Den ammoniumion er et positivt ladet polyatomiske kation hvis kjemiske formel er NH 4 + . Molekylet er ikke flatt, men er formet som en tetraeder. De fire hydrogenatomer utgjør de fire hjørnene.
Ammoniakknitrogen som har et par av udelte elektroner som er i stand til å akseptere et proton (Lewis-base), derav ammoniumionet blir dannet ved protonering av ammoniakk i henhold til reaksjonen: NH 3 + H + → NH 4 +
Figur 1: Ammoniumionets struktur.
Navnet ammonium er også gitt til substituerte aminer eller substituerte ammoniumkationer. For eksempel, er metylammoniumklorid et ionisk salt med formel CH 3 NH 4 Cl hvor kloridionet er festet til en metylamin.
Ammoniumionet har egenskaper veldig likt de tyngre alkalimetallene og blir ofte sett på som en nær slektning. Ammonium forventes å oppføre seg som et metall ved veldig høyt trykk, for eksempel inne i gassgigantplaneter som Uranus og Neptune.
Ammoniumionet spiller en viktig rolle i proteinsyntese i menneskekroppen. Kort sagt, alle levende ting trenger proteiner, som består av omtrent 20 forskjellige aminosyrer. Mens planter og mikroorganismer kan syntetisere de fleste aminosyrer fra nitrogen i atmosfæren, kan ikke dyr.
For mennesker kan noen aminosyrer ikke syntetiseres i det hele tatt og må konsumeres som essensielle aminosyrer.
Andre aminosyrer kan imidlertid syntetiseres av mikroorganismer i mage-tarmkanalen ved hjelp av ammoniakkioner. Dermed er dette molekylet en nøkkelfigur i nitrogensyklusen og i proteinsyntese.
Egenskaper
Løselighet og molekylvekt
Ammoniumionet har en molekylvekt på 18,039 g / mol og en løselighet på 10,2 mg / ml vann (National Center for Biotechnology Information, 2017). Å oppløse ammoniakk i vann danner ammoniumion i henhold til reaksjonen:
NH 3 + H 2 O → NH 4 + + OH -
Dette øker hydroksylkonsentrasjonen i mediet ved å øke pH i løsningen (Royal Society of Chemistry, 2015).
Syre baseegenskaper
Ammoniumionet har en pKb på 9,25. Dette betyr at ved en pH som er høyere enn denne verdien, vil den ha en sur oppførsel, og ved en lavere pH vil den ha en grunnleggende oppførsel.
For eksempel, når oppløsning av ammoniakk i eddiksyre (pKa = 4,76), tar det frie elektronparet nitrogen et proton fra mediet, og øker konsentrasjonen av hydroksydioner i henhold til ligningen:
NH 3 + CH 3 COOH ⇌ NH 4 + + CH 3 COO -
Imidlertid, i nærvær av en sterk base, så som natriumhydroksyd (pKa = 14,93), gir ammoniumionet et proton til mediet i henhold til reaksjonen:
NH 4 + + NaOH ⇌ NH 3 + Na + + H 2 O
Avslutningsvis, ved pH mindre enn 9,25, vil nitrogen bli protonert, mens ved pH som er større enn den verdien, blir det avprotonert. Dette er av største betydning for å forstå titreringskurver og forstå oppførselen til stoffer som aminosyrer.
Ammoniumsalter
En av de mest karakteristiske egenskapene til ammoniakk er dens kraft til å kombinere direkte med syrer for å danne salter avhengig av reaksjonen:
NH 3 + HX → NH 4 X
Således, med saltsyre danner den ammoniumklorid (NH 4- Cl); Med salpetersyre, ammoniumnitrat (NH 4 NO 3 ), med kullsyre vil det danne ammoniumkarbonat ((NH 4 ) 2 CO 3 ) etc.
Det er vist at perfekt tørr ammoniakk ikke vil kombinere med perfekt tørr saltsyre, idet fuktigheten er nødvendig for å provosere reaksjonen (VIAS Encyclopedia, 2004).
De fleste av de enkle ammoniumsaltene er veldig løselige i vann. Et unntak er ammoniumheksakloroplatinat, hvis dannelse brukes som en test for ammonium. Saltene av ammoniumnitrat og spesielt perklorat er svært eksplosive, i disse tilfellene er ammonium reduksjonsmiddel.
I en uvanlig prosess danner ammoniumioner et amalgam. Slike arter blir fremstilt ved elektrolyse av en ammoniumoppløsning ved bruk av en kvikksølvkatode. Dette amalgamet brytes til slutt ned for å frigjøre ammoniakk og hydrogen (Johnston, 2014).
Et av de vanligste ammoniumsaltene er ammoniumhydroksyd, som ganske enkelt er ammoniakk oppløst i vann. Denne forbindelsen er veldig vanlig og finnes naturlig i miljøet (i luft, vann og jord) og i alle planter og dyr, inkludert mennesker.
applikasjoner
Ammonium er en viktig kilde til nitrogen for mange plantearter, spesielt de som vokser i hypoksisk jord. Den er imidlertid også giftig for de fleste avlingsarter og blir sjelden brukt som eneste nitrogenkilde (Database, Human Metabolome, 2017).
Nitrogen (N), bundet til proteiner i død biomasse, forbrukes av mikroorganismer og omdannes til ammoniumioner (NH4 +) som kan tas opp direkte av røttene til planter (f.eks. Ris).
Ammoniumioner konverteres vanligvis til nitrittioner (NO2-) av nitrosomonas-bakterier, etterfulgt av en andre omdannelse til nitrat (NO3-) av Nitrobacter-bakterier.
De tre viktigste kildene til nitrogen som brukes i landbruket er urea, ammonium og nitrat. Den biologiske oksidasjonen av ammonium til nitrat er kjent som nitrifikasjon. Denne prosessen involverer flere trinn og er formidlet av obligatoriske aerobe, autotrofiske bakterier.
I oversvømte jordarter er oksidasjon av NH4 + begrenset. Urea brytes ned av enzymet urease eller hydrolyseres kjemisk til ammoniakk og CO2.
I ammonifiseringstrinnet omdannes ammoniakken ved å ammonifisere bakterier til ammoniumionet (NH4 +). I neste trinn omdannes ammoniumet ved nitrifiserende bakterier til nitrat (nitrifikasjon).
Denne svært mobile formen for nitrogen blir ofte absorbert av planterøtter, så vel som mikroorganismer i jorden.
For å lukke nitrogensyklusen blir nitrogengass i atmosfæren omdannet til biomasse nitrogen av Rhizobium-bakterier som lever i rotvevet til belgfrukter (for eksempel alfalfa, erter og bønner) og belgfrukter (for eksempel alder). og av cyanobakterier og Azotobacter (Sposito, 2011).
Gjennom ammonium (NH4 +) kan vannplanter absorbere og innlemme nitrogen i proteiner, aminosyrer og andre molekyler. Høye konsentrasjoner av ammoniakk kan øke veksten av alger og vannplanter.
Ammoniumhydroksyd og andre ammoniumsalter er mye brukt i matforedling. Forskrifter om mat og medikamentadministrasjon (FDA) sier at ammoniumhydroksyd er trygt ("generelt anerkjent som trygt" eller GRAS) som et gjærmiddel, pH-kontrollmiddel og etterbehandlingsmiddel. overfladisk i maten.
Listen over matvarer som ammoniumhydroksyd brukes som et direkte tilsetningsstoff til mat er omfattende og inkluderer bakevarer, oster, sjokolade, andre sukkervarer (f.eks. Godteri) og puddinger. Ammoniumhydroksyd brukes også som et antimikrobielt middel i kjøttprodukter.
Ammoniakk i andre former (f.eks. Ammoniumsulfat, ammoniumalginat) brukes i krydder, soyaproteinisolater, snacks, syltetøy og gelé og alkoholfrie drikkevarer (PNA kaliumnitratforening, 2016).
Ammoniakkmåling brukes i RAMBO-testen, spesielt nyttig for å diagnostisere årsaken til acidose (Test ID: RAMBO Ammonium, Random, Urine, SF). Nyren regulerer syreutskillelse og systemisk syre-base-balanse.
Å endre mengden ammoniakk i urinen er en viktig måte for nyrene å gjøre dette på. Måling av nivået av ammoniakk i urinen kan gi innsikt i årsaken til en syre-base-forstyrrelse hos pasienter.
Nivået av ammoniakk i urinen kan også gi mye informasjon om den daglige syreproduksjonen hos en gitt pasient. Siden det meste av individets syrebelastning kommer fra inntatt protein, er mengden ammoniakk i urinen en god indikator på proteininntaket i kosten.
Urinammoniakkmålinger kan være spesielt nyttige for diagnose og behandling av pasienter med nyrestein:
- Høye nivåer av ammoniakk i urinen og lav pH i urinen antyder pågående tap av mage-tarmkanalen. Disse pasientene er i faresonen for urinsyre og kalsiumoksalatstein.
- Litt ammoniakk i urinen og høy urin-pH antyder nyre tubulær acidose. Disse pasientene er i faresonen for kalsiumfosfatstein.
- Pasienter med kalsiumoksalat og kalsiumfosfatstein blir ofte behandlet med sitrat for å øke urincitrat (en naturlig hemmer av vekst av kalsiumoksalat og kalsiumfosfat).
Men siden sitrat metaboliseres til bikarbonat (en base), kan dette stoffet også øke pH i urinen. Hvis urinens pH er for høy med sitratbehandling, kan risikoen for kalsiumfosfatstein økes utilsiktet.
Overvåking av urin for ammoniakk er en måte å titrere sitratdosen på og unngå dette problemet. En god startdose med sitrat er omtrent halve ammoniumutskillelsen i urinen (i mekv av hver).
Effekten av denne dosen på urinammonium, sitrat og pH-verdier kan overvåkes og sitratdosen justeres basert på respons. En dråpe ammoniakk i urinen skulle indikere om det nåværende citratet er tilstrekkelig til å delvis (men ikke helt) oppveie den daglige syrebelastningen til den gitte pasienten.
referanser
- Database, menneskelig metabolom. (2017, 2. mars). Viser metabocard for Ammonium. Gjenopprettet fra: hmdb.ca.
- Johnston, FJ (2014). Ammoniumsalt. Hentet fra accessscience: accessscience.com.
- Nasjonalt senter for informasjon om bioteknologi. (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. Gjenopprettet fra chemspider: chemspider.com.
- Sposito, G. (2011, 2. september). Jord. Gjenopprettet fra leksikon britannica: britannica.com.
- Test-ID: RAMBO Ammonium, Random, Urine. (SF). Gjenopprettet fra encyclopediamayomedicallaboratorie.com.
- VIAS Encyclopedia. (2004, 22. desember). Ammoniumsalter. Gjenopprettet fra leksikon vias.org.