AMMONIUMION (NH4 +): FORMULE, EIGENSCHAPPEN EN TOEPASSINGEN - CHEMIE - 2025

Het ammoniumion is een positief geladen kation is polyatomisch waarvan de chemische formule NH ₄ ⁺ . Het molecuul is niet plat, maar heeft de vorm van een tetraëder. De vier waterstofatomen vormen de vier hoeken.

Ammoniakstikstof heeft een paar ongedeelde elektronen die een proton (Lewis-base) kunnen opnemen, daarom wordt het ammoniumion gevormd door de protonering van ammoniak volgens de reactie: NH ₃ + H ⁺ → NH ₄ ⁺

Figuur 1: structuur van het ammoniumion.

De naam ammonium wordt ook gegeven aan gesubstitueerde aminen of gesubstitueerde ammoniumkationen. Bijvoorbeeld methylammoniumchloride een ionogeen zout met de formule CH ₃ NH ₄ Cl waarbij het chloride ion een methylamine bevestigd.

Het ammoniumion heeft eigenschappen die sterk lijken op de zwaardere alkalimetalen en wordt vaak als nauw verwant beschouwd. Ammonium zal zich naar verwachting gedragen als een metaal bij zeer hoge drukken, zoals in gasreuzenplaneten zoals Uranus en Neptunus.

Het ammoniumion speelt een belangrijke rol bij de eiwitsynthese in het menselijk lichaam. Kortom, alle levende wezens hebben eiwitten nodig, die zijn opgebouwd uit ongeveer 20 verschillende aminozuren. Hoewel planten en micro-organismen de meeste aminozuren uit stikstof in de atmosfeer kunnen synthetiseren, kunnen dieren dat niet.

Voor mensen kunnen sommige aminozuren helemaal niet worden gesynthetiseerd en moeten ze als essentiële aminozuren worden geconsumeerd.

Andere aminozuren kunnen echter worden gesynthetiseerd door micro-organismen in het maagdarmkanaal met behulp van ammoniakionen. Dit molecuul is dus een sleutelfiguur in de stikstofcyclus en bij de eiwitsynthese.

Eigendommen

Oplosbaarheid en molecuulgewicht

Het ammoniumion heeft een molecuulgewicht van 18,039 g / mol en een oplosbaarheid van 10,2 mg / ml water (National Center for Biotechnology Information, 2017). Het oplossen van ammoniak in water vormt het ammoniumion volgens de reactie:

NH ₃ + H ₂ O → NH ₄ ⁺ + OH ^-

Dit verhoogt de hydroxylconcentratie in het medium door de pH van de oplossing te verhogen (Royal Society of Chemistry, 2015).

Zure basiseigenschappen

Het ammoniumion heeft een pKb van 9,25. Dit betekent dat het bij een pH hoger dan deze waarde een zuurgedrag zal hebben en bij een lagere pH een basisch gedrag.

Bij het oplossen van ammoniak in azijnzuur (pKa = 4.76) neemt het vrije elektronenpaar van stikstof bijvoorbeeld een proton uit het medium, waardoor de concentratie van hydroxide-ionen toeneemt volgens de vergelijking:

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

In aanwezigheid van een sterke base, zoals natriumhydroxide (pKa = 14,93), levert het ammoniumion een proton aan het medium volgens de reactie:

NH ₄ ⁺ + NaOH ⇌ NH ₃ + Na ⁺ + H ₂ O

Concluderend, bij een pH lager dan 9,25 zal stikstof geprotoneerd worden, terwijl het bij een pH hoger dan die waarde gedeprotoneerd zal worden. Dit is van het grootste belang voor het begrijpen van titratiecurven en het begrijpen van het gedrag van stoffen zoals aminozuren.

Ammoniumzouten

Een van de meest karakteristieke eigenschappen van ammoniak is het vermogen om direct met zuren te combineren om zouten te vormen, afhankelijk van de reactie:

NH ₃ + HX → NH ₄ X

Zo vormt het met zoutzuur ammoniumchloride (NH ₄ Cl); Met salpeterzuur, ammoniumnitraat (NH ₄ NO ₃ ), met koolzuur vormt het ammoniumcarbonaat ((NH ₄ ) ₂ CO ₃ ) etc.

Het is aangetoond dat perfect droge ammoniak niet zal combineren met perfect droog zoutzuur, aangezien het vocht nodig is om de reactie te veroorzaken (VIAS Encyclopedia, 2004).

De meeste eenvoudige ammoniumzouten zijn goed oplosbaar in water. Een uitzondering is ammoniumhexachloorplatinaat, waarvan de vorming wordt gebruikt als test voor ammonium. De zouten van ammoniumnitraat en vooral perchloraat zijn zeer explosief, in deze gevallen is ammonium het reductiemiddel.

In een ongebruikelijk proces vormen ammoniumionen een amalgaam. Dergelijke soorten worden bereid door elektrolyse van een ammoniumoplossing met behulp van een kwikkathode. Dit amalgaam wordt uiteindelijk afgebroken en er komen ammoniak en waterstof vrij (Johnston, 2014).

Een van de meest voorkomende ammoniumzouten is ammoniumhydroxide, wat simpelweg ammoniak is dat is opgelost in water. Deze verbinding komt veel voor en komt van nature voor in het milieu (in lucht, water en bodem) en in alle planten en dieren, inclusief mensen.

Toepassingen

Ammonium is een belangrijke stikstofbron voor veel plantensoorten, vooral diegenen die groeien in hypoxische bodems. Het is echter ook giftig voor de meeste gewassoorten en wordt zelden toegepast als de enige stikstofbron (Database, Human Metabolome, 2017).

Stikstof (N), gebonden aan eiwitten in dode biomassa, wordt door micro-organismen geconsumeerd en omgezet in ammoniumionen (NH4 +) die direct kunnen worden opgenomen door de wortels van planten (bijv. Rijst).

Ammoniumionen worden meestal omgezet in nitrietionen (NO2-) door nitrosomonas-bacteriën, gevolgd door een tweede omzetting in nitraat (NO3-) door Nitrobacter-bacteriën.

De drie belangrijkste stikstofbronnen die in de landbouw worden gebruikt, zijn ureum, ammonium en nitraat. De biologische oxidatie van ammonium tot nitraat staat bekend als nitrificatie. Dit proces omvat verschillende stappen en wordt gemedieerd door obligate aërobe, autotrofe bacteriën.

In ondergelopen bodems wordt de oxidatie van NH4 + beperkt. Ureum wordt afgebroken door het enzym urease of chemisch gehydrolyseerd tot ammoniak en CO2.

In de ammonificatiestap wordt de ammoniak door ammonificerende bacteriën omgezet in het ammoniumion (NH4 +). In de volgende stap wordt het ammonium door nitrificerende bacteriën omgezet in nitraat (nitrificatie).

Deze zeer mobiele vorm van stikstof wordt meestal opgenomen door plantenwortels, evenals door micro-organismen in de bodem.

Om de stikstofkringloop te sluiten, wordt stikstofgas in de atmosfeer omgezet in biomassastikstof door Rhizobium-bacteriën die leven in het wortelweefsel van peulvruchten (bijv. Alfalfa, erwten en bonen) en peulvruchten (zoals els). en door cyanobacteriën en Azotobacter (Sposito, 2011).

Via ammonium (NH4 +) kunnen waterplanten stikstof opnemen en opnemen in eiwitten, aminozuren en andere moleculen. Hoge concentraties ammoniak kunnen de groei van algen en waterplanten bevorderen.

Ammoniumhydroxide en andere ammoniumzouten worden veel gebruikt in de voedselverwerking. De voorschriften van de Food and Drug Administration (FDA) stellen dat ammoniumhydroxide veilig is ("algemeen erkend als veilig" of GRAS) als gistmiddel, pH-controlemiddel en afwerkingsmiddel. oppervlakkig in voedsel.

De lijst met voedingsmiddelen waarin ammoniumhydroxide wordt gebruikt als direct voedseladditief is uitgebreid en omvat gebakken goederen, kazen, chocolaatjes, andere zoetwaren (bijv. Snoep) en pudding. Ammoniumhydroxide wordt ook gebruikt als antimicrobieel middel in vleesproducten.

Ammoniak in andere vormen (bijv. Ammoniumsulfaat, ammoniumalginaat) wordt gebruikt in smaakmakers, soja-eiwitisolaten, snacks, jam en gelei, en niet-alcoholische dranken (PNA kaliumnitraat associatie, 2016).

Ammoniakmeting wordt gebruikt in de RAMBO-test, met name nuttig bij het diagnosticeren van de oorzaak van acidose (test-ID: RAMBO Ammonium, Random, Urine, SF). De nier reguleert de zuuruitscheiding en het systemische zuur-base-evenwicht.

Het veranderen van de hoeveelheid ammoniak in de urine is een belangrijke manier voor de nieren om dit te doen. Het meten van het ammoniakgehalte in de urine kan inzicht geven in de oorzaak van een zuur-base-evenwichtsstoornis bij patiënten.

Het ammoniakgehalte in de urine kan ook veel informatie geven over de dagelijkse zuurproductie bij een bepaalde patiënt. Aangezien het grootste deel van de zuurbelasting van een persoon afkomstig is van ingenomen eiwitten, is de hoeveelheid ammoniak in de urine een goede indicator voor de eiwitinname via de voeding.

Ammoniakmetingen in de urine kunnen met name nuttig zijn voor de diagnose en behandeling van patiënten met nierstenen:

• Hoge niveaus van ammoniak in de urine en een lage urine-pH duiden op aanhoudende gastro-intestinale verliezen. Deze patiënten lopen risico op urinezuur- en calciumoxalaatstenen.
• Een beetje ammoniak in de urine en een hoge urine-pH duiden op renale tubulaire acidose. Deze patiënten lopen risico op calciumfosfaatstenen.
• Patiënten met calciumoxalaat- en calciumfosfaatstenen worden vaak behandeld met citraat om urinecitraat te verhogen (een natuurlijke remmer van calciumoxalaat- en calciumfosfaatkristalgroei).

Omdat citraat echter wordt gemetaboliseerd tot bicarbonaat (een base), kan dit medicijn ook de pH van de urine verhogen. Als de pH van de urine te hoog is bij een citraatbehandeling, kan het risico op calciumfosfaatstenen onbedoeld toenemen.

Controle van de urine op ammoniak is een manier om de citraatdosis te titreren en dit probleem te vermijden. Een goede startdosering citraat is ongeveer de helft van de ammoniumuitscheiding in de urine (in mEq van elk).

Het effect van deze dosis op ammonium-, citraat- en pH-waarden in de urine kan worden gevolgd en de citraatdosis kan worden aangepast op basis van de respons. Een daling van de ammoniak in de urine zou moeten aangeven of het huidige citraat voldoende is om de dagelijkse zuurbelasting van die gegeven patiënt gedeeltelijk (maar niet volledig) te compenseren.

Referenties

1. Database, menselijk metaboloom. (2017, 2 maart). Metabocard voor Ammonium laten zien. Hersteld van: hmdb.ca.
2. Johnston, FJ (2014). Ammoniumzout. Opgehaald van accessscience: accessscience.com.
3. Nationaal centrum voor informatie over biotechnologie. (2017, 25 februari). PubChem samengestelde database; CID = 16741146. Opgehaald van PubChem.
4. PNA kaliumnitraatassociatie. (2016). Nitraat (NO3-) versus ammonium (NH4 +). opgehaald van kno3.org.
5. Royal Society of Chemistry. (2015). Ammonium-ion. Opgehaald van chemspider: chemspider.com.
6. Sposito, G. (2011, 2 september). Bodem. Opgehaald van encyclopedie britannica: britannica.com.
7. Test-ID: RAMBO Ammonium, Random, Urine. (SF). Opgehaald van encyclopediamayomedicallaboratorie.com.
8. VIAS Encyclopedia. (2004, 22 december). Ammoniumzouten. Opgehaald van encyclopedia vias.org.