Den ammoniumion er en positivt ladet polyatomisk kation med den kemiske formel NH 4 +. Molekylet er ikke fladt, men er formet som en tetrahedron. De fire hydrogenatomer udgør de fire hjørner.
Ammoniak kvælstof har en udelt elektronpar stand til at modtage en proton (Lewis-base), deraf ammoniumion er dannet ved protonering af ammoniak efter reaktionen: NH 3 + H + → NH 4 +
Figur 1: Ammoniumionens struktur.
Navnet ammonium gives også til substituerede aminer eller substituerede ammoniumkationer. F.eks methylammoniumchlorid er et ionisk salt med formlen CH 3 NH 4 Cl hvor chloridionen er fastgjort til en methylamin.
Ammoniumionen har egenskaber, der meget ligner de tungere alkalimetaller og betragtes ofte som en nær slægtning. Ammonium forventes at opføre sig som et metal ved meget højt tryk, som inden i gasgigantplaneter som Uranus og Neptune.
Ammoniumionen spiller en vigtig rolle i proteinsyntesen i den menneskelige krop. Kort sagt, alle levende ting har brug for proteiner, der består af ca. 20 forskellige aminosyrer. Mens planter og mikroorganismer kan syntetisere de fleste aminosyrer fra nitrogen i atmosfæren, kan dyr ikke.
For mennesker kan nogle aminosyrer overhovedet ikke syntetiseres og skal konsumeres som essentielle aminosyrer.
Andre aminosyrer kan imidlertid syntetiseres af mikroorganismer i mave-tarmkanalen ved hjælp af ammoniakioner. Dette molekyle er således en nøglefigur i nitrogencyklus og i proteinsyntese.
Ejendomme
Opløselighed og molekylvægt
Ammoniumion har en molekylvægt på 18.039 g / mol og en opløselighed på 10,2 mg / ml vand (National Center for Biotechnology Information, 2017). Opløsning af ammoniak i vand danner ammoniumion i henhold til reaktionen:
NH 3 + H 2 O → NH 4 + + OH -
Dette øger hydroxylkoncentrationen i mediet ved at øge opløsningens pH (Royal Society of Chemistry, 2015).
Syre baseegenskaber
Ammoniumionen har en pKb på 9,25. Dette betyder, at det ved en pH-værdi, der er højere end denne værdi, vil have en sur opførsel, og ved en lavere pH-værdi vil den have en grundlæggende opførsel.
For eksempel, ved opløsning af ammoniak i eddikesyre (pKa = 4,76), tager det frie elektronparstof nitrogen et proton fra mediet, hvilket øger koncentrationen af hydroxidioner i henhold til ligningen:
NH 3 + CH 3 COOH ⇌ NH 4 + + CH 3 COO -
I nærværelse af en stærk base, såsom natriumhydroxid (pKa = 14,93), giver ammoniumionen imidlertid et proton til mediet i henhold til reaktionen:
NH 4 + + NaOH ⇌ NH 3 + Na + + H 2 O
Afslutningsvis protoneres nitrogen ved pH mindre end 9,25, mens det ved pH, der er større end denne værdi, afbeskyttes. Dette er yderst vigtigt i forståelsen af titreringskurver og forstå opførsel af stoffer såsom aminosyrer.
Ammoniumsalte
En af de mest karakteristiske egenskaber ved ammoniak er dens styrke til at kombinere direkte med syrer for at danne salte afhængigt af reaktionen:
NH 3 + HX → NH 4 X, Med saltsyre danner således ammoniumchlorid (NH 4 Cl); Med salpetersyre, ammoniumnitrat (NH 4 NO 3), med kulsyre det vil danne ammoniumcarbonat ((NH 4) 2 CO 3) etc.
Det er vist, at perfekt tør ammoniak ikke vil kombinere med perfekt tør saltsyre, idet fugtigheden er nødvendig for at forårsage reaktionen (VIAS Encyclopedia, 2004).
De fleste af de enkle ammoniumsalte er meget opløselige i vand. En undtagelse er ammoniumhexachloroplatinat, hvis dannelse bruges som test for ammonium. Salte af ammoniumnitrat og især perchlorat er meget eksplosive, i disse tilfælde er ammonium reduktionsmiddel.
I en usædvanlig proces danner ammoniumioner et amalgam. Sådanne arter fremstilles ved elektrolyse af en ammoniumopløsning under anvendelse af en kviksølvkatode. Dette amalgam nedbrydes til sidst for at frigive ammoniak og brint (Johnston, 2014).
Et af de mest almindelige ammoniumsalte er ammoniumhydroxid, der simpelthen er ammoniak opløst i vand. Denne forbindelse er meget almindelig og findes naturligt i miljøet (i luft, vand og jord) og i alle planter og dyr, inklusive mennesker.
Applikationer
Ammonium er en vigtig kilde til nitrogen for mange plantearter, især dem, der vokser i hypoxisk jord. Den er imidlertid også giftig for de fleste afgrødearter og anvendes sjældent som den eneste nitrogenkilde (Database, Human Metabolome, 2017).
Kvælstof (N), bundet til proteiner i død biomasse, forbruges af mikroorganismer og omdannes til ammoniumioner (NH4 +), der kan absorberes direkte af planternes rødder (f.eks. Ris).
Ammoniumioner omdannes normalt til nitritioner (NO2-) af nitrosomonas-bakterier, efterfulgt af en anden omdannelse til nitrat (NO3-) af Nitrobacter-bakterier.
De tre vigtigste kvælstofkilder, der bruges i landbruget, er urinstof, ammonium og nitrat. Den biologiske oxidation af ammonium til nitrat er kendt som nitrifikation. Denne proces involverer flere trin og formidles af obligatoriske aerobe, autotrofiske bakterier.
I oversvømmede jordbunder er oxidation af NH4 + begrænset. Urea nedbrydes af enzymet urease eller hydrolyseres kemisk til ammoniak og CO2.
I ammonifikationstrinnet omdannes ammoniakken ved ammonificering af bakterier til ammoniumionen (NH4 +). I det næste trin omdannes ammoniet ved nitrifiering af bakterier til nitrat (nitrifikation).
Denne meget mobile form for nitrogen absorberes hyppigst af planterødder såvel som mikroorganismer i jorden.
For at lukke nitrogencyklus omdannes kvælstofgas i atmosfæren til biomasse-nitrogen ved hjælp af Rhizobium-bakterier, der lever i rodvævene i bælgfrugter (for eksempel lucerne, ærter og bønner) og bælgfrugter (såsom uld). og af cyanobakterier og Azotobacter (Sposito, 2011).
Gennem ammonium (NH4 +) kan akvatiske planter absorbere og inkorporere nitrogen i proteiner, aminosyrer og andre molekyler. Høje koncentrationer af ammoniak kan øge væksten af alger og akvatiske planter.
Ammoniumhydroxid og andre ammoniumsalte er vidt brugt i fødevareforarbejdning. FDA-bestemmelserne angiver, at ammoniumhydroxid er sikkert ("generelt anerkendt som sikkert" eller GRAS) som et gærmiddel, pH-kontrolmiddel og efterbehandlingsmiddel. overfladisk i mad.
Listen over fødevarer, hvori ammoniumhydroxid bruges som et direkte fødevaretilsætningsstof, er omfattende og inkluderer bagværk, ost, chokolade, andre konfektureprodukter (f.eks. Slik) og buddinger. Ammoniumhydroxid bruges også som et antimikrobielt middel i kødprodukter.
Ammoniak i andre former (f.eks. Ammoniumsulfat, ammoniumalginat) bruges i krydderier, sojaproteinisolater, snacks, syltetøj og gelé og ikke-alkoholholdige drikkevarer (PNA-kaliumnitratforening, 2016).
Ammoniakmåling bruges i RAMBO-testen, især nyttig til diagnosticering af årsagen til acidose (Test-ID: RAMBO-ammonium, tilfældig, urin, SF). Nyren regulerer syreudskillelse og systemisk syre-base-balance.
Ændring af mængden af ammoniak i urinen er en vigtig måde for nyrerne at gøre dette på. Måling af niveauet af ammoniak i urinen kan give indsigt i årsagen til en syre-base-balanceforstyrrelse hos patienter.
Niveauet af ammoniak i urinen kan også give en masse information om den daglige syreproduktion hos en given patient. Da det meste af individets syrebelastning kommer fra indtaget protein, er mængden af ammoniak i urinen en god indikator for proteinindtagelse i kosten.
Urin-ammoniakmålinger kan være særligt nyttige til diagnose og behandling af patienter med nyresten:
- Høje niveauer af ammoniak i urinen og en lav urin-pH antyder fortsatte tab af mave-tarmkanalen. Disse patienter er i risiko for urinsyre og calciumoxalatsten.
- Lidt ammoniak i urinen og høj urin pH antyder renal tubular acidosis. Disse patienter er i risiko for calciumphosphatsten.
- Patienter med calciumoxalat og calciumphosphatsten behandles ofte med citrat for at hæve urincitrat (en naturlig hæmmer af vækst af calciumoxalat og calciumphosphatkrystall).
Eftersom citrat metaboliseres til bicarbonat (en base), kan dette lægemiddel imidlertid også øge pH i urinen. Hvis urinens pH er for høj ved citratbehandling, kan risikoen for calciumphosphatsten øges utilsigtet.
Overvågning af urin for ammoniak er en måde at titrere citratdosis på og undgå dette problem. En god startdosis af citrat er ca. halvdelen af ammoniumudskillelsen i urinen (i mEq af hver).
Virkningen af denne dosis på urinammonium, citrat og pH-værdier kan overvåges, og citratdosis justeres baseret på respons. Et fald i urin-ammoniak skal indikere, om det aktuelle citrat er tilstrækkeligt til delvist (men ikke helt) opveje den daglige syrebelastning hos den givne patient.
Referencer
- Database, menneskeligt metabolom. (2017, 2. marts). Viser metabocard for Ammonium. Gendannes fra: hmdb.ca.
- Johnston, FJ (2014). Ammoniumsalt. Hentet fra accessscience: accessscience.com.
- National Center for Biotechnology Information. (2017, 25. februar). PubChem Compound Database; CID = 16741146. Hentet fra PubChem.
- PNA-kaliumnitratforening. (2016). Nitrat (NO3-) versus ammonium (NH4 +). hentet fra kno3.org.
- Royal Society of Chemistry. (2015). Ammoniumion. Gendannes fra chemspider: chemspider.com.
- Sposito, G. (2011, 2. september). Jord. Gendannes fra encyklopædi britannica: britannica.com.
- Test-ID: RAMBO Ammonium, Tilfældig, Urin. (SF). Gendannes fra encyclopediamayomedicallaboratorie.com.
- VIAS Encyclopedia. (2004, 22. december). Ammoniumsalte. Gendannes fra encyklopædi vias.org.