Ion de amoniu (NH4 +): Formula, proprietățile și utilizările

Ionul de amoniu este un cation polialomic cu încărcare pozitivă a cărui formulă chimică este NH4 +. Molecula nu este plană, ci are forma unui tetraedru. Cei patru atomi de hidrogen alcătuiesc cele patru colțuri.

Azotul amoniacului are o pereche de electroni ne-împărțiți capabili să accepte un proton (baza Lewis), prin urmare ionul de amoniu se formează prin protonarea amoniacului conform reacției: NH3 + H + → NH4 +

Amoniu este de asemenea amine substituite substituite sau cationi de amoniu substituiți. De exemplu, clorura de metilamoniu este o sare ionică cu formula CH3NH4CI în care ionul de clorură este atașat la o metilamină.

Ionul de amoniu are proprietăți foarte asemănătoare cu metalele alcaline mai grele și este adesea considerat o rudă apropiată. Amoniacul este de așteptat să se comporte ca un metal la presiuni foarte mari, cum ar fi în planetele gigante de gaze precum Uranus și Neptun.

Ionul de amoniu joacă un rol important în sinteza proteinelor din corpul uman. Pe scurt, toate ființele vii au nevoie de proteine, care sunt formate din aproximativ 20 de aminoacizi diferiți. În timp ce plantele și microorganismele pot sintetiza majoritatea aminoacizilor din azot în atmosferă, animalele nu pot.

Pentru oameni, unii aminoacizi nu pot fi sintetizați deloc și trebuie consumați ca aminoacizi esențiali.

Alți aminoacizi, cu toate acestea, pot fi sintetizați de microorganisme în tractul gastrointestinal cu ajutorul ionilor de amoniac. Astfel, această moleculă este o figură cheie în ciclul azotului și în sinteza proteinelor.

proprietăţi

Solubilitate și greutate moleculară

Ionul de amoniu are o greutate moleculară de 18, 039 g / mol și o solubilitate de 10, 2 mg / ml de apă (Centrul Național pentru Biotehnologia Informației, 2017). Când se dizolvă amoniacul în apă, se formează ionul de amoniu în funcție de reacție:

NH3 + H20 -> NH4 + + OH -

Aceasta crește concentrația hidroxilului în mediu, crescând pH-ul soluției (Royal Society of Chemistry, 2015).

Aciditate bazică

Ionul de amoniu are un pKb de 9, 25. Aceasta înseamnă că la pH peste această valoare va avea un comportament acid și la un pH mai mic va avea un comportament de bază.

De exemplu, atunci când se dizolvă amoniac în acid acetic (pKa = 4, 76), perechea electronică de azot liber ia un proton din mediu crescând concentrația de ioni de hidroxid conform ecuației:

NH3 + CH3COOH ⇌ NH4 + + CH3COO-

Cu toate acestea, în prezența unei baze puternice, cum ar fi hidroxidul de sodiu (pKa = 14, 93), ionul de amoniu produce un proton în mediu în funcție de reacție:

NH4 + + NaOH ⇌ NH3 + Na + + H20

În concluzie, la un pH mai mic de 9.25, azotul va fi protonat, în timp ce la pH mai mare decât această valoare va fi deprotonat. Acest lucru este foarte important în înțelegerea curbelor de titrare și în înțelegerea comportamentului substanțelor precum aminoacizii.

Săruri de amoniu

Una dintre cele mai caracteristice proprietăți ale amoniacului este puterea sa de a se combina direct cu acizi pentru a forma săruri în funcție de reacție:

NH3 + HX -> NH4X

Astfel, cu acid clorhidric, formează clorură de amoniu (NH4CI); Cu acid azotic, azotatul de amoniu (NH4N03), cu acid carbonic va forma carbonat de amoniu ((NH4) 2C03) etc.

Sa demonstrat că amoniacul perfect uscat nu va fi combinat cu acidul clorhidric perfect uscat, umiditatea fiind necesară pentru a provoca reacția (VIAS Encyclopedia, 2004).

Cele mai multe săruri simple de amoniu sunt foarte solubile în apă. O excepție este hexacloroplatinatul de amoniu, a cărui formare este utilizată ca test pentru amoniu. Sărurile azotatului de amoniu și în special percloratul sunt extrem de explozive, în aceste cazuri amoniacul este agentul reducător.

Într-un proces neobișnuit, ionii de amoniu formează un amalgam. Astfel de specii sunt preparate prin electroliza unei soluții de amoniu utilizând un catod de mercur. Această amalgam se descompune în cele din urmă pentru a elibera amoniacul și hidrogenul (Johnston, 2014).

Una dintre cele mai comune săruri de amoniu este hidroxidul de amoniu, care este pur și simplu amoniac dizolvat în apă. Acest compus este foarte comun și se găsește în mod natural în mediul înconjurător (în aer, apă și sol) și în toate plantele și animalele, inclusiv pe oameni.

aplicații

Amoniacul este o sursă importantă de azot pentru multe specii de plante, în special pentru cele care cresc pe soluri hipoxice. Cu toate acestea, este, de asemenea, toxic pentru cele mai multe specii de culturi și este rar aplicat ca singura sursă de azot (Database, Human Metabolome, 2017).

Azotul (N), legat de proteinele din biomasa moartă, este consumat de microorganisme și transformat în ioni de amoniu (NH4 +) care pot fi absorbiți direct de rădăcinile plantelor (de exemplu orez).

Ionii de amoniu sunt de obicei transformați în ioni de nitriți (NO2-) de către bacteriile nitrozomonas, urmate de oa doua conversie la nitrat (NO3-) de către bacteriile Nitrobacter.

Cele trei surse majore de azot utilizate în agricultură sunt ureea, amoniacul și nitratul. Oxidarea biologică a amoniu la nitrat este cunoscută sub denumirea de nitrificare. Acest proces are în vedere mai multe etape și este mediată de bacterii aerobice autotrofice și obligatorii.

În solurile inundate, oxidarea NH4 + este limitată. Ureea este descompusă de enzima urează sau hidrolizată chimic în amoniac și CO2.

În etapa de amonificare, amoniacul este transformat prin intermediul bacteriilor amoniac în ionul de amoniu (NH4 +). În etapa următoare, amoniacul este transformat de bacterii nitrificatoare în azotat (nitrificare).

Această formă, azot foarte mobil, este cel mai frecvent absorbită de rădăcinile plantelor, precum și de microorganismele din sol.

Pentru a închide ciclul de azot, azotul gazos din atmosferă este transformat în azot de biomasă de către bacteriile Rhizobium care trăiesc în țesuturile rădăcinilor de legume (de exemplu, lucernă, mazăre și fasole) și leguminoase (cum ar fi arinul) și de cianobacterii și Azotobacter (Sposito, 2011).

Prin plantele acvatice de amoniu (NH4 +) pot absorbi și încorpora azot în proteine, aminoacizi și alte molecule. Concentrațiile ridicate de amoniu pot crește creșterea algelor și a plantelor acvatice.

Hidroxidul de amoniu și alte săruri de amoniu sunt utilizate pe scară largă în procesarea produselor alimentare. Regulamentul privind alimentele și medicamentele (FDA) afirmă că hidroxidul de amoniu este sigur ("recunoscut în general ca sigur" sau GRAS) ca agent de drojdie, agent de control al pH-ului și agent de finisare. superficial în alimentație.

Lista de produse alimentare în care hidroxidul de amoniu este utilizat ca aditiv alimentar direct este extinsă și include produse de cofetărie, brânzeturi, bomboane, alte produse de cofetărie (de exemplu, bomboane) și budinci. Hidroxidul de amoniu este, de asemenea, utilizat ca agent antimicrobian în produsele din carne.

Amoniacul în alte forme (de exemplu, sulfat de amoniu, alginat de amoniu) se utilizează în condimente, izolate de proteine ​​din soia, gustări, gemuri și jeleuri și băuturi nealcoolice (asocierea nitrat de potasiu PNA, 2016).

Măsurarea amoniului este utilizată în testul RAMBO, utilă în special pentru diagnosticarea cauzei unei acidozități (Test ID: RAMBO Ammonium, Random, urină, SF). Rinichiul reglează excreția acidă și echilibrul acido-bazic al acidului.

Modificarea cantității de amoniu în urină este o modalitate importantă pentru ca rinichii să îndeplinească această sarcină. Măsurarea nivelului de amoniu în urină poate oferi o înțelegere a cauzei unei modificări a echilibrului acido-bazic la pacienți.

Nivelul de amoniu din urină poate oferi, de asemenea, o mulțime de informații despre producerea zilnică de acid într-un anumit pacient. Deoarece cea mai mare parte a sarcinii acide a unui individ vine de la proteinele ingerate, cantitatea de amoniu din urină este un bun indicator al aportului de proteine ​​în dietă.

Măsurătorile de amoniu în urină pot fi deosebit de utile pentru diagnosticarea și tratamentul pacienților cu pietre la rinichi:

• Nivelurile ridicate de amoniu din urină și un pH scăzut în urină sugerează pierderi gastrointestinale în curs de desfășurare. Acești pacienți sunt expuși riscului de apariție a acidului uric și a oxalatului de calciu.
• Un pic de amoniu în urină și un pH ridicat al urinei sugerează acidoza tubulară renală. Acești pacienți sunt expuși riscului de pietre cu fosfat de calciu.
• Pacienții cu pietre de oxalat de calciu și fosfat de calciu sunt adesea tratați cu citrat pentru a ridica citratul de urină (un inhibitor natural al oxalatului de calciu și creșterea cristalelor de fosfat de calciu).

Cu toate acestea, deoarece citratul este metabolizat în bicarbonat (o bază), acest medicament poate crește și pH-ul urinei. Dacă pH-ul urinei este prea mare cu tratamentul citrat, riscul de pietre de fosfat de calciu poate crește neintenționat.

Monitorizarea urinei de amoniu este o modalitate de a titra doza de citrat și de a evita această problemă. O doză bună de citrat inițial este aproximativ jumătate din excreția de amoniu în urină (în mEq din fiecare).

Puteți monitoriza efectul acestei doze asupra valorii de amoniu, citrat și pH al urinei și ajustați doza de citrat pe baza răspunsului. O picătură de amoniac de urină ar trebui să indice dacă citratul curent este suficient pentru a împiedica parțial (dar nu complet) încărcarea zilnică acidă a pacientului dat.