Den ammoniumjon är en positivt laddad polyatomisk katjon vars kemiska formel är NH 4 + . Molekylen är inte platt utan är formad som en tetrahedron. De fyra väteatomerna utgör de fyra hörnen.
Ammoniakkväve har ett par odelade elektroner med förmåga att acceptera en proton (Lewis-bas), därav ammoniumjonen är bildade genom protonering av ammoniak enligt reaktionen: NH 3 + H + → NH 4 +
Bild 1: Ammoniumjonens struktur.
Namnet ammonium ges också till substituerade aminer eller substituerade ammoniumkationer. Till exempel, är metylammoniumklorid ett joniskt salt med formeln CH 3 NH 4 Cl där kloridjonen är fäst vid en metylamin.
Ammoniumjonen har egenskaper som mycket liknar de tyngre alkalimetallerna och anses ofta vara en nära släkting. Ammonium förväntas bete sig som en metall vid mycket höga tryck, till exempel inre gigantiska planeter som Uranus och Neptun.
Ammoniumjonen spelar en viktig roll i proteinsyntesen i människokroppen. Kort sagt, alla levande saker behöver proteiner, som består av cirka 20 olika aminosyror. Medan växter och mikroorganismer kan syntetisera de flesta aminosyror från kväve i atmosfären, kan inte djur.
För människor kan vissa aminosyror inte syntetiseras alls och måste konsumeras som essentiella aminosyror.
Andra aminosyror kan emellertid syntetiseras av mikroorganismer i mag-tarmkanalen med hjälp av ammoniakjoner. Således är denna molekyl en nyckelfigur i kvävcykeln och i proteinsyntes.
Egenskaper
Löslighet och molekylvikt
Ammoniumjonen har en molekylvikt av 18,039 g / mol och en löslighet av 10,2 mg / ml vatten (National Center for Biotechnology Information, 2017). Lösande ammoniak i vatten bildar ammoniumjonen enligt reaktionen:
NH 3 + H 2 O → NH 4 + + OH -
Detta ökar hydroxylkoncentrationen i mediet genom att öka pH i lösningen (Royal Society of Chemistry, 2015).
Syra basegenskaper
Ammoniumjonen har en pKb av 9,25. Detta betyder att det vid ett pH som är högre än detta värde kommer att ha ett surt beteende och vid ett lägre pH kommer det att ha ett grundläggande beteende.
När man till exempel löser upp ammoniak i ättiksyra (pKa = 4,76), tar det fria elektronparet kväve en proton från mediet, vilket ökar koncentrationen av hydroxidjoner enligt ekvationen:
NH 3 + CH 3 COOH ⇌ NH 4 + + CH 3 COO -
I närvaro av en stark bas, såsom natriumhydroxid (pKa = 14,93) ger emellertid ammoniumjonen en proton till mediet enligt reaktionen:
NH 4 + + NaOH ⇌ NH 3 + Na + + H 2 O
Sammanfattningsvis, vid pH mindre än 9,25, kommer kväve att protoneras, medan det vid pH som är större än det värdet avskyddas. Detta är av yttersta vikt för att förstå titreringskurvor och förstå beteenden hos ämnen som aminosyror.
Ammoniumsalter
En av de mest karakteristiska egenskaperna hos ammoniak är dess kraft att kombinera direkt med syror för att bilda salter beroende på reaktionen:
NH 3 + HX → NH 4 X
Sålunda, med saltsyra bildar ammoniumklorid (NH 4 Cl); Med salpetersyra, ammoniumnitrat (NH 4 NO 3 ), med kolsyra det kommer att bilda ammoniumkarbonat ((NH 4 ) 2 CO 3 ) etc.
Det har visats att perfekt torr ammoniak inte kommer att kombineras med perfekt torr saltsyra, varvid fukten är nödvändig för att orsaka reaktionen (VIAS Encyclopedia, 2004).
De flesta av de enkla ammoniumsalterna är mycket lösliga i vatten. Ett undantag är ammoniumhexakloroplatinat, vars bildning används som ett test för ammonium. Salterna av ammoniumnitrat och särskilt perklorat är mycket explosiva, i dessa fall är ammonium reduktionsmedlet.
I en ovanlig process bildar ammoniumjoner ett amalgam. Sådana arter framställs genom elektrolys av en ammoniumlösning med användning av en kvicksilver-katod. Detta amalgam bryts så småningom för att frigöra ammoniak och väte (Johnston, 2014).
Ett av de vanligaste ammoniumsalterna är ammoniumhydroxid, som helt enkelt är ammoniak löst i vatten. Denna förening är mycket vanlig och finns naturligt i miljön (i luft, vatten och jord) och i alla växter och djur, inklusive människor.
tillämpningar
Ammonium är en viktig kvävekälla för många växtarter, särskilt de som växer i hypoxisk jord. Men det är också giftigt för de flesta grödor och appliceras sällan som den enda kvävekällan (Database, Human Metabolome, 2017).
Kväve (N), bundet till proteiner i död biomassa, konsumeras av mikroorganismer och omvandlas till ammoniumjoner (NH4 +) som kan absorberas direkt av växtrötterna (t.ex. ris).
Ammoniumjoner omvandlas vanligtvis till nitritjoner (NO2-) av nitrosomonas-bakterier, följt av en andra omvandling till nitrat (NO3-) av Nitrobacter-bakterier.
De tre huvudsakliga kvävekällorna som används i jordbruket är urea, ammonium och nitrat. Den biologiska oxidationen av ammonium till nitrat kallas nitrifikation. Denna process involverar flera steg och förmedlas av obligatoriska aeroba, autotrofa bakterier.
I översvämmade jordar är oxidationen av NH4 + begränsad. Urea bryts ned av enzymet ureas eller hydrolyseras kemiskt till ammoniak och CO2.
I ammonifieringssteget omvandlas ammoniaken genom ammonifierande bakterier till ammoniumjonen (NH4 +). I nästa steg omvandlas ammoniumet genom nitrerande bakterier till nitrat (nitrifikation).
Denna mycket mobila form av kväve absorberas oftast av växtrötter, liksom av mikroorganismer i jorden.
För att stänga kvävcykeln omvandlas kvävgas i atmosfären till biomassa-kväve av Rhizobium-bakterier som lever i rotvävnaderna i baljväxter (till exempel lucerna, ärter och bönor) och baljväxter (såsom alder). och av cyanobakterier och Azotobacter (Sposito, 2011).
Genom ammonium (NH4 +) kan vattenväxter absorbera och införliva kväve i proteiner, aminosyror och andra molekyler. Höga koncentrationer av ammoniak kan öka tillväxten av alger och vattenväxter.
Ammoniumhydroxid och andra ammoniumsalter används ofta i livsmedelsbearbetning. I Food and Drug Administration (FDA) -reglerna anges att ammoniumhydroxid är säkert ("allmänt erkänt som säkert" eller GRAS) som ett jästmedel, pH-kontrollmedel och efterbehandlingsmedel. ytlig i mat.
Listan över livsmedel där ammoniumhydroxid används som direkt livsmedelstillsats är omfattande och innehåller bakverk, ostar, choklad, andra konfektprodukter (t.ex. godis) och puddingar. Ammoniumhydroxid används också som ett antimikrobiellt medel i köttprodukter.
Ammoniak i andra former (t.ex. ammoniumsulfat, ammoniumalginat) används i smaktillsatser, sojaproteinolat, snacks, sylt och gelé och alkoholfria drycker (PNA-kaliumnitratförening, 2016).
Ammoniakmätning används i RAMBO-testet, särskilt användbart för att diagnostisera orsaken till acidos (Test ID: RAMBO Ammonium, Random, Urine, SF). Njurarna reglerar syras utsöndring och systemisk syra-bas balans.
Att ändra mängden ammoniak i urinen är ett viktigt sätt för njurarna att göra detta. Att mäta nivån av ammoniak i urinen kan ge insikt i orsaken till en syra-basbalansstörning hos patienter.
Nivån av ammoniak i urinen kan också ge mycket information om den dagliga syraproduktionen hos en viss patient. Eftersom de flesta av en individs syrabelastning kommer från intaget protein, är mängden ammoniak i urinen en bra indikator på proteinintag i kosten.
Mätningar av ammoniak urin kan vara särskilt användbara för diagnos och behandling av patienter med njursten:
- Höga nivåer av ammoniak i urinen och lågt pH i urin tyder på pågående gastrointestinala förluster. Dessa patienter riskerar för urinsyra och kalciumoxalatstenar.
- Lite ammoniak i urinen och högt urin-pH tyder på renal tubular acidosis. Dessa patienter löper risk för kalciumfosfatstenar.
- Patienter med kalciumoxalat- och kalciumfosfatsten behandlas ofta med citrat för att höja urincitrat (en naturlig hämmare av kalciumoxalat- och kalciumfosfatkristalltillväxt).
Men eftersom citrat metaboliseras till bikarbonat (en bas) kan detta läkemedel också öka pH-värdet i urinen. Om urinens pH är för högt med citratbehandling kan risken för kalciumfosfatstenar oavsiktligt öka.
Övervakning av urin för ammoniak är ett sätt att titrera citratdosen och undvika detta problem. En bra startdos citrat är ungefär hälften av ammoniumutsöndringen i urinen (i mekv av vardera).
Effekten av denna dos på urinammonium, citrat och pH-värden kan övervakas och citratdosen justeras baserat på respons. En minskning av ammoniak i urinen bör indikera om det aktuella citratet är tillräckligt för att delvis (men inte helt) kompensera den dagliga syrabelastningen hos den givna patienten.
referenser
- Databas, mänsklig metabolom. (2017, 2 mars). Visar metabocard för Ammonium. Återställd från: hmdb.ca.
- Johnston, FJ (2014). Ammoniumsalt. Hämtad från accessscience: accessscience.com.
- National Center for Biotechnology Information. (2017, 25 februari). PubChem Compound Database; CID = 16741146. Hämtad från PubChem.
- PNA-kaliumnitratförening. (2016). Nitrat (NO3-) kontra ammonium (NH4 +). hämtad från kno3.org.
- Royal Society of Chemistry. (2015). Ammoniumjon. Återställd från chemspider: chemspider.com.
- Sposito, G. (2011, 2 september). Jord. Återställd från encyklopedin britannica: britannica.com.
- Test-ID: RAMBO Ammonium, Random, Urine. (SF). Återställs från encyclopediamayomedicallaboratorie.com.
- VIAS Encyclopedia. (2004, 22 december). Ammoniumsalter. Återställd från encyklopedi vias.org.