Ion amoni (NH4 +): Công thức, tính chất và công dụng
Ion amoni là một cation polyatomic tích điện dương có công thức hóa học là NH 4 +. Các phân tử không phẳng, nhưng có hình dạng của một tứ diện. Bốn nguyên tử hydro tạo thành bốn góc.
Nitơ của amoniac có một cặp electron không chia sẻ có khả năng chấp nhận proton (bazơ Lewis), do đó ion amoni được hình thành do sự proton hóa amoniac theo phản ứng: NH 3 + H + → NH 4 +
Amoni cũng được thay thế các amin thay thế hoặc các cation amoni thay thế. Ví dụ, methylammonium clorua là một muối ion có công thức CH 3 NH 4 Cl trong đó ion clorua được gắn vào một methylamine.
Ion amoni có tính chất rất giống với các kim loại kiềm nặng hơn và thường được coi là họ hàng gần. Ammonium dự kiến sẽ hoạt động giống như một kim loại ở áp suất rất cao, chẳng hạn như trong các hành tinh khí khổng lồ như Thiên vương tinh và Hải vương tinh.
Ion amoni đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp protein trong cơ thể con người. Nói tóm lại, tất cả các sinh vật cần protein, được hình thành bởi khoảng 20 axit amin khác nhau. Trong khi thực vật và vi sinh vật có thể tổng hợp hầu hết các axit amin từ nitơ trong khí quyển, động vật không thể.
Đối với con người, một số axit amin không thể được tổng hợp hoàn toàn và phải được tiêu thụ như các axit amin thiết yếu.
Tuy nhiên, các axit amin khác có thể được tổng hợp bởi các vi sinh vật trong đường tiêu hóa với sự trợ giúp của các ion amoniac. Do đó, phân tử này là một nhân vật quan trọng trong chu trình nitơ và tổng hợp protein.
Thuộc tính
Độ hòa tan và trọng lượng phân tử
Ion amoni có trọng lượng phân tử 18.039 g / mol và độ hòa tan 10, 2 mg / ml nước (Trung tâm Thông tin Công nghệ sinh học Quốc gia, 2017). Khi hòa tan amoniac trong nước, ion amoni được hình thành theo phản ứng:
NH 3 + H 2 O → NH 4 + + OH-
Điều này làm tăng nồng độ hydroxyl trong môi trường làm tăng độ pH của dung dịch (Hiệp hội hóa học Hoàng gia, 2015).
Tính chất bazơ axit
Ion amoni có pKb là 9, 25. Điều này có nghĩa là ở pH trên giá trị này sẽ có hành vi axit và ở pH thấp hơn sẽ có hành vi cơ bản.
Ví dụ, khi hòa tan amoniac trong axit axetic (pKa = 4, 76), cặp nitơ tự do lấy một proton từ môi trường làm tăng nồng độ của các ion hydroxit theo phương trình:
NH 3 + CH 3 COOH ⇌ NH 4 + + CH 3 COO-
Tuy nhiên, với sự có mặt của một bazơ mạnh, chẳng hạn như natri hydroxit (pKa = 14.93), ion amoni tạo ra một proton cho môi trường theo phản ứng:
NH 4 + + NaOH ⇌ NH 3 + Na + + H 2 O
Tóm lại, ở pH thấp hơn 9, 25, nitơ sẽ bị proton hóa, trong khi ở pH cao hơn giá trị đó, nó sẽ bị khử. Điều này rất quan trọng trong việc hiểu các đường cong chuẩn độ và hiểu hành vi của các chất như axit amin.
Muối amoni
Một trong những tính chất đặc trưng nhất của amoniac là khả năng kết hợp trực tiếp với axit để tạo thành muối theo phản ứng:
NH 3 + HX → NH 4 X
Do đó, với axit clohydric, nó tạo thành amoni clorua (NH 4 Cl); Với axit nitric, amoni nitrat (NH 4 NO 3 ), với axit cacbonic sẽ tạo thành amoni cacbonat ((NH 4 ) 2 CO 3 ), v.v.
Người ta đã chứng minh rằng amoniac khô hoàn toàn sẽ không được kết hợp với axit clohydric khô hoàn toàn, độ ẩm cần thiết để gây ra phản ứng (VIAS Encyclopedia, 2004).
Hầu hết các muối amoni đơn giản là rất hòa tan trong nước. Một ngoại lệ là ammonium hexachloroplatinate, có sự hình thành được sử dụng làm xét nghiệm amoni. Các muối của amoni nitrat và đặc biệt là perchlorate rất dễ nổ, trong những trường hợp này amoni là chất khử.
Trong một quá trình bất thường, các ion amoni tạo thành một hỗn hống. Những loài như vậy được điều chế bằng cách điện phân dung dịch amoni bằng catốt thủy ngân. Hỗn hống này cuối cùng bị phân hủy để giải phóng amoniac và hydro (Johnston, 2014).
Một trong những muối amoni phổ biến nhất là amoni hydroxit, đơn giản là amoniac hòa tan trong nước. Hợp chất này rất phổ biến và xuất hiện tự nhiên trong môi trường (trong không khí, nước và đất) và trong tất cả các loài thực vật và động vật, bao gồm cả con người.
Công dụng
Amoni là một nguồn nitơ quan trọng đối với nhiều loài thực vật, đặc biệt là những loài mọc trên đất thiếu oxy. Tuy nhiên, nó cũng độc đối với hầu hết các loài cây trồng và hiếm khi được áp dụng làm nguồn nitơ duy nhất (Cơ sở dữ liệu, Chuyển hóa của con người, 2017).
Nitơ (N), liên kết với protein trong sinh khối chết, được tiêu thụ bởi các vi sinh vật và chuyển đổi thành các ion amoni (NH4 +) có thể được hấp thụ trực tiếp bởi rễ của cây (ví dụ như lúa).
Các ion amoni thường được chuyển đổi thành các ion nitrite (NO2-) bởi các vi khuẩn nitrosomonas, sau đó là một chuyển đổi thứ hai thành nitrat (NO3-) bởi các vi khuẩn Nitrobacter.
Ba nguồn nitơ chính được sử dụng trong nông nghiệp là urê, amoni và nitrat. Quá trình oxy hóa sinh học của amoni thành nitrat được gọi là quá trình nitrat hóa. Quá trình này xem xét một số bước và được trung gian bởi các vi khuẩn hiếu khí tự dưỡng, bắt buộc.
Trong đất ngập nước, quá trình oxy hóa NH4 + bị hạn chế. Urê bị phân hủy bởi enzyme urease hoặc bị thủy phân hóa học thành amoniac và CO2.
Trong bước ammon hóa, amoniac được chuyển đổi bằng phương pháp ammoni hóa vi khuẩn thành ion amoni (NH4 +). Trong bước tiếp theo, amoni được chuyển đổi bởi vi khuẩn nitrat hóa thành nitrat (quá trình nitrat hóa).
Hình thức này, nitơ rất cơ động, được hấp thụ phổ biến nhất bởi rễ cây, cũng như các vi sinh vật trong đất.
Để khép lại chu trình nitơ, nitơ khí trong khí quyển được chuyển đổi thành nitơ sinh khối bởi vi khuẩn Rhizobium sống trong các mô rễ của cây họ đậu (ví dụ như cỏ linh lăng, đậu Hà Lan và đậu) và các loại đậu (như alder) và bởi vi khuẩn lam và Azotobacter (Sposito, 2011).
Thông qua ammonium (NH4 +) thực vật thủy sinh có thể hấp thụ và kết hợp nitơ vào protein, axit amin và các phân tử khác. Nồng độ ammonium cao có thể làm tăng sự phát triển của tảo và thực vật thủy sinh.
Amoni hydroxit và các muối amoni khác được sử dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm. Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) quy định rằng ammonium hydroxide là an toàn ("thường được công nhận là an toàn" hoặc GRAS) là chất men, chất kiểm soát pH và chất hoàn thiện. hời hợt trong thực phẩm.
Danh sách các loại thực phẩm trong đó ammonium hydroxide được sử dụng làm phụ gia thực phẩm trực tiếp có rất nhiều và bao gồm các sản phẩm nướng, pho mát, sôcôla, các sản phẩm bánh kẹo khác (ví dụ như kẹo) và bánh pudding. Ammonium hydroxide cũng được sử dụng như một chất chống vi trùng trong các sản phẩm thịt.
Amoniac ở các dạng khác (ví dụ, ammonium sulfate, ammonium alginate) được sử dụng trong gia vị, phân lập protein đậu nành, đồ ăn nhẹ, mứt và thạch, và đồ uống không cồn (hiệp hội kali nitrat PNA, 2016).
Đo amoni được sử dụng trong xét nghiệm RAMBO, đặc biệt hữu ích trong chẩn đoán nguyên nhân gây nhiễm toan (ID thử nghiệm: RAMBO Ammonium, Random, Urine, SF). Thận điều chỉnh bài tiết axit và cân bằng axit toàn thân.
Thay đổi lượng ammonium trong nước tiểu là một cách quan trọng để thận thực hiện nhiệm vụ này. Đo mức độ amoni trong nước tiểu có thể cung cấp sự hiểu biết về nguyên nhân của sự thay đổi cân bằng axit ở bệnh nhân.
Mức độ amoni trong nước tiểu cũng có thể cung cấp rất nhiều thông tin về việc sản xuất axit hàng ngày ở một bệnh nhân nhất định. Vì hầu hết tải axit của một cá nhân đến từ các protein ăn vào, lượng ammonium trong nước tiểu là một chỉ số tốt về lượng protein trong chế độ ăn uống.
Các phép đo amoni trong nước tiểu có thể đặc biệt hữu ích trong chẩn đoán và điều trị bệnh nhân bị sỏi thận:
- Nồng độ ammonium cao trong nước tiểu và pH nước tiểu thấp cho thấy tình trạng mất tiêu hóa đang diễn ra. Những bệnh nhân này có nguy cơ bị sỏi axit uric và canxi oxalate.
- Một ít ammonium trong nước tiểu và độ pH cao của nước tiểu cho thấy nhiễm toan ở ống thận. Những bệnh nhân này có nguy cơ sỏi canxi phốt phát.
- Bệnh nhân bị sỏi canxi oxalate và canxi photphat thường được điều trị bằng citrate để tăng citrate nước tiểu (một chất ức chế tự nhiên của canxi oxalate và sự phát triển của tinh thể canxi photphat).
Tuy nhiên, vì citrate được chuyển hóa thành bicarbonate (một loại bazơ), thuốc này cũng có thể làm tăng độ pH của nước tiểu. Nếu độ pH của nước tiểu quá cao với điều trị citrate, nguy cơ sỏi canxi phosphate có thể vô tình tăng lên.
Việc theo dõi nước tiểu amoni là một cách để chuẩn độ liều citrate và tránh vấn đề này. Một liều tốt của citrate ban đầu là khoảng một nửa sự bài tiết ammonium trong nước tiểu (tính bằng mEq của mỗi loại).
Bạn có thể theo dõi tác dụng của liều này đối với các giá trị ammonium, citrate và pH của nước tiểu, và điều chỉnh liều citrate dựa trên phản ứng. Việc giảm ammonia của nước tiểu sẽ cho biết liệu citrate hiện tại có đủ để một phần (nhưng không hoàn toàn) chống lại tải lượng axit hàng ngày của bệnh nhân đó.
