JON AMONOWY (NH4 +): WZÓR, WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

Jon amonowy jest naładowany dodatnio wieloatomowym kationu, którego wzór chemiczny NH ₄ ⁺ . Cząsteczka nie jest płaska, ale ma kształt czworościanu. Cztery atomy wodoru tworzą cztery rogi.

Azot amoniakalny ma niedzieloną parę elektronów zdolnych do przyjęcia protonu (zasada Lewisa), stąd jon amonowy powstaje w wyniku protonowania amoniaku zgodnie z reakcją: NH ₃ + H ⁺ → NH ₄ ⁺

Rysunek 1: Struktura jonu amonowego.

Nazwa amoniowa jest również nadawana do podstawionych amin lub podstawionych kationów amoniowych. Na przykład chlorek metyloamoniowy jest solą jonową o wzorze CH ₃ NH ₄ Cl, w którym jon chlorkowy jest przyłączony do metyloaminy.

Jon amonowy ma właściwości bardzo podobne do cięższych metali alkalicznych i często jest uważany za bliskiego krewnego. Oczekuje się, że amon zachowuje się jak metal pod bardzo wysokim ciśnieniem, na przykład wewnątrz gazowych olbrzymów, takich jak Uran i Neptun.

Jon amonowy odgrywa ważną rolę w syntezie białek w organizmie człowieka. Krótko mówiąc, wszystkie żywe istoty potrzebują białek, które składają się z około 20 różnych aminokwasów. Podczas gdy rośliny i mikroorganizmy mogą syntetyzować większość aminokwasów z azotu w atmosferze, zwierzęta nie mogą.

W przypadku ludzi niektórych aminokwasów nie można w ogóle syntetyzować i należy je spożywać jako aminokwasy niezbędne.

Jednak inne aminokwasy mogą być syntetyzowane przez mikroorganizmy w przewodzie pokarmowym przy pomocy jonów amoniaku. Zatem ta cząsteczka jest kluczową postacią w cyklu azotowym i syntezie białek.

Nieruchomości

Rozpuszczalność i masa cząsteczkowa

Jon amonowy ma masę cząsteczkową 18,039 g / mol i rozpuszczalność 10,2 mg / ml wody (National Center for Biotechnology Information, 2017). Rozpuszczenie amoniaku w wodzie tworzy jon amonowy zgodnie z reakcją:

NH ₃ + H ₂ O → NH ₄ ⁺ + OH ^-

Zwiększa to stężenie hydroksylu w pożywce poprzez zwiększenie pH roztworu (Royal Society of Chemistry, 2015).

Właściwości kwasowo-zasadowe

Jon amonowy ma pKb 9,25. Oznacza to, że przy pH wyższym niż ta wartość będzie miał zachowanie kwasowe, a przy niższym pH będzie miało zachowanie zasadowe.

Na przykład podczas rozpuszczania amoniaku w kwasie octowym (pKa = 4,76), wolna para elektronów azotu pobiera proton z ośrodka, zwiększając stężenie jonów wodorotlenkowych zgodnie z równaniem:

NH ₃ + CH ₃ COOH ⇌ NH ₄ ⁺ + CH ₃ COO ^-

Jednak w obecności mocnej zasady, takiej jak wodorotlenek sodu (pKa = 14,93), jon amonowy oddaje proton do ośrodka zgodnie z reakcją:

NH ₄ ⁺ + NaOH ⇌ NH ₃ + Na ⁺ + H ₂ O

Podsumowując, przy pH poniżej 9,25 azot będzie protonowany, podczas gdy przy pH większym od tej wartości będzie deprotonowany. Ma to ogromne znaczenie dla zrozumienia krzywych miareczkowania i zachowania się substancji, takich jak aminokwasy.

Sole amonowe

Jedną z najbardziej charakterystycznych właściwości amoniaku jest jego zdolność do bezpośredniego łączenia się z kwasami w celu utworzenia soli w zależności od reakcji:

NH ₃ + HX → NH ₄ X

I tak z kwasem solnym tworzy chlorek amonu (NH ₄ Cl); Z kwasem azotowym, azotanem amonu (NH ₄ NO ₃ ), z kwasem węglowym utworzy węglan amonu ((NH ₄ ) ₂ CO ₃ ) itd.

Wykazano, że doskonale suchy amoniak nie będzie łączył się z idealnie suchym kwasem solnym, a wilgoć jest niezbędna do wywołania reakcji (VIAS Encyklopedia, 2004).

Większość prostych soli amonowych jest bardzo dobrze rozpuszczalnych w wodzie. Wyjątkiem jest heksachloroplatynian amonu, którego tworzenie jest wykorzystywane jako test na obecność amonu. Sole azotanu amonu, a zwłaszcza nadchloranu, są silnie wybuchowe, w takich przypadkach środkiem redukującym jest amon.

W niezwykłym procesie jony amonowe tworzą amalgamat. Takie gatunki są przygotowywane przez elektrolizę roztworu amonu przy użyciu katody rtęciowej. Ten amalgamat ostatecznie rozkłada się, uwalniając amoniak i wodór (Johnston, 2014).

Jedną z najpowszechniejszych soli amonowych jest wodorotlenek amonu, czyli po prostu amoniak rozpuszczony w wodzie. Związek ten jest bardzo powszechny i ​​występuje naturalnie w środowisku (w powietrzu, wodzie i glebie) oraz we wszystkich roślinach i zwierzętach, w tym u ludzi.

Aplikacje

Amon jest ważnym źródłem azotu dla wielu gatunków roślin, zwłaszcza tych, które rosną na glebach hipoksyjnych. Jednak jest również toksyczny dla większości gatunków roślin uprawnych i rzadko jest stosowany jako jedyne źródło azotu (Baza danych, Human Metabolome, 2017).

Azot (N), związany z białkami w martwej biomasie, jest konsumowany przez mikroorganizmy i przekształcany w jony amonowe (NH4 +), które mogą być wchłaniane bezpośrednio przez korzenie roślin (np. Ryżu).

Jony amonowe są zwykle przekształcane w jony azotynowe (NO2-) przez bakterie nitrosomonas, po czym następuje druga konwersja do azotanów (NO3-) przez bakterie Nitrobacter.

Trzy główne źródła azotu wykorzystywane w rolnictwie to mocznik, amon i azotany. Biologiczne utlenianie amonu do azotanu jest znane jako nitryfikacja. Proces ten składa się z kilku etapów i jest mediowany przez bezwzględne bakterie tlenowe, autotroficzne.

W zalanych glebach utlenianie NH4 + jest ograniczone. Mocznik jest rozkładany przez enzym ureazę lub hydrolizowany chemicznie do amoniaku i CO2.

Na etapie amonifikacji amoniak jest przekształcany przez bakterie amonifikujące w jon amonowy (NH4 +). W kolejnym etapie amoniak jest przekształcany przez bakterie nitryfikacyjne w azotan (nitryfikacja).

Ta wysoce mobilna forma azotu jest najczęściej wchłaniana przez korzenie roślin, a także przez mikroorganizmy w glebie.

Aby zamknąć cykl azotowy, azot w atmosferze jest przekształcany w azot pochodzący z biomasy przez bakterie Rhizobium, które żyją w tkankach korzeni roślin strączkowych (na przykład lucerna, groch i fasola) i roślin strączkowych (takich jak olcha). oraz przez cyjanobakterie i Azotobacter (Sposito, 2011).

Dzięki amonowi (NH4 +) rośliny wodne mogą wchłaniać i włączać azot do białek, aminokwasów i innych cząsteczek. Wysokie stężenia amoniaku mogą zwiększać wzrost glonów i roślin wodnych.

Wodorotlenek amonu i inne sole amonowe są szeroko stosowane w przetwórstwie żywności. Przepisy Food and Drug Administration (FDA) stanowią, że wodorotlenek amonu jest bezpieczny („ogólnie uznawany za bezpieczny” lub GRAS) jako środek drożdżowy, środek kontrolujący pH i środek wykończeniowy. powierzchowne w jedzeniu.

Lista produktów spożywczych, w których wodorotlenek amonu jest stosowany jako bezpośredni dodatek do żywności, jest obszerna i obejmuje wypieki, sery, czekoladki, inne wyroby cukiernicze (np. Cukierki) i puddingi. Wodorotlenek amonu jest również stosowany jako środek przeciwbakteryjny w produktach mięsnych.

Amoniak w innych postaciach (np. Siarczan amonu, alginian amonu) jest stosowany w przyprawach, izolatach białka sojowego, przekąskach, dżemach i galaretkach oraz napojach bezalkoholowych (stowarzyszenie PNA ds. Azotanu potasu, 2016).

Pomiar amonu jest wykorzystywany w teście RAMBO, szczególnie przydatnym w diagnozowaniu przyczyny kwasicy (ID testu: RAMBO Ammonium, Random, Urine, SF). Nerka reguluje wydalanie kwasów i ogólnoustrojową równowagę kwasowo-zasadową.

Zmiana ilości amoniaku w moczu jest ważnym sposobem dla nerek. Pomiar poziomu amoniaku w moczu może dostarczyć informacji o przyczynach zaburzeń równowagi kwasowo-zasadowej u pacjentów.

Poziom amoniaku w moczu może również dostarczyć wielu informacji na temat dziennej produkcji kwasu u danego pacjenta. Ponieważ większość kwaśnego obciążenia organizmu pochodzi ze spożycia białka, ilość amoniaku w moczu jest dobrym wskaźnikiem spożycia białka w diecie.

Pomiary amoniaku w moczu mogą być szczególnie przydatne w diagnostyce i leczeniu pacjentów z kamieniami nerkowymi:

• Wysoki poziom amoniaku w moczu i niskie pH moczu sugerują ciągłe straty żołądkowo-jelitowe. Ci pacjenci są narażeni na ryzyko wystąpienia kamieni moczowych i szczawianu wapnia.
• Niewielka ilość amoniaku w moczu i wysokie pH moczu sugerują kwasicę kanalikową nerkową. Ci pacjenci są narażeni na ryzyko wystąpienia kamieni fosforanu wapnia.
• Pacjenci z kamieniami szczawianu wapnia i fosforanu wapnia są często leczeni cytrynianem w celu zwiększenia stężenia cytrynianu w moczu (naturalnego inhibitora wzrostu kryształów szczawianu wapnia i fosforanu wapnia).

Jednak, ponieważ cytrynian jest metabolizowany do wodorowęglanu (zasady), lek ten może również zwiększać pH moczu. Jeśli pH moczu jest zbyt wysokie po zastosowaniu cytrynianu, ryzyko kamieni fosforanowo-wapniowych może być nieumyślnie zwiększone.

Monitorowanie moczu pod kątem amoniaku to jeden ze sposobów na dostosowanie dawki cytrynianu i uniknięcie tego problemu. Dobra początkowa dawka cytrynianu to około połowa wydalanego amonu z moczem (w milirachnatach każdego).

Wpływ tej dawki na zawartość amonu, cytrynianu i pH w moczu można monitorować, a dawkę cytrynianu dostosowywać na podstawie odpowiedzi. Spadek amoniaku w moczu powinien wskazywać, czy aktualny cytrynian jest wystarczający, aby częściowo (ale nie całkowicie) zrównoważyć dzienne obciążenie kwasami danego pacjenta.

Bibliografia

1. Baza danych, metabolom człowieka. (2017, 2 marca). Pokazuje metabocard dla amonu. Odzyskany z: hmdb.ca.
2. Johnston, FJ (2014). Sól amonowa. Odzyskane z accessscience: accessscience.com.
3. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. (2017, 25 lutego). Baza danych PubChem Compound; CID = 16741146. Odzyskane z PubChem.
4. Związek azotanu potasu PNA. (2016). Azotany (NO3-) a amon (NH4 +). pobrane z kno3.org.
5. Królewskie Towarzystwo Chemii. (2015). Jon amonowy. Odzyskany z chemspider: chemspider.com.
6. Sposito, G. (2 września 2011). Gleba. Odzyskany z encyklopedii britannica: britannica.com.
7. Identyfikator testu: RAMBO amoniak, losowo, mocz. (SF). Odzyskany z encyclopediamayomedicallaboratorie.com.
8. VIAS Encyclopedia. (2004, 22 grudnia). Sole amonowe. Odzyskany z encyklopedii vias.org.