Ammoniumioni on positiivisesti varautunut moniatomiseen kationi, jonka kemiallinen kaava on NH 4 +. Molekyyli ei ole litteä, mutta on muodoltaan tetraedrinen. Neljä vetyatomia muodostavat neljä kulmaa.
Ammoniakki typen on pari jakamaton elektronien kykenee vastaanottamaan protonin (Lewis-emäs), joten ammoniumioni muodostetaan protonoimalla ammoniakin reaktion mukaisesti: NH 3 + H + → NH 4 +
Kuva 1: Ammoniumionin rakenne.
Nimi ammonium annetaan myös substituoiduille amiineille tai substituoiduille ammoniumkationeille. Esimerkiksi, metyyliammoniumkloridi on ioninen suola, jolla on kaava CH 3 NH 4: lla, jossa kloridi-ioni on kiinnitetty metyyliamiini.
Ammoniumionilla on ominaisuuksia, jotka ovat hyvin samankaltaisia kuin raskaammat alkalimetallit, ja sitä pidetään usein lähisukulaisena. Ammoniumin odotetaan käyttäytyvän kuin metalli erittäin korkeissa paineissa, kuten kaasumaisten jättiläisten planeettojen, kuten Uranuksen ja Neptunuksen, sisällä.
Ammoniumionilla on tärkeä rooli proteiinisynteesissä ihmiskehossa. Lyhyesti sanottuna, kaikki elävät esineet tarvitsevat proteiineja, jotka koostuvat noin 20 erilaisesta aminohaposta. Vaikka kasvit ja mikro-organismit voivat syntetisoida suurimman osan aminohapoista ilmakehän typestä, eläimet eivät voi.
Ihmisille joitain aminohappoja ei voida syntetisoida ollenkaan, ja ne on nautittava välttämättöminä aminohapoina.
Ruoansulatuskanavan mikro-organismit voivat kuitenkin syntetisoida muita aminohappoja ammoniakki-ionien avulla. Siksi tämä molekyyli on avainhahmo typpisyklissä ja proteiinisynteesissä.
ominaisuudet
Liukoisuus ja molekyylipaino
Ammoniumionin molekyylipaino on 18,039 g / mol ja liukoisuus 10,2 mg / ml vettä (National Center for Biotechnology Information, 2017). Liukeneessa ammoniakki veteen muodostaa ammoniumionin reaktion mukaan:
NH 3 + H 2 O → NH 4 + + OH -
Tämä lisää väliaineen hydroksyylipitoisuutta nostamalla liuoksen pH: ta (Royal Society of Chemistry, 2015).
Hapon emäksen ominaisuudet
Ammoniumionin pKb on 9,25. Tämä tarkoittaa, että tätä arvoa korkeammassa pH: ssa sillä on happokäyttäytyminen ja matalammalla pH: lla se on emäksinen käyttäytyminen.
Esimerkiksi liuotettaessa ammoniakkia etikkahappoon (pKa = 4,76), typen vapaiden elektronien pari ottaa protonin väliaineesta lisäämällä hydroksidi-ionien konsentraatiota yhtälön mukaan:
NH 3 + CH 3 COOH ⇌ NH 4 + + CH 3 COO -
Vahvan emäksen, kuten natriumhydroksidin (pKa = 14,93) läsnä ollessa, ammoniumioni tuottaa kuitenkin protonin väliaineeseen reaktion mukaisesti:
NH 4 + + NaOH ⇌ NH 3 + Na + + H 2 O
Johtopäätöksenä voidaan todeta, että pH: ssa, joka on alle 9,25, typpi protonoidaan, kun taas tätä arvoa suuremmassa pH: ssa se protonoidaan. Tämä on erittäin tärkeää titrauskäyrien ymmärtämisessä ja sellaisten aineiden kuten aminohappojen käyttäytymisen ymmärtämisessä.
Ammoniumsuolat
Yksi ammoniakin tyypillisimmistä ominaisuuksista on sen kyky yhdistyä suoraan happojen kanssa suolojen muodostamiseksi reaktiosta riippuen:
NH 3 + HX → NH 4 X
Siten, kloorivetyhapolla se muodostaa ammoniumkloridia (NH 4 Cl); Typpihapolla, ammoniumnitraattia (NH 4 NO 3), jossa hiilihapon se muodostaa ammoniumkarbonaattia ((NH 4) 2 CO 3) jne.
On osoitettu, että täysin kuiva ammoniakki ei yhdisty täydellisesti kuivaan suolahappoon, kosteuden ollessa välttämätön reaktion aiheuttamiseksi (VIAS Encyclopedia, 2004).
Suurin osa yksinkertaisista ammoniumsuoloista liukenee hyvin veteen. Poikkeuksena on ammoniumheksakloroplatinaatti, jonka muodostumista käytetään ammoniumkokeena. Ammoniumnitraatin ja erityisesti perkloraatin suolat ovat erittäin räjähtäviä, näissä tapauksissa ammonium on pelkistin.
Epätavallisessa prosessissa ammoniumionit muodostavat amalgaamin. Tällaiset lajit valmistetaan elektrolyysillä ammoniumliuoksesta elohopeakatodilla. Tämä amalgaami lopulta hajoaa vapauttaen ammoniakkia ja vetyä (Johnston, 2014).
Yksi yleisimmistä ammoniumsuoloista on ammoniumhydroksidi, joka on yksinkertaisesti veteen liuotettu ammoniakki. Tämä yhdiste on hyvin yleinen ja sitä esiintyy luonnossa ympäristössä (ilmassa, vedessä ja maaperässä) sekä kaikissa kasveissa ja eläimissä, mukaan lukien ihmiset.
Sovellukset
Ammonium on tärkeä typpilähde monille kasvilajeille, etenkin niille, jotka kasvavat hypoksisissa maaperäissä. Se on kuitenkin myrkyllinen useimmille kasvilajeille ja sitä käytetään harvoin ainoana typen lähteenä (Database, Human Metabolome, 2017).
Mikro-organismit kuluttavat typpeä (N), joka on sitoutunut proteiineihin kuolleessa biomassassa, ja muuttuu ammoniumioneiksi (NH4 +), jotka imeytyvät suoraan kasvien juuriin (esim. Riisi).
Ammoniumionit muuttuvat yleensä nitrosomonas-bakteereilla nitriitti-ioneiksi (NO2-), mitä seuraa nitrobacter-bakteerien toinen konversio nitraatiksi (NO3-).
Maataloudessa käytettävät kolme tärkeintä typpilähdettä ovat urea, ammonium ja nitraatti. Ammoniumin biologinen hapettuminen nitraatiksi tunnetaan nitrifikaationa. Tämä prosessi sisältää useita vaiheita, ja sitä pakolliset aerobiset, autotrofiset bakteerit välittävät.
Tulvatulla maaperällä NH4 +: n hapettuminen on rajoitettu. Urea hajottaa entsyymi ureaasi tai hydrolysoi kemiallisesti ammoniakkiksi ja CO2: ksi.
Ammonisointivaiheessa ammoniakki muunnetaan ammonisoimalla bakteerit ammoniumioniksi (NH4 +). Seuraavassa vaiheessa ammonium muunnetaan nitrifioivilla bakteereilla nitraatiksi (nitrifikaatio).
Tämä erittäin liikkuva typpimuoto absorboituu yleisimmin kasvien juurien sekä maaperän mikro-organismien keskuudessa.
Typpisyklin sulkemiseksi ilmakehän typpikaasu muuttuu Rhizobium-bakteereina biomassatyppiksi, jotka elävät palkokasvien (esim. Sinimailasen, herneiden ja papujen) ja palkokasvien (kuten leppä) juurikudoksissa. ja syanobakteerit ja Azotobacter (Sposito, 2011).
Vesikasvit voivat ammoniumin (NH4 +) välityksellä absorboida ja sisällyttää typpeä proteiineihin, aminohappoihin ja muihin molekyyleihin. Korkeat ammoniakkipitoisuudet voivat lisätä levien ja vesikasvien kasvua.
Ammoniumhydroksidia ja muita ammoniumsuoloja käytetään laajalti ruoanvalmistuksessa. Elintarvike- ja lääkehallinnon (FDA) määräyksissä todetaan, että ammoniumhydroksidi on turvallinen ("yleisesti tunnustettu turvalliseksi" tai GRAS) hiiva-aineena, pH: n säätelyaineena ja viimeistelyaineena. pinnallinen ruoassa.
Luettelo elintarvikkeista, joissa ammoniumhydroksidia käytetään suorana elintarvikelisäaineena, on laaja, ja se sisältää leipomotuotteita, juustoja, suklaita, muita makeistuotteita (esim. Karkkeja) ja vanukkaita. Ammoniumhydroksidia käytetään myös antimikrobisena aineena lihavalmisteissa.
Muussa muodossa olevaa ammoniakkia (esim. Ammoniumsulfaatti, ammoniumalginaatti) käytetään mausteissa, soijaproteiini-isolaateissa, välipalloissa, hilloissa ja hyytelöissä sekä alkoholittomissa juomissa (PNA-kaliumnitraattiyhdistys, 2016).
Ammoniumin mittausta käytetään RAMBO-testissä, ja se on erityisen hyödyllinen asidoosin syyn diagnosoinnissa (Test ID: RAMBO Ammonium, Random, virtsa, SF). Munuaiset säätelevät hapon erittymistä ja systeemistä happo-emäs tasapainoa.
Virtsan ammoniakkimäärän muuttaminen on tärkeä tapa munuaisissa tehdä tämä. Virtsan ammoniakkipitoisuuden mittaaminen voi antaa tietoa potilaiden happaman ja emäksisen tasapainon häiriön syystä.
Ammoniakin pitoisuus virtsassa voi myös tarjota paljon tietoa tietyn potilaan päivittäisestä happotuotannosta. Koska suurin osa yksilön happokuormasta tulee nauttimasta proteiinista, ammoniakin määrä virtsassa on hyvä indikaattori ruokavalion proteiinin saannista.
Virtsaammoniakin mittaukset voivat olla erityisen hyödyllisiä munuaiskiviä sairastavien potilaiden diagnosoinnissa ja hoidossa:
- Korkeat ammoniakkipitoisuudet virtsassa ja matala virtsan pH viittaavat jatkuviin ruuansulatuskanavan menetyksiin. Näillä potilailla on riski saada virtsahappoa ja kalsiumoksalaattikiviä.
- Pieni ammoniakki virtsassa ja korkea virtsan pH viittaa munuaisten tubulaariseen asidoosiin. Näillä potilailla on riski saada kalsiumfosfaattikiviä.
- Potilaita, joilla on kalsiumoksalaattia ja kalsiumfosfaattikiviä, hoidetaan usein sitraatilla virtsasitraatin nostamiseksi (kalsiumoksalaatin ja kalsiumfosfaattikiteiden kasvun luonnollinen estäjä).
Koska sitraatti metaboloituu bikarbonaatiksi (emäkseksi), tämä lääke voi myös nostaa virtsan pH: ta. Jos virtsan pH on liian korkea sitraattikäsittelyllä, kalsiumfosfaattikivien riski voi vahingossa kasvaa.
Virtsan tarkkailu ammoniakin suhteen on yksi tapa titrata sitraattiannos ja välttää tämä ongelma. Hyvä aloitusannos sitraattia on noin puolet ammoniumin erittymisestä virtsaan (kunkin ekvivalenttina ekvivalenttina).
Tämän annoksen vaikutusta virtsan ammonium-, sitraatti- ja pH-arvoihin voidaan seurata ja sitraatti-annosta voidaan säätää vasteen perusteella. Virtsaammoniakin pisaran pitäisi osoittaa, riittääkö nykyinen sitraatti korvaamaan osittain (mutta ei kokonaan) kyseisen potilaan päivittäisen happokuormituksen.
Viitteet
- Tietokanta, ihmisen metabolia. (2017, 2. maaliskuuta). Näytetään ainekortti ammoniumille. Palautettu: hmdb.ca.
- Johnston, FJ (2014). Ammoniumsuola. Haettu osoitteesta accessscience: accessscience.com.
- Kansallinen bioteknologiatietokeskus. (2017, 25. helmikuuta). PubChem-yhdisteiden tietokanta; CID = 16741146. Haettu PubChemistä.
- PNA-kaliumnitraattiyhdistys. (2016). Nitraatti (NO3-) verrattuna ammoniumiin (NH4 +). haettu osoitteesta kno3.org.
- Royal Society of Chemistry. (2015). Ammoniumioni. Palautettu chemspider: chemspider.com.
- Sposito, G. (2011, 2. syyskuuta). Maaperään. Palautettu tietosanakirjasta britannica: britannica.com.
- Testitunnus: RAMBO-ammonium, satunnainen, virtsa. (SF). Palautettu encyclopediamayomedicallaboratorie.com -sivustolta.
- VIAS-tietosanakirja. (2004, 22. joulukuuta). Ammoniumsuolat. Palautettu tietosanakirjasta vias.org.