Ionen Ammonium (NH4 +) Formel, Eigenschaften und Verwendungen

Die Ammoniumion ist ein positiv geladenes mehratomiges Kation, dessen chemische Formel NH ist₄⁺. Das Molekül ist nicht flach, sondern hat die Form eines Tetraeders. Die vier Wasserstoffatome bilden die vier Ecken.

Der Stickstoff des Ammoniaks hat ein Paar nicht geteilter Elektronen, die in der Lage sind, ein Proton (Lewis-Base) aufzunehmen, daher wird das Ammoniumion durch die Protonierung des Ammoniaks gemäß der Reaktion NH gebildet₃ + H⁺ → NH₄⁺

Ammonium ist auch substituierte substituierte Amine oder substituierte Ammoniumkationen. Zum Beispiel ist Methylammoniumchlorid ein ionisches Salz der Formel CH₃NH₄Cl, wobei das Chloridion an ein Methylamin gebunden ist.

Das Ammoniumion hat Eigenschaften, die den schwereren Alkalimetallen sehr ähnlich sind und wird oft als nahe verwandt angesehen. Es wird erwartet, dass sich Ammonium bei sehr hohen Drücken wie ein Metall verhält, wie z. B. in riesigen Gasplaneten wie Uranus und Neptun.

Das Ammoniumion spielt eine wichtige Rolle bei der Synthese von Proteinen im menschlichen Körper. Kurz gesagt, alle Lebewesen brauchen Proteine, die aus etwa 20 verschiedenen Aminosäuren bestehen. Während Pflanzen und Mikroorganismen die meisten Aminosäuren aus Stickstoff in der Atmosphäre synthetisieren können, können Tiere dies nicht tun.

Für den Menschen können einige Aminosäuren überhaupt nicht synthetisiert werden und müssen als essentielle Aminosäuren konsumiert werden.

Andere Aminosäuren können jedoch von Mikroorganismen im Gastrointestinaltrakt mit Hilfe von Ammoniakionen synthetisiert werden. Somit ist dieses Molekül eine Schlüsselfigur im Stickstoffkreislauf und bei der Synthese von Proteinen.

Index

• 1 Eigenschaften
  • 1.1 Löslichkeit und Molekulargewicht
  • 1.2 Säurebasiseigenschaften
  • 1.3 Ammoniumsalze
• 2 verwendet
• 3 Referenzen

Eigenschaften

Löslichkeit und Molekulargewicht

Das Ammoniumion hat ein Molekulargewicht von 18.039 g / mol und eine Löslichkeit von 10.2 mg / ml Wasser (National Center for Biotechnology Information, 2017). Beim Lösen von Ammoniak in Wasser wird das Ammoniumion entsprechend der Reaktion gebildet:

NH₃ + H₂O → NH₄⁺ + OH^-

Dies erhöht die Hydroxylkonzentration in dem Medium, was den pH-Wert der Lösung erhöht (Royal Society of Chemistry, 2015).

Säure-Basen-Eigenschaften

Das Ammoniumion hat einen pKb von 9,25. Dies bedeutet, dass bei einem höheren pH-Wert dieser Wert ein saures Verhalten hat und bei einem niedrigeren pH-Wert ein basisches Verhalten aufweist.

Wenn zum Beispiel Ammoniak in Essigsäure gelöst wird (pKa = 4,76), nimmt das freie Elektronenpaar von Stickstoff ein Proton von dem Medium, das die Konzentration von Hydroxidionen erhöht, gemäß der Gleichung:

NH₃ + CH₃COOH ⇌ NH₄⁺ + CH₃COO^-

In Gegenwart einer starken Base, wie Natriumhydroxid (pKa = 14,93), gibt das Ammoniumion jedoch ein Proton an das Medium gemäß der Reaktion ab:

NH₄⁺ + NaOH ⇌ NH₃ + Na⁺ + H₂O

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass Stickstoff bei einem pH-Wert von weniger als 9,25 protoniert wird, während er bei einem höheren pH-Wert deprotoniert wird. Dies ist äußerst wichtig, um Titrationskurven zu verstehen und das Verhalten von Substanzen wie Aminosäuren zu verstehen.

Ammoniumsalze

Eine der charakteristischsten Eigenschaften von Ammoniak ist seine Fähigkeit, sich direkt mit Säuren zu verbinden, um Salze gemäß der Reaktion zu bilden:

NH₃ + HX → NH₄X

So bildet es mit Salzsäure Ammoniumchlorid (NH & sub3;)₄Cl); Mit Salpetersäure, Ammoniumnitrat (NH₄NEIN₃), mit Kohlensäure wird Ammoniumcarbonat ((NH₄)₂CO₃) usw.

Es wurde gezeigt, dass perfekt trockenes Ammoniak nicht mit vollkommen trockener Salzsäure kombiniert wird, da die Feuchtigkeit die Reaktion verursachen muss (VIAS Encyclopedia, 2004).

Die meisten einfachen Ammoniumsalze sind in Wasser sehr löslich. Eine Ausnahme ist Ammoniumhexachloroplatinat, dessen Bildung als Test für Ammonium verwendet wird. Die Salze von Ammoniumnitrat und insbesondere Perchlorat sind hochexplosiv, in diesen Fällen ist Ammonium das Reduktionsmittel.

In einem ungewöhnlichen Prozess bilden Ammoniumionen ein Amalgam. Solche Spezies werden durch Elektrolyse einer Ammoniumlösung unter Verwendung einer Quecksilberkathode hergestellt. Dieses Amalgam zerfällt schließlich unter Freisetzung von Ammoniak und Wasserstoff (Johnston, 2014).

Eines der gebräuchlichsten Ammoniumsalze ist Ammoniumhydroxid, das einfach in Wasser gelöstes Ammoniak ist. Diese Verbindung ist sehr häufig und kommt natürlich in der Umwelt (in Luft, Wasser und Boden) und in allen Pflanzen und Tieren vor, einschließlich Menschen.

Verwendet

Ammonium ist eine wichtige Stickstoffquelle für viele Pflanzenarten, insbesondere solche, die auf hypoxischen Böden wachsen. Es ist jedoch auch für die meisten Kulturpflanzen giftig und wird selten als einzige Stickstoffquelle verwendet (Database, Human Metabolome, 2017).

Stickstoff (N), gebunden an die Proteine ​​in der toten Biomasse, wird von Mikroorganismen aufgenommen und in Ammoniumionen (NH4 +) umgewandelt, die direkt von Pflanzenwurzeln (z. B. Reis) aufgenommen werden können.

Ammoniumionen werden gewöhnlich durch Nitrosomonas-Bakterien in Nitritionen (NO2-) umgewandelt, gefolgt von einer zweiten Umwandlung zu Nitrat (NO3-) durch Nitrobacter-Bakterien.

Die drei wichtigsten Stickstoffquellen in der Landwirtschaft sind Harnstoff, Ammonium und Nitrat. Die biologische Oxidation von Ammonium zu Nitrat ist als Nitrifikation bekannt. Dieser Prozess berücksichtigt mehrere Schritte und wird durch autotrophe, obligat aerobe Bakterien vermittelt.

In überfluteten Böden ist die Oxidation von NH4 + eingeschränkt. Harnstoff wird durch das Enzym Urease abgebaut oder chemisch zu Ammoniak und CO2 hydrolysiert.

Im Ammonifizierungsschritt wird der Ammoniak mittels ammoniakalischer Bakterien in das Ammoniumion (NH4 +) umgewandelt. Im nächsten Schritt wird das Ammonium durch nitrifizierende Bakterien in Nitrat umgewandelt (Nitrifikation).

Diese Form, sehr beweglicher Stickstoff, wird am häufigsten von den Wurzeln von Pflanzen sowie von Mikroorganismen im Boden absorbiert.

Um den Kreislauf-Stickstoff, das Stickstoffgas in der Atmosphäre zu annähert Stickstoff Biomasse durch Rhizobium-Bakterien in Wurzelgeweben von Leguminosen lebenden (zum Beispiel Luzerne, Erbsen und Bohnen) und Hülsenfrüchte (wie Erle) und von den Cyanobakterien und Azotobacter (Sposito, 2011).

Durch Ammonium (NH4 +) können Wasserpflanzen Stickstoff in Proteine, Aminosäuren und andere Moleküle aufnehmen und einlagern. Hohe Ammoniumkonzentrationen können das Wachstum von Algen und Wasserpflanzen steigern.

Ammoniumhydroxid und andere Ammoniumsalze werden häufig in der Lebensmittelverarbeitung verwendet. Verordnungen Food and Drug Administration (FDA, für seine Abkürzung), dass Ammoniumhydroxid sicher ist ( „allgemein als sicher anerkannt“ GRAS) als Treibmittel, Steuermittel pH-Wert und Ausrüstungsmittel oberflächlich in Essen.

Die Liste der Lebensmittel, in dem das Ammoniumhydroxid als direkter Nahrungsmittelzusatz verwendet wird, ist umfangreich und umfasst Backwaren, Käse, Schokolade, andere Süßwaren (zB Süßigkeiten) und Puddings. Ammoniumhydroxid wird auch als antimikrobielles Mittel in Fleischprodukten verwendet.

Ammoniak in anderen Formen (beispielsweise Ammoniumsulfat, Ammonium Alginat) in Würzmitteln, Sojaprotein-Isolate, Snacks, Marmeladen und Gelees und alkoholfreie Getränke (PNA Kaliumnitrat Association, 2016) verwendet.

Ammonium Messung verwendete RAMBO Test, besonders nützlich bei der Diagnose der Ursache der Azidose (Test ID: Ammonium RAMBO, Zufall, Urin, S. F.). Die Niere reguliert die Säureausscheidung und den systemischen Säure-Basen-Haushalt.

Die Änderung der Ammoniummenge im Urin ist für die Nieren ein wichtiger Weg, um diese Aufgabe zu erfüllen. Die Messung des Ammoniumspiegels im Urin kann das Verständnis für die Ursache einer Veränderung des Säure-Basen-Haushaltes bei Patienten verbessern.

Die Menge an Ammonium im Urin kann ebenfalls eine Menge Information über die tägliche Säureproduktion bei einem gegebenen Patienten liefern. Da der größte Teil der Säurebelastung einer Person von aufgenommenen Proteinen stammt, ist die Menge an Ammonium im Urin ein guter Indikator für die Proteinaufnahme in der Nahrung.

Ammonium-Messungen im Urin können besonders nützlich für die Diagnose und Behandlung von Patienten mit Nierensteinen sein:

• Hohe Ammoniumwerte im Urin und ein niedriger pH-Wert im Urin lassen auf anhaltende gastrointestinale Verluste schließen. Bei diesen Patienten besteht ein Risiko für Harnsäure und Kalziumoxalatsteine.
• Ein wenig Ammonium im Urin und ein hoher pH-Wert des Urins lassen auf eine renale tubuläre Azidose schließen. Bei diesen Patienten besteht ein Risiko für Calciumphosphatsteine.
• Patienten mit Calciumoxalatsteinen und Calciumphosphat werden oft mit Citrat behandelt, um Urincitrat (ein natürlicher Calciumoxalat-Inhibitor und das Wachstum von Calciumphosphat-Kristallen) zu erhöhen.

Da jedoch Citrat zu Bicarbonat (einer Base) metabolisiert wird, kann dieses Arzneimittel auch den pH-Wert des Urins erhöhen. Ist der pH-Wert des Urins bei der Citratbehandlung zu hoch, kann das Risiko von Kalziumphosphatsteinen unbeabsichtigt erhöht sein.

Die Überwachung von Ammoniumurin ist eine Möglichkeit, die Citratdosis zu titrieren und dieses Problem zu vermeiden. Eine gute Dosis von anfänglichem Citrat ist etwa die Hälfte der Ausscheidung von Ammonium im Urin (in mÄq von jedem).

Die Wirkung dieser Dosis auf die Ammonium-, Citrat- und pH-Werte des Urins kann überwacht werden und die Citratdosis kann auf der Grundlage der Reaktion eingestellt werden. Ein Tropfen Urin in Ammonium sollte anzeigen, ob der aktuelle Citrat ausreichend ist, um teilweise kompensiert werden (aber nicht vollständig), um die tägliche Belastung der Patient gegeben Säure.

Referenzen

1. Datenbank, Menschliches Metabolom. (2017, 2. März). Metabild für Ammonium zeigen. Von: hmdb.ca.
2. Johnston, F.J. (2014). Ammoniumsalz. von accesscience wiederhergestellt: accessscience.com.
3. Nationales Zentrum für Biotechnologie Information. (2017, 25. Februar). PubChem Compound-Datenbank; CID = 16741146. Von PubChem abgerufen.
4. PNA-Kaliumnitrat-Assoziation. (2016). Nitrat (NO3-) gegen Ammonium (NH4 +). von kno3.org wiederhergestellt.
5. Royal Society of Chemistry. (2015). Ammoniumion. Von chemespider: chemspider.com.
6. Sposito, G. (2011, 2. September). Boden. Von der britannica Enzyklopädie: britannica.com.
7. Test-ID: RAMBO Ammonium, Zufall, Urin. (S.F.) Wiederhergestellt von EnzyklopädieMayomedicalLaboratorie.com.
8. VIAS Enzyklopädie. (2004, 22. Dezember). Ammoniumsalze. Wiederhergestellt von Enzyklopädie viass.org.