Формула, властивості та використання іонного амонію (NH4 +)



The іон амонію є позитивно зарядженим багатоатомним катіоном, хімічна формула якого є NH4+. Молекула не плоска, але має форму тетраедра. Чотири атоми водню складають чотири кути.

Азот аміаку має пару нерозподілених електронів, здатних приймати протон (підстава Льюїса), отже, іон амонію утворюється шляхом протонування аміаку за реакцією: NH3 + H+ → NH4+

Амоній також заміщений заміщеними амінами або заміщеними катіонами амонію. Наприклад, метиламмоний хлорид являє собою іонну сіль формули CH3NH4Cl, де хлорид-іон пов'язаний з метиламіном.

Іон амонію має властивості, дуже схожі на більш важкі лужні метали, і часто вважається близьким родичем. Очікується, що амоній поводиться як метал при дуже високих тисках, наприклад, у гігантських газових планет, таких як Уран і Нептун..

Іон амонію відіграє важливу роль у синтезі білків в організмі людини. Коротше кажучи, всі живі істоти потребують білків, які утворюються приблизно 20 різними амінокислотами. Хоча рослини і мікроорганізми можуть синтезувати більшість амінокислот з азоту в атмосфері, тварини не можуть.

Для людини деякі амінокислоти взагалі не можуть бути синтезовані і повинні споживатися як незамінні амінокислоти.

Інші амінокислоти, однак, можуть бути синтезовані мікроорганізмами в шлунково-кишковому тракті за допомогою іонів аміаку. Таким чином, ця молекула є ключовою фігурою в азотному циклі і в синтезі білків.

Індекс

  • 1 Властивості
    • 1.1 Розчинність і молекулярна маса
    • 1.2 Властивості кислотних основ
    • 1.3 Амонієві солі
  • 2 Використання
  • 3 Посилання

Властивості

Розчинність і молекулярна маса

Іон амонію має молекулярну масу 18,039 г / моль і розчинність 10,2 мг / мл води (Національний центр біотехнологічної інформації, 2017). При розчиненні аміаку у воді іон амонію утворюється за реакцією:

NH3 + H2O → NH4+ + OH-

Це підвищує концентрацію гідроксилу в середовищі, що підвищує рН розчину (Royal Society of Chemistry, 2015) \ t.

Кислотні основні властивості

Іон амонію має pKb 9,25. Це означає, що при рН вище цього значення буде мати кислотну поведінку і при більш низькому рН буде мати основну поведінку.

Наприклад, при розчиненні аміаку в оцтовій кислоті (pKa = 4,76) вільна електронна пара азоту приймає протон з середовища, що збільшує концентрацію гідроксид-іонів за рівнянням:

NH3 + CH3COOH. NH4+ + CH3COO-

Однак у присутності сильного підстави, такого як гідроксид натрію (pKa = 14,93), іон амонію дає протон до середовища згідно з реакцією:

NH4+ + NaOH. NH3 + Na+ + H2O

На закінчення, при рН нижче, ніж 9,25, азот буде протонирован, а при рН вище цього значення він буде депротонирован. Це дуже важливо для розуміння кривих титрування і розуміння поведінки таких речовин, як амінокислоти.

Амонієві солі

Одним з найбільш характерних властивостей аміаку є його здатність безпосередньо поєднуватися з кислотами для утворення солей відповідно до реакції:

NH3 + HX → NH4X

Таким чином, з соляною кислотою він утворює хлорид амонію (NH4Cl); З азотною кислотою, нітрат амонію (NH4NO3), з вуглекислотою утворюється карбонат амонію ((NH4)2CO3) тощо.

Було продемонстровано, що ідеально сухий аміак не буде поєднуватися з ідеально висушеною соляною кислотою, вологість якої необхідна для виникнення реакції (VIAS Encyclopedia, 2004).

Більшість простих солей амонію дуже добре розчиняються у воді. Винятком є ​​гексахлорплатинат амонію, утворення якого використовується як тест на амоній. Солі нітрату амонію і особливо перхлорату є вибухонебезпечними, в цих випадках амоній є відновлювачем.

У незвичайному процесі іони амонію утворюють амальгаму. Такі види готують електролізом розчину амонію з використанням ртутного катода. Ця амальгама зрештою розкладається для вивільнення аміаку і водню (Johnston, 2014).

Однією з найпоширеніших солей амонію є гідроксид амонію, який є просто аміаком, розчиненим у воді. Ця сполука є дуже поширеною і зустрічається в природі в навколишньому середовищі (у повітрі, воді та грунті) і у всіх рослинах і тварин, включаючи людей..

Використання

Амоній є важливим джерелом азоту для багатьох видів рослин, особливо тих, які ростуть на гіпоксичних грунтах. Проте він також є токсичним для більшості видів сільськогосподарських культур і рідко застосовується як єдиний джерело азоту (база даних Human Metabolome, 2017).

Азот (N), зв'язаний з білками в мертвій біомасі, споживається мікроорганізмами і перетворюється в іони амонію (NH4 +), які можуть безпосередньо поглинатися корінням рослин (наприклад, рису).

Іони амонію зазвичай перетворюються на нітритні іони (NO2-) бактеріями nitrosomonas, після чого відбувається друге перетворення на нітрат (NO3-) бактеріями Nitrobacter.

Трьома основними джерелами азоту, що використовуються в сільському господарстві, є сечовина, амоній та нітрати. Біологічне окислення амонію до нітрату відоме як нітрифікація. Цей процес розглядає кілька етапів і опосередковується автотрофними, облигатними аеробними бактеріями.

На затоплених грунтах окислення NH4 + обмежено. Сечовина розкладається ферментом уреаза або хімічно гідролізується до аміаку і СО2.

На етапі аммонизации аміак перетворюється за допомогою аміакуючих бактерій в іон амонію (NH4 +). На наступному етапі амоній перетворюється шляхом нітрифікації бактерій у нітрат (нітрифікація).

Ця форма, дуже рухливий азот, найчастіше поглинається корінням рослин, а також мікроорганізмами в ґрунті.

Щоб закрити цикл азоту, газоподібний азот в атмосфері перетворюється в азот біомаси бактеріями Rhizobium, які живуть в тканинах коренів бобових (наприклад, люцерна, горох і боби) і бобових (наприклад, вільха) і цианобактеріями і Azotobacter (Sposito, 2011).

Через амоній (NH4 +) водні рослини можуть поглинати і включати азот у білки, амінокислоти та інші молекули. Високі концентрації амонію можуть збільшувати ріст водоростей і водних рослин.

Гідроксид амонію та інші солі амонію широко використовуються в харчовій промисловості. Правила продовольчого і лікарського засобу (FDA) зазначають, що гідроксид амонію є безпечним ("загальновизнаним як безпечний" або GRAS) як дріжджовий агент, агент контролю рН і фінішний агент. поверхневі в їжі.

Перелік харчових продуктів, в яких гідроксид амонію використовується як пряма харчова добавка, є великим і включає випічку, сири, цукерки, інші кондитерські вироби (наприклад, цукерки) і пудинги. Гідроксид амонію також використовується як антимікробний засіб у м'ясних продуктах.

Аміак в інших формах (наприклад, сульфат амонію, альгінат амонію) використовують у приправах, ізолятах соєвого білка, закусках, джемах та желе, а також безалкогольних напоях (асоціація PNA калієво-нітрат, 2016).

Вимірювання амонію використовують у тесті RAMBO, особливо корисно при діагностиці причини ацидозу (тест ID: RAMBO Ammonium, Random, Urine, S.F.). Нирка регулює екскрецію кислоти і системний баланс кислотної системи.

Зміна кількості амонію в сечі є важливим способом для нирок для виконання цього завдання. Вимірювання рівня амонію в сечі може забезпечити розуміння причини зміни балансу кислотної бази у пацієнтів.

Рівень амонію в сечі також може надавати багато інформації про добову продукцію кислоти у даного пацієнта. Оскільки більша частина кислотного навантаження людини надходить від вживаних білків, кількість амонію в сечі є хорошим показником споживання білка в раціоні..

Вимірювання амонію в сечі може бути особливо корисним для діагностики та лікування хворих з каменями нирок:

  • Високі рівні амонію в сечі і низький рН сечі свідчать про поточні втрати шлунково-кишкового тракту. Ці пацієнти піддаються ризику виникнення сечової кислоти та каменів оксалату кальцію.
  • Трохи амонію в сечі і високий рН сечі свідчить про нирковий канальцевий ацидоз. Ці пацієнти піддаються ризику для фосфатних кальцію.
  • Пацієнти з кам'яними оксалатами кальцію і фосфатом кальцію часто обробляються цитратом для підвищення цитрату сечі (природний інгібітор росту оксалату кальцію і фосфату кальцію).

Однак, оскільки цитрат метаболізується в бікарбонат (основа), цей препарат може також підвищувати рН сечі. Якщо рН сечі занадто високий при лікуванні цитратом, ризик виникнення фосфатних кальцію ненавмисно збільшується.

Моніторинг сечі амонію - це спосіб титрувати дозу цитрату і уникнути цієї проблеми. Хороша доза початкового цитрату становить приблизно половину екскреції амонію в сечу (в мекв кожного).

Можна контролювати вплив цієї дози на значення амонію, цитрату і рН сечі, а також регулювати дозу цитрату на основі відповіді. Падіння аміаку в сечі повинно вказувати на те, чи достатньо поточний цитрат для часткового (але не повністю) протидії щоденній кислотній навантаженні цього пацієнта.

Список літератури

  1. База даних, метаболом людини. (2017, 2 березня). Показано метабокс для амонію. Отримано з: hmdb.ca.
  2. Johnston, F.J. (2014). Сіль амонію. відновлений з accessscience: accessscience.com.
  3. Національний центр біотехнологічної інформації. (2017, 25 лютого). База даних PubChem Compound; CID = 16741146. Отримано з PubChem.
  4. PNA асоціація нітрату калію. (2016). Нітрат (NO3-) проти амонію (NH4 +). відновлений з kno3.org.
  5. Королівське хімічне товариство. (2015). Іон амонію. Отримано з chemspider: chemspider.com.
  6. Sposito, G. (2011, 2 вересня). Грунт Витягнута з британської енциклопедії: britannica.com.
  7. Тест ID: RAMBO Амоній, Випадковий, Сеча. (S.F.). Відновлюється від encyclopediamayomedicallaboratorie.com.
  8. Енциклопедія ВІАС. (2004, 22 грудня). Амонієві солі. Відновлений з енциклопедії vias.org.