Ion ammonium (NH4 +) Formule, eigenschappen en toepassingen

de ammoniumion is een positief geladen polyatomair kation waarvan de chemische formule NH is₄⁺. Het molecuul is niet vlak, maar heeft de vorm van een tetraëder. De vier waterstofatomen vormen de vier hoeken.

De stikstof van de ammoniak heeft een paar niet-gedeelde elektronen die in staat zijn om een ​​proton (Lewis-base) te accepteren, vandaar dat het ammoniumion wordt gevormd door de protonering van de ammoniak volgens de reactie: NH₃ + H⁺ → NH₄⁺

Ammonium is ook gesubstitueerde gesubstitueerde aminen of gesubstitueerde ammoniumkationen. Methylammoniumchloride is bijvoorbeeld een ionisch zout met formule CH₃NH₄Cl waarin het chloride-ion is gebonden aan een methylamine.

Het ammoniumion heeft eigenschappen die sterk lijken op de zwaardere alkalimetalen en wordt vaak als een verwant familielid beschouwd. Van ammonium wordt verwacht dat het zich gedraagt ​​als een metaal bij zeer hoge drukken, zoals in gigantische gasplaneten zoals Uranus en Neptune.

Het ammoniumion speelt een belangrijke rol bij de synthese van eiwitten in het menselijk lichaam. Kortom, alle levende wezens hebben eiwitten nodig, die worden gevormd door ongeveer 20 verschillende aminozuren. Terwijl 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 gesynthetiseerd worden en moeten ze geconsumeerd worden als essentiële aminozuren.

Andere aminozuren kunnen echter worden gesynthetiseerd door micro-organismen in het maagdarmkanaal met behulp van ammonia-ionen. Dit molecuul is dus een sleutelfiguur in de stikstofcyclus en in de synthese van eiwitten.

index

• 1 Eigenschappen
  • 1.1 Oplosbaarheid en molecuulgewicht
  • 1.2 Zure basiseigenschappen
  • 1.3 Ammoniumzouten
• 2 Gebruik
• 3 referenties

eigenschappen

Oplosbaarheid en molecuulgewicht

Het ammoniumion heeft een molecuulgewicht van 18,039 g / mol en een oplosbaarheid van 10,2 mg / ml water (Nationaal centrum voor biotechnologische informatie, 2017). Bij het oplossen van ammoniak in water wordt het ammoniumion gevormd volgens de reactie:

NH₃ + H₂O → NH₄⁺ + OH^-

Dit verhoogt de concentratie van hydroxyl in het medium waardoor de pH van de oplossing toeneemt (Royal Society of Chemistry, 2015).

Zure basiseigenschappen

Het ammoniumion heeft een pKb van 9,25. Dit betekent dat bij een pH boven deze waarde een zuur gedrag zal optreden en bij een lagere pH een basisgedrag zal hebben.

Wanneer bijvoorbeeld ammoniak in azijnzuur (pKa = 4,76) wordt opgelost, neemt het vrije elektronenpaar stikstof een proton uit het medium waardoor de concentratie van hydroxide-ionen wordt verhoogd volgens de vergelijking:

NH₃ + CH₃COOH ⇌ NH₄⁺ + CH₃COO^-

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

NH₄⁺ + NaOH = NH₃ + na⁺ + H₂O

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

Ammoniumzouten

Een van de meest karakteristieke eigenschappen van ammoniak is de kracht om direct met zuren te combineren tot zouten volgens de reactie:

NH₃ + HX → NH₄X

Aldus vormt het met zoutzuur ammoniumchloride (NH₄D); Met salpeterzuur, ammoniumnitraat (NH₄NO₃), met koolzuur zal ammoniumcarbonaat vormen ((NH₄)₂CO₃) enz.

Er is aangetoond dat perfect droge ammoniak niet zal worden gecombineerd met perfect droog zoutzuur, omdat de vochtigheid noodzakelijk is om de reactie te veroorzaken (VIAS Encyclopedia, 2004).

De meeste eenvoudige ammoniumzouten zijn zeer oplosbaar in water. Een uitzondering is ammoniumhexachloroplatinaat, waarvan de vorming wordt gebruikt als een 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 ontleedt uiteindelijk om ammoniak en waterstof vrij te maken (Johnston, 2014).

Een van de meest voorkomende ammoniumzouten is ammoniumhydroxide, wat eenvoudigweg ammonia is opgelost in water. Deze stof komt veel voor en komt van nature voor in de omgeving (in lucht, water en bodem) en in alle planten en dieren, inclusief de mens..

toepassingen

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

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

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

De drie belangrijkste bronnen van stikstof die in de landbouw worden gebruikt, zijn ureum, ammonium en nitraat. De biologische oxidatie van ammonium naar nitraat staat bekend als nitrificatie. Dit proces houdt rekening met verschillende stappen en wordt gemedieerd door autotrofe, obligate aerobe bacteriën.

In ondergelopen bodems is 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 middel van ammoniakbacteriën omgezet in het ammoniumion (NH4 +). In de volgende stap wordt het ammonium omgezet door nitrificerende bacteriën in nitraat (nitrificatie).

Deze vorm, zeer mobiele stikstof, wordt meestal geabsorbeerd door de wortels van planten, maar ook door micro-organismen in de bodem.

Om de stikstofcyclus te sluiten, wordt gasvormige stikstof in de atmosfeer omgezet in biomassastikstof door Rhizobium-bacteriën die in de wortelweefsels van peulvruchten leven (bijvoorbeeld luzerne, erwten en bonen) en peulvruchten (zoals elzen) en door de cyanobacteriën en Azotobacter (Sposito, 2011).

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

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

De lijst van voedingsmiddelen waarin ammoniumhydroxide wordt gebruikt als een directe levensmiddelenadditief is uitgebreid en omvat gebakken goederen, kazen, chocolaatjes, andere suikergoedproducten (bijv. Snoepjes) en pudding. Ammoniumhydroxide wordt ook gebruikt als een antimicrobieel middel in vleesproducten.

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

Ammoniummeting wordt gebruikt in de RAMBO-test, in het bijzonder nuttig bij het diagnosticeren van de oorzaak van een acidose (Test ID: RAMBO Ammonium, Random, Urine, S.F.). De nier reguleert de zuuruitscheiding en de systemische zuurbasisbalans.

Het veranderen van de hoeveelheid ammonium in de urine is een belangrijke manier voor de nieren om deze taak uit te voeren. Het meten van het niveau van ammonium in de urine kan inzicht verschaffen in de oorzaak van een verandering van de zuur-base-balans bij patiënten.

Het niveau van ammonium in de urine kan ook veel informatie verschaffen over de dagelijkse productie van zuur in een bepaalde patiënt. Aangezien het grootste deel van de zuurbelasting van een persoon afkomstig is van ingenomen eiwitten, is de hoeveelheid ammonium in de urine een goede indicator voor de eiwitinname in het dieet.

Ammoniummetingen in urine kunnen bijzonder nuttig zijn voor de diagnose en behandeling van patiënten met nierstenen:

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

Aangezien citraat echter wordt omgezet in bicarbonaat (een basis), kan dit medicijn ook de pH van de urine verhogen. Als de pH van de urine te hoog is met citraatbehandeling, kan het risico op calciumfosfaatstenen onbedoeld toenemen.

Het monitoren van ammoniumurine is een manier om de citraatdosis te titreren en dit probleem te voorkomen. Een goede dosis initiële citraat is ongeveer de helft van de uitscheiding van ammonium in de urine (in mEq van elk).

U kunt het effect van deze dosis op de waarden van ammonium, citraat en pH van urine controleren en de dosis citraat aanpassen op basis van de respons. Een daling van het urinaire ammonium zou moeten aangeven of het huidige citraat voldoende is om de dagelijkse zuurbelasting van die patiënt gedeeltelijk (maar niet volledig) te neutraliseren..

referenties

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