ІОН АМОНІЮ (NH4 +): ФОРМУЛА, ВЛАСТИВОСТІ ТА ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Іон амонію являє собою позитивно заряджений катіон , багатоатомний хімічна формула якого NH ₄ ⁺ . Молекула не плоска, а має форму тетраедра. Чотири атоми водню складають чотири кути.

Аміачний азот має нерозділену пару електронів, здатних приймати протон (основа Льюїса), отже, іон амонію утворюється шляхом протонування аміаку відповідно до реакції: NH ₃ + H ⁺ → NH ₄ ⁺

Малюнок 1: Структура іона амонію

Назва амоній також дається заміщеним амінам або заміщеним катіонам амонію. Наприклад, хлорид метиламмонію є іонною сіллю формули CH ₃ NH ₄ Cl, де іон хлориду приєднаний до метиламіну.

Іон амонію має властивості, дуже схожі на важкі лужні метали, і часто вважається близьким родичем. Очікується, що амоній поводиться як метал під дуже високим тиском, наприклад, всередині планет-гігантів, таких як Уран і Нептун.

Іон амонію відіграє важливу роль у синтезі білка в організмі людини. Коротше кажучи, всі живі істоти потребують білків, до складу яких входить близько 20 різних амінокислот. Хоча рослини та мікроорганізми можуть синтезувати більшість амінокислот з азоту в атмосфері, тварини не можуть.

Для людини деякі амінокислоти взагалі не можуть бути синтезовані, і їх потрібно споживати як незамінні амінокислоти.

Однак інші амінокислоти можуть бути синтезовані мікроорганізмами в шлунково-кишковому тракті за допомогою іонів аміаку. Таким чином, ця молекула є ключовою фігурою в циклі азоту та в синтезі білка.

Властивості

Розчинність і молекулярна маса

Іон амонію має молекулярну масу 18,039 г / моль і розчинність 10,2 мг / мл води (Національний центр інформації про біотехнології, 2017). Розчинення аміаку у воді утворює іон амонію відповідно до реакції:

NH ₃ + H ₂ O → NH ₄ ⁺ + OH ^-

Це збільшує концентрацію гідроксилу в середовищі за рахунок підвищення рН розчину (Royal Society of Chemistry, 2015).

Властивості кислотної основи

Іон амонію має pKb 9,25. Це означає, що при рН, що перевищує цю величину, вона матиме кислотну поведінку, а при нижчому рН - основну поведінку.

Наприклад, при розчиненні аміаку в оцтовій кислоті (рКа = 4,76) вільна електронна пара азоту бере протон із середовища, збільшуючи концентрацію іонів гідроксиду за рівнянням:

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

Однак за наявності сильної основи, такої як гідроксид натрію (рКа = 14,93), іон амонію дає реакцію протону до середовища відповідно до реакції:

NH ₄ ⁺ + NaOH ⇌ NH ₃ + Na ⁺ + H ₂ O

На закінчення, при рН менше 9,25 азот буде протонізований, тоді як при рН, що перевищує цю величину, він буде депротонований. Це надзвичайно важливо для розуміння кривих титрування та розуміння поведінки таких речовин, як амінокислоти.

Солі амонію

Однією з найбільш характерних властивостей аміаку є його здатність безпосередньо поєднуватися з кислотами, утворюючи солі залежно від реакції:

NH ₃ + HX → NH ₄ X

Таким чином, з соляною кислотою він утворює хлорид амонію (NH ₄ Cl); З азотною кислотою, аміачною селітрою (NH ₄ NO ₃ ), з вуглекислотою він утворюватиме карбонат амонію ((NH ₄ ) ₂ CO ₃ ) тощо.

Було показано, що ідеально сухий аміак не поєднується з ідеально сухою соляною кислотою, волога необхідна для спровокування реакції (VIAS Encyclopedia, 2004).

Більшість простих амонієвих солей дуже розчинні у воді. Виняток становить гексахлороплатинат амонію, утворення якого використовується як тест на амоній. Солі аміачної селітри і особливо перхлорату є вибухонебезпечними, у цих випадках амоній є відновлювачем.

У незвичному процесі іони амонію утворюють амальгаму. Такі види готують електролізом розчину амонію з використанням ртутного катоду. Ця амальгама врешті-решт руйнується, виділяючи аміак та водень (Johnston, 2014).

Однією з найпоширеніших солей амонію є гідроксид амонію, який є просто аміаком, розчиненим у воді. Ця сполука є дуже поширеною і природно зустрічається у навколишньому середовищі (у повітрі, воді та ґрунті), а також у всіх рослин і тварин, включаючи людину.

Програми

Амоній є важливим джерелом азоту для багатьох видів рослин, особливо тих, що ростуть на гіпоксичних ґрунтах. Однак він також токсичний для більшості видів сільськогосподарських культур і його рідко застосовують як єдине джерело азоту (Database, Human Metabolome, 2017).

Азот (N), пов'язаний з білками в мертвій біомасі, споживається мікроорганізмами і перетворюється в іони амонію (NH4 +), які можуть бути поглинені безпосередньо корінням рослин (наприклад, рисом).

Іони амонію зазвичай перетворюються в іони нітритів (NO2-) бактеріями нітрозомонаса з подальшим повторним перетворенням в нітрати (NO3-) бактеріями Nitrobacter.

Три основні джерела азоту, використовувані в сільському господарстві, - сечовина, амоній та селітра. Біологічне окислення амонію до селітри відоме як нітрифікація. Цей процес включає кілька етапів і опосередковується облігатними аеробними, автотрофними бактеріями.

У підтоплених ґрунтах окислення NH4 + обмежене. Сечовина розщеплюється ферментом уреази або хімічно гідролізується до аміаку та СО2.

На етапі амоніфікації аміак перетворюється аммонізуючими бактеріями в іон амонію (NH4 +). На наступному етапі амоній перетворюється нітрифікуючими бактеріями в нітрати (нітрифікацію).

Ця високо рухлива форма азоту найчастіше засвоюється корінням рослин, а також мікроорганізмами в ґрунті.

Для припинення циклу азоту газ азоту в атмосфері перетворюється в азот на біомасі бактеріями ризобіумів, які живуть у кореневих тканинах бобових (наприклад, люцерни, гороху та бобів) та бобових (як вільха). і цианобактеріями та Азотобактером (Sposito, 2011).

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

Гідроксид амонію та інші солі амонію широко застосовуються в харчовій обробці. Правила управління харчовими продуктами та лікарськими засобами (FDA) визначають, що гідроксид амонію є безпечним ("загальновизнаним як безпечний" або GRAS) як дріжджовий засіб, агент контролю рН та закінчувальний засіб. поверхневий в їжі.

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

Аміак в інших формах (наприклад, сульфат амонію, альгінат амонію) використовується в приправах, соєвих білкових ізолятах, закусках, джемах і желе, а також безалкогольних напоях (асоціація нітрату калію PNA, 2016).

Вимірювання аміаку використовується в тесті RAMBO, особливо корисно при діагностиці причини ацидозу (ідентифікатор тесту: RAMBO Ammonium, Random, сеча, SF). Нирка регулює виведення кислоти та системний кислотно-лужний баланс.

Зміна кількості аміаку в сечі є важливим способом для нирок. Вимірювання рівня аміаку в сечі може дати зрозуміти причину порушення кислотно-лужної кислоти у пацієнтів.

Рівень аміаку в сечі також може дати багато інформації про добову вироблення кислоти у даного пацієнта. Оскільки велика частина кислотного навантаження на індивіда припадає на поглинений білок, кількість аміаку в сечі є хорошим показником споживання білка в їжі.

Вимірювання аміаку урини може бути особливо корисним для діагностики та лікування пацієнтів з каменями в нирках:

• Високий вміст аміаку в сечі та низький рівень сечі свідчать про постійні втрати шлунково-кишкового тракту. Ці пацієнти ризикують виникнення каменів сечової кислоти та оксалату кальцію.
• Трохи аміаку в сечі і високий рН сечі говорить про нирковий канальцевий ацидоз. Ці пацієнти ризикують виникнення каменів фосфату кальцію.
• Пацієнтів з каменями оксалату кальцію та фосфатом кальцію часто обробляють цитратом для підвищення цитрату сечі (природного інгібітора росту кристала оксалату кальцію та кристалів фосфату кальцію).

Однак, оскільки цитрат метаболізується до бікарбонату (основи), цей препарат також може підвищувати рН сечі. Якщо рН сечі при обробці цитратом занадто високий, ризик виникнення каменів фосфату кальцію може ненароком збільшитися.

Моніторинг сечі на аміак є одним із способів титрування дози цитрату та уникнення цієї проблеми. Хороша початкова доза цитрату - це приблизно половина екскреції амонію з сечею (в мЕкв кожного).

Вплив цієї дози на значення амонію, цитрату та рН сечі можна контролювати, а дозу цитрату відрегулювати на основі відповіді. Падіння амонію сечі повинно вказувати на те, чи достатньо поточного цитрату, щоб частково (але не повністю) протидіяти добовій кислотній навантаженні пацієнта.

Список літератури

1. База даних, метаболома людини. (2017 р., 2 березня). Показано метабокарту для амонію. Відновлено з: hmdb.ca.
2. Johnston, FJ (2014). Амонієва сіль. Отримано з accessscience: accessscience.com.
3. Національний центр інформації про біотехнології. (2017 р., 25 лютого). PubChem Складова база даних; CID = 16741146. Отримано з PubChem.
4. Асоціація нітрату калію PNA. (2016). Нітрат (NO3-) проти амонію (NH4 +). отримано з kno3.org.
5. Королівське хімічне товариство. (2015). Іон амонію Відновлено у chemspider: chemspider.com.
6. Sposito, G. (2011, 2 вересня). Грунт. Відновлено з енциклопедії britannica: britannica.com.
7. Ідентифікаційний код: Амоній RAMBO, Випадково, сеча. (СФ). Відновлено з encyclopediamayomedicallaboratorie.com.
8. Енциклопедія VIAS. (2004 р., 22 грудня). Солі амонієві Відновлено з енциклопедії vias.org.