

Syrabasegenskaper

Ammoniumjonen har en pKb av 9, 25. Detta betyder att vid pH över detta värde kommer att ha ett surt beteende och vid lägre pH har ett grundläggande beteende.

När exempelvis fri ammoniak i ättiksyra (pKa = 4, 76) löses tar det fria elektronparet av kväve en proton från mediet som ökar koncentrationen av hydroxidjoner enligt ekvationen:

NH3 + CH3COOH ^ NH4 + + CH3COO-

I närvaro av en stark bas, såsom natriumhydroxid (pKa = 14, 93) ger emellertid ammoniumjonen en proton till mediet enligt reaktionen:

NH4 + + NaOH ^ NH3 + Na + + H20

Sammanfattningsvis, vid pH lägre än 9, 25, kommer kväve att protoneras, medan det vid pH högre än detta värde kommer att deprotoneras. Detta är mycket viktigt för att förstå titreringskurvor och förstå beteendet hos ämnen som aminosyror.

Ammoniumsalter

En av ammoniakens mest karakteristiska egenskaper är dess kraft att kombinera direkt med syror för att bilda salter enligt reaktionen:

NH3 + HX → NH4X

Sålunda bildar den med saltsyra ammoniumklorid (NH4Cl); Med salpetersyra kommer ammoniumnitrat (NH4NO3) med kolsyra att bilda ammoniumkarbonat ((NH4) 2C03) etc.

Det har visats att perfekt torr ammoniak inte kombineras med perfekt torr saltsyra, fuktigheten är nödvändig för att orsaka reaktionen (VIAS Encyclopedia, 2004).

De flesta enkla ammoniumsalter är mycket lösliga i vatten. Ett undantag är ammoniumhexakloroplatinat, vars bildning används som ett test för ammonium. Salterna av ammoniumnitrat och speciellt perklorat är mycket explosiva, i dessa fall är ammonium det reducerande medlet.

I en ovanlig process bildar ammoniumjoner en amalgam. Sådana arter framställs genom elektrolys av en ammoniumlösning med användning av en kvicksilverkatod. Denna amalgam sönderdelas slutligen för att släppa ut ammoniak och väte (Johnston, 2014).

Ett av de vanligaste ammoniumsalterna är ammoniumhydroxid, vilket helt enkelt är ammoniak upplöst i vatten. Denna förening är mycket vanlig och förekommer naturligt i miljön (i luft, vatten och jord) och i alla växter och djur, inklusive människor.

tillämpningar

Ammonium är en viktig källa till kväve för många växtarter, särskilt de som växer på hypoxiska jordar. Det är emellertid också giftigt för de flesta växtarter och appliceras sällan som enda källa till kväve (Database, Human Metabolome, 2017).

Kväve (N), som är bunden till proteiner i död biomassa, konsumeras av mikroorganismer och omvandlas till ammoniumjoner (NH4 +) som kan absorberas direkt av växternas rötter (till exempel ris).

Ammoniumjoner omvandlas vanligtvis till nitritjoner (NO2-) av nitrosomonas-bakterierna, följt av en andra omvandling till nitrat (NO3-) av Nitrobacter-bakterier.

De tre huvudsakliga kvävekällorna som används i jordbruket är urea, ammonium och nitrat. Den biologiska oxidationen av ammonium till nitrat är känd som nitrifikation. Denna process behandlar flera steg och medieras av autotrofa, obligatoriska aeroba bakterier.

I översvämmade jordar är oxidationen av NH4 + begränsad. Urea sönderdelas av ureasenzymet eller kemiskt hydrolyseras till ammoniak och CO2.

I ammoniaksteget omvandlas ammoniaken med hjälp av ammoniakbakterier till ammoniumjonen (NH4 +). I nästa steg omvandlas ammoniumen genom nitrifierande bakterier till nitrat (nitrifikation).

Denna form, väldigt rörligt kväve, absorberas oftast av växterna från växterna, såväl som av mikroorganismer i jorden.

För att stänga kvävecykeln omvandlas gasformigt kväve i atmosfären till kväve med biomassa av rhizobiumbakterier som lever i växtvävnaderna av baljväxter (till exempel alfalfa, ärtor och bönor) och baljväxter (såsom alder) och av cyanobakterierna och Azotobacter (Sposito, 2011).

Genom ammonium (NH4 +) kan vattenväxter absorbera och införliva kväve i proteiner, aminosyror och andra molekyler. Höga halter av ammonium kan öka tillväxten av alger och vattenväxter.

Ammoniumhydroxid och andra ammoniumsalter används ofta i livsmedelsbearbetning. Regelverket för livsmedels- och drogadministration (FDA) anger att ammoniumhydroxid är säkert ("allmänt erkänt som säkert" eller GRAS) som ett jästmedel, pH-kontrollmedel och slutföringsmedel. ytlig i mat.

Förteckningen över livsmedel där ammoniumhydroxid används som direktmatstillsats är omfattande och innehåller bakverk, ostar, choklad, andra konfektprodukter (t ex godis) och puddingar. Ammoniumhydroxid används också som ett antimikrobiellt medel i köttprodukter.

Ammoniak i andra former (t.ex. ammoniumsulfat, ammoniumalginat) används i kryddor, sojaproteinisoler, snacks, sylt och gelé och alkoholfria drycker (PNA kaliumnitratförening, 2016).

Ammoniummätning används i RAMBO-testet, särskilt användbart för att diagnostisera orsaken till en acidos (Test ID: RAMBO Ammonium, Random, Urine, SF). Njurarna reglerar syreutskiljning och systemisk syrabasbalans.

Att ändra mängden ammonium i urinen är ett viktigt sätt för njurarna att utföra denna uppgift. Mätning av ammoniumnivån i urinen kan ge förståelse för orsaken till en förändring av syrabasbalansen hos patienter.

Nivån av ammonium i urinen kan också ge mycket information om den dagliga produktionen av syra i en given patient. Eftersom det mesta av en individs syrabelastning kommer från intagade proteiner är mängden ammonium i urinen en bra indikator på proteinintag i kosten.

Ammoniummätningar i urinen kan vara särskilt användbara för diagnos och behandling av patienter med njurstenar:

• Höga halter av ammonium i urin och ett lågt urin pH föreslår pågående gastrointestinala förluster. Dessa patienter står i riskzonen för urinsyra och kalciumoxalatstenar.
• Liten ammonium i urinen och högt pH i urinen föreslår renal tubulär acidos. Dessa patienter står i riskzonen för kalciumfosfatstenar.
• Patienter med kalciumoxalatstenar och kalciumfosfat behandlas ofta med citrat för att höja urincitrat (en naturlig hämmare av kalciumoxalat och tillväxten av kalciumfosfatkristall).

Men eftersom citrat metaboliseras i bikarbonat (en bas), kan detta läkemedel också öka urinets pH. Om urinets pH är för högt med citratbehandlingen kan risken för kalciumfosfatsten ökas oavsiktligt.

Övervakningen av ammoniumurin är ett sätt att titrera citratdosen och undvika detta problem. En bra dos av initialt citrat är ungefär hälften av utskiljningen av ammonium i urinen (i mEq av vardera).

Du kan övervaka effekten av denna dos på värdena på ammonium, citrat och pH i urinen och justera dosen av citrat baserat på responsen. En droppe i urin ammoniär bör indikera om dagens citrat är tillräckligt för att delvis (men inte fullständigt) motverka den dagliga syrabelastningen hos den givna patienten.