Formuła jonów amonowych (NH4 +), właściwości i zastosowania



The jon amonowy jest dodatnio naładowanym kationem wieloatomowym, którego wzór chemiczny to NH4+. Cząsteczka nie jest płaska, ale ma kształt czworościanu. Cztery atomy wodoru tworzą cztery rogi.

Azot amoniaku ma parę niepodzielonych elektronów zdolnych do przyjęcia protonu (zasady Lewisa), dlatego jon amonowy powstaje w wyniku protonowania amoniaku zgodnie z reakcją: NH3 + H+ → NH4+

Amon to także podstawione aminy lub podstawione kationy amoniowe. Na przykład chlorek metyloamoniowy jest solą jonową o wzorze CH3NH4Cl, w którym jon chlorkowy jest związany z metyloaminą.

Jon amonowy ma właściwości bardzo podobne do cięższych metali alkalicznych i jest często uważany za bliskiego krewnego. Oczekuje się, że amon zachowuje się jak metal przy bardzo wysokich ciśnieniach, takich jak olbrzymie planety gazowe, takie jak Uran i Neptun.

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

Dla ludzi niektóre aminokwasy nie mogą być w ogóle syntetyzowane i muszą być spożywane jako niezbędne aminokwasy.

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

Indeks

  • 1 Właściwości
    • 1.1 Rozpuszczalność i masa cząsteczkowa
    • 1.2 Właściwości bazy kwasowej
    • 1.3 Sole amonowe
  • 2 zastosowania
  • 3 referencje

Właściwości

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). Podczas rozpuszczania amoniaku w wodzie powstaje jon amonowy zgodnie z reakcją:

NH3 + H2O → NH4+ + OH-

Zwiększa to stężenie hydroksylu w ośrodku zwiększając pH roztworu (Royal Society of Chemistry, 2015).

Właściwości bazy kwasowej

Jon amonowy ma pKb 9,25. Oznacza to, że przy pH powyżej tej wartości będzie zachowywać się kwaśnie, a przy niższym pH będzie miało podstawowe zachowanie.

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

NH3 + CH3COOH ⇌ NH4+ + CH3COO-

Jednak w obecności silnej zasady, takiej jak wodorotlenek sodu (pKa = 14,93), jon amonowy daje proton pożywce zgodnie z reakcją:

NH4+ + NaOH ⇌ NH3 + Na+ + H2O

Podsumowując, przy pH niższym niż 9,25 azot będzie protonowany, a przy pH wyższym niż ta wartość będzie deprotonowany. Jest to bardzo ważne dla zrozumienia krzywych miareczkowania i zrozumienia zachowania substancji, takich jak aminokwasy.

Sole amonowe

Jedną z najbardziej charakterystycznych właściwości amoniaku jest jego zdolność do bezpośredniego łączenia się z kwasami w celu wytworzenia soli zgodnie z reakcją:

NH3 + HX → NH4X

Tak więc z kwasem chlorowodorowym tworzy chlorek amonu (NH4Cl); Z kwasem azotowym, azotanem amonu (NH4NIE3), z kwasem węglowym utworzy węglan amonu ((NH4)2CO3) itp.

Wykazano, że idealnie suchy amoniak nie zostanie połączony z idealnie suchym kwasem solnym, a wilgotność jest niezbędna do wywołania reakcji (Encyklopedia VIAS, 2004).

Większość prostych soli amonowych jest bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie. Wyjątkiem jest heksachloroplatynian amonu, którego tworzenie stosuje się jako test na obecność amonu. Sole azotanu amonu, a zwłaszcza nadchloranu, są wysoce wybuchowe, w tych przypadkach amoniak jest czynnikiem redukującym.

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

Jedną z najczęstszych soli amonowych jest wodorotlenek amonu, który jest po prostu amoniakiem rozpuszczonym 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..

Używa

Amon jest ważnym źródłem azotu dla wielu gatunków roślin, zwłaszcza tych, które rosną na glebach niedotlenionych. Jest jednak 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 zużywany przez mikroorganizmy i przekształcany w jony amonowe (NH4 +), które mogą być bezpośrednio absorbowane przez korzenie roślin (np. Ryż).

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

Trzy główne źródła azotu stosowane w rolnictwie to mocznik, amon i azotan. Biologiczne utlenianie amonu do azotanu jest znane jako nitryfikacja. Proces ten uwzględnia kilka etapów i pośredniczą w nim autotroficzne, obowiązkowe bakterie tlenowe.

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

W etapie amonifikacji amoniak przekształca się za pomocą bakterii amoniakalnych w jon amonowy (NH4 +). W następnym kroku amoniak jest przekształcany przez bakterie nitryfikacyjne w azotan (nitryfikacja).

Ta forma, bardzo mobilny azot, jest najczęściej absorbowana przez korzenie roślin, a także przez mikroorganizmy w glebie.

Aby zamknąć cykl azotowy, azot gazowy w atmosferze jest przekształcany w azot z biomasy przez bakterie Rhizobium, które żyją w tkankach korzeniowych roślin strączkowych (na przykład lucerny, grochu i fasoli) i roślin strączkowych (takich jak olcha) oraz przez sinice i Azotobacter (Sposito, 2011).

Poprzez amon (NH4 +) rośliny wodne mogą absorbować i wprowadzać azot do białek, aminokwasów i innych cząsteczek. Wysokie stężenia amonu mogą zwiększyć wzrost glonów i roślin wodnych.

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

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

Amoniak w innych formach (np. Siarczan amonu, alginian amonu) jest stosowany w przyprawach, izolatach białka sojowego, przekąskach, dżemach i galaretkach oraz napojach bezalkoholowych (związek azotanu potasu PNA, 2016).

Pomiar amonu jest stosowany w teście RAMBO, szczególnie przydatny w diagnozowaniu przyczyny kwasicy (ID testu: RAMBO Ammonium, Random, Urine, S.F.). Nerka reguluje wydalanie kwasu i równowagę zasadowego kwasu.

Zmiana ilości amonu w moczu jest ważnym sposobem na wykonanie tego zadania przez nerki. Pomiar poziomu amonu w moczu może pomóc w zrozumieniu przyczyny zmiany równowagi kwasowej u pacjentów.

Poziom amonu w moczu może również dostarczyć wielu informacji o dziennej produkcji kwasu u danego pacjenta. Ponieważ większość obciążenia kwasem pochodzi od spożywanych białek, ilość amonu w moczu jest dobrym wskaźnikiem spożycia białka w diecie.

Pomiary amonu w moczu mogą być szczególnie przydatne do diagnozowania i leczenia pacjentów z kamieniami nerkowymi:

  • Wysoki poziom amonu w moczu i niskie pH w moczu sugerują utrzymujące się straty żołądkowo-jelitowe. Pacjenci ci są narażeni na ryzyko wystąpienia kwasu moczowego i szczawianu wapnia.
  • Trochę amonu w moczu i wysokie pH moczu sugerują kwasicę cewek nerkowych. Pacjenci ci są zagrożeni kamieniami z fosforanu wapnia.
  • Pacjenci z kamieniami szczawianu wapnia i fosforanem wapnia są często leczeni cytrynianem w celu zwiększenia zawartości cytrynianu w moczu (naturalny inhibitor wzrostu kryształów szczawianu wapnia i fosforanu wapnia).

Jednakże, ponieważ cytrynian jest metabolizowany do wodorowęglanu (zasady), lek ten może również zwiększyć pH moczu. Jeśli pH moczu jest zbyt wysokie w przypadku leczenia cytrynianem, ryzyko kamieni fosforanu wapnia może być niezamierzone zwiększone.

Monitorowanie moczu amonowego jest sposobem na miareczkowanie dawki cytrynianu i uniknięcie tego problemu. Dobra dawka początkowego cytrynianu stanowi w przybliżeniu połowę wydalania amonu w moczu (w mEq każdego).

Możesz monitorować wpływ tej dawki na wartości amonu, cytrynianu i pH moczu i dostosować dawkę cytrynianu na podstawie odpowiedzi. Spadek stężenia amonu w moczu powinien wskazywać, czy obecny cytrynian jest wystarczający do częściowego (ale nie całkowitego) przeciwdziałania dziennemu obciążeniu kwasem tego pacjenta.

Referencje

  1. Baza danych, metabolizm ludzki. (2017, 2 marca). Pokazuje kartę metaboliczną dla amonu. Źródło: hmdb.ca.
  2. Johnston, F. J. (2014). Sól amonowa. odzyskane z accessscience: accessscience.com.
  3. National Center for Biotechnology Information. (2017, 25 lutego). PubChem Compound Database; CID = 16741146. Pobrane z PubChem.
  4. Związek azotanu potasu PNA. (2016). Azotan (NO3-) w stosunku do amonu (NH4 +). odzyskane z kno3.org.
  5. Królewskie Towarzystwo Chemiczne. (2015). Jon amonowy. Źródło: chemspider: chemspider.com.
  6. Sposito, G. (2011, 2 września). Gleba Odzyskany z encyklopedii britannica: britannica.com.
  7. Identyfikator testu: RAMBO Amonium, Random, Urine. (S.F.). Odzyskany z encyclopediamayomedicallaboratorie.com.
  8. Encyklopedia VIAS. (2004, 22 grudnia). Sole amonowe. Odzyskany z encyklopedii vias.org.