ION DE AMONIU (NH4 +): FORMULĂ, PROPRIETĂȚI ȘI UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Ionul de amoniu este un cation poliatomic încărcat pozitiv a cărui formulă chimică este NH ₄ ⁺ . Molecula nu este plană, dar are forma unui tetraedru. Cei patru atomi de hidrogen alcătuiesc cele patru colțuri.

Azotul de amoniac are o pereche de electroni ne-partajați capabili să accepte un proton (baza Lewis), deci ionul de amoniu este format prin protonarea amoniacului conform reacției: NH ₃ + H ⁺ → NH ₄ ⁺

Figura 1: Structura ionului de amoniu.

Numele de amoniu este dat și aminelor substituite sau cationilor de amoniu substituiți. De exemplu, clorura de metilamoniu este o sare ionică având formula CH ₃ NH ₄ Cl unde ionul 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. Se preconizează că amoniul se va comporta ca un metal la presiuni foarte mari, cum ar fi planetele gigantului din gaz 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 din atmosferă, animalele nu pot.

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

Alți aminoacizi, însă, pot fi sintetizați de microorganisme din tractul gastro-intestinal cu ajutorul ionilor de amoniac. Astfel, această moleculă este o figură cheie în ciclul azotului și în sinteza proteinelor.

Proprietăți

Solubilitatea și greutatea 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 Informații Biotehnologice, 2017). Dizolvarea amoniacului în apă formează ionul de amoniu conform reacției:

NH ₃ + H ₂ O → NH ₄ ⁺ + OH ^-

Aceasta crește concentrația de hidroxil în mediu prin creșterea pH-ului soluției (Royal Society of Chemistry, 2015).

Proprietățile bazei acide

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

De exemplu, la dizolvarea amoniacului în acid acetic (pKa = 4,76), perechea de electroni liberi de azot preia un proton din mediu, crescând concentrația ionilor de hidroxid conform ecuației:

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

Cu toate acestea, în prezența unei baze puternice, cum ar fi hidroxidul de sodiu (pKa = 14,93), ionul de amoniu dă un proton mediului conform reacției:

NH ₄ ⁺ + NaOH ⇌ NH ₃ + Na ⁺ + H ₂ O

În concluzie, la pH sub 9,25, azotul va fi protonat, în timp ce la pH mai mare decât acea valoare va fi deprotonat. Acest lucru este de cea mai mare importanță 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 combina direct cu acizii pentru a forma săruri în funcție de reacție:

NH ₃ + HX → NH ₄ X

Astfel, cu acid clorhidric se formează clorură de amoniu (NH ₄ Cl); Cu acidul nitric, azotatul de amoniu (NH ₄ NO ₃ ), cu acidul carbonic va forma carbonat de amoniu (NH ₄ ) ₂ CO ₃ ) etc.

S-a demonstrat că amoniacul perfect uscat nu se va combina cu acidul clorhidric perfect uscat, umiditatea fiind necesară pentru a provoca reacția (VIAS Encyclopedia, 2004).

Majoritatea sărurilor simple de amoniu sunt foarte solubile în apă. O excepție este hexacloroplatinat de amoniu, a cărui formare este utilizată ca test pentru amoniu. Sărurile azotatului de amoniu și, în special, percloratului, sunt foarte explozive, în aceste cazuri amoniul este agentul reducător.

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

Una dintre cele mai frecvente săruri de amoniu este hidroxidul de amoniu, care este pur și simplu amoniacul dizolvat în apă. Acest compus este foarte comun și se găsește în mod natural în mediu (în aer, apă și sol) și la toate plantele și animalele, inclusiv oamenii.

Aplicații

Amoniul este o sursă importantă de azot pentru multe specii de plante, în special pentru cele care cresc în solurile hipoxice. Cu toate acestea, este de asemenea toxic pentru majoritatea speciilor de culturi și este rareori aplicat ca unică sursă de azot (Baza de date, Metabolomul uman, 2017).

Azotul (N), legat de proteine ​​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 convertiți în ioni de nitrit (NO2-) de bacteriile nitrosomonas, urmate de o a doua conversie la nitrat (NO3-) de bacteriile Nitrobacter.

Cele trei surse majore de azot utilizate în agricultură sunt uree, amoniu și nitrați. Oxidarea biologică a amoniuului la nitrat este cunoscută sub numele de nitrificare. Acest proces implică mai multe etape și este mediat de bacteriile aerobe, autotrofe obligatorii.

În solurile inundate, oxidarea NH4 + este restricționată. Ureea este descompusă de ureza enzimelor sau hidrolizată chimic la amoniac și CO2.

În etapa de amonificare, amoniacul este transformat prin ammonificarea bacteriilor în ionul de amoniu (NH4 +). În următoarea etapă, amoniul este transformat prin nitrifierea bacteriilor în nitrați (nitrificare).

Această formă extrem de mobilă de azot este cea mai frecvent absorbită de rădăcinile plantelor, precum și de microorganisme din sol.

Pentru a închide ciclul azotului, gazul de azot din atmosferă este transformat în azot din biomasă de bacteriile Rhizobium care trăiesc în țesuturile radiculare ale leguminoaselor (de exemplu, lucerna, mazăre și fasole) și leguminoase (precum arinul). și de cianobacterii și Azotobacter (Sposito, 2011).

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

Hidroxidul de amoniu și alte săruri de amoniu sunt utilizate pe scară largă în procesarea alimentelor. Regulamentele privind administrarea alimentelor și drogurilor (FDA) afirmă că hidroxidul de amoniu este sigur („în general recunoscut ca sigur” sau GRAS) ca agent de drojdie, agent de control al pH-ului și agent de finisare. superficial în alimente.

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

Amoniacul sub alte forme (de exemplu, sulfat de amoniu, alginat de amoniu) este utilizat în condimente, izolate de proteine ​​de soia, gustări, gemuri și jeleuri și băuturi nealcoolice (asocierea cu nitrați de potasiu PNA, 2016).

Măsurarea amoniuului este utilizată în testul RAMBO, utilă în special în diagnosticarea cauzei acidozei (Test ID: RAMBO Ammonium, Random, Urine, SF). Rinichii reglează excreția acidă și echilibrul sistemic acid-bază.

Modificarea cantității de amoniac în urină este o modalitate importantă pentru rinichi de a face acest lucru. Măsurarea nivelului de amoniac în urină poate oferi o perspectivă asupra cauzei unei tulburări a echilibrului acido-bazic la pacienți.

Nivelul de amoniac din urină poate oferi, de asemenea, o mulțime de informații despre producția zilnică de acid la un anumit pacient. Întrucât cea mai mare parte a încărcăturii acide a unei persoane provine din proteine ​​ingerate, cantitatea de amoniac din urină este un bun indicator al aportului de proteine ​​alimentare.

Măsurarea amoniacului urinar poate fi deosebit de utilă pentru diagnosticul și tratamentul pacienților cu pietre la rinichi:

• Nivelurile ridicate de amoniac în urină și un pH urinar scăzut sugerează pierderi gastrointestinale continue. Acești pacienți sunt expuși riscului de pietre cu acid uric și oxalat de calciu.
• Puțin amoniac în urină și pH ridicat în urină sugerează acidoză tubulară renală. Acești pacienți sunt expuși riscului de pietre de fosfat de calciu.
• Pacienții cu oxalat de calciu și pietre de fosfat de calciu sunt adesea tratați cu citrat pentru a ridica citratul de urină (un inhibitor natural al creșterii oxalatului de calciu și a fosfatului de calciu).

Cu toate acestea, din moment ce citratul este metabolizat la bicarbonat (o bază), acest medicament poate crește și pH-ul urinei. Dacă pH-ul urinei este prea mare în cazul tratamentului cu citrat, riscul de fosfat de calciu poate crește în mod inadvertent.

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

Efectul acestei doze asupra valorilor de amoniu din urină, citrat și pH poate fi monitorizat și doza de citrat poate fi ajustată pe baza răspunsului. O scădere a amoniacului în urină ar trebui să indice dacă citratul actual este suficient pentru a compensa parțial (dar nu complet) sarcina zilnică de acid a pacientului dat.

Referințe

1. Baza de date, Metabolom uman. (2017, 2 martie). Afișare metabolocard pentru Amoniu. Recuperat de la: hmdb.ca.
2. Johnston, FJ (2014). Sare de amoniu. Preluat din accessscience: accessscience.com.
3. Centrul Național de Informații Biotehnologice. (2017, 25 februarie). Baza de date compuse PubChem; CID = 16741146. Preluat din PubChem.
4. Asocierea nitraților de potasiu PNA. (2016). Nitrat (NO3-) față de amoniu (NH4 +). preluat de la kno3.org.
5. Societatea Regală de Chimie. (2015). Ion de amoniu. Recuperat de la chemspider: chemspider.com.
6. Sposito, G. (2011, 2 septembrie). Sol. Recuperat din enciclopedia britannica: britannica.com.
7. ID-ul testului: RAMBO Amoniu, Random, Urină. (SF). Recuperat de la enciclopediamayomedicallaboratorie.com.
8. Enciclopedia VIAS. (2004, 22 decembrie). Săruri de amoniu Recuperat din enciclopedie vias.org.