Ione ammonio (NH4 +): formula, proprietà e usi
Lo ione ammonio è un catione poliatomico caricato positivamente la cui formula chimica è NH 4 +. La molecola non è piatta, ma ha la forma di un tetraedro. I quattro atomi di idrogeno costituiscono i quattro angoli.
L'azoto dell'ammoniaca ha una coppia di elettroni non condivisi in grado di accettare un protone (base di Lewis), quindi lo ione ammonio è formato dalla protonazione dell'ammoniaca secondo la reazione: NH 3 + H + → NH 4 +
L'ammonio è anche sostituito da ammine sostituite o cationi di ammonio sostituiti. Ad esempio, il cloruro di metilammonio è un sale ionico di formula CH 3 NH 4 Cl dove lo ione cloruro è collegato a una metilamina.
Lo ione ammonio ha proprietà molto simili ai metalli alcalini più pesanti ed è spesso considerato un parente stretto. Ci si aspetta che l'ammonio si comporti come un metallo a pressioni molto elevate, come all'interno di pianeti gassosi giganti come Urano e Nettuno.
Lo ione ammonio svolge un ruolo importante nella sintesi delle proteine nel corpo umano. In breve, tutti gli esseri viventi hanno bisogno di proteine, che sono formate da circa 20 aminoacidi diversi. Mentre le piante e i microrganismi possono sintetizzare la maggior parte degli amminoacidi dall'azoto nell'atmosfera, gli animali non possono.
Per gli umani, alcuni aminoacidi non possono essere sintetizzati e devono essere consumati come amminoacidi essenziali.
Altri aminoacidi, tuttavia, possono essere sintetizzati da microrganismi nel tratto gastrointestinale con l'aiuto di ioni ammoniacali. Quindi, questa molecola è una figura chiave nel ciclo dell'azoto e nella sintesi delle proteine.
proprietà
Solubilità e peso molecolare
Lo ione ammonio ha un peso molecolare di 18, 039 g / mol e una solubilità di 10, 2 mg / ml di acqua (National Center for Biotechnology Information, 2017). Quando si scioglie l'ammoniaca in acqua, lo ione ammonio si forma secondo la reazione:
NH 3 + H 2 O → NH 4 + + OH-
Ciò aumenta la concentrazione di idrossile nel mezzo aumentando il pH della soluzione (Royal Society of Chemistry, 2015).
Proprietà di base acide
Lo ione ammonio ha un pKb di 9, 25. Ciò significa che a pH superiore a questo valore avrà un comportamento acido e a pH più basso avrà un comportamento di base.
Ad esempio, quando si scioglie l'ammoniaca in acido acetico (pKa = 4, 76), la coppia di elettroni liberi di azoto prende un protone dal mezzo aumentando la concentrazione di ioni idrossido secondo l'equazione:
NH 3 + CH 3 COOH ⇌ NH 4 + + CH 3 COO-
Tuttavia, in presenza di una base forte, come l'idrossido di sodio (pKa = 14, 93), lo ione ammonio produce un protone nel mezzo in base alla reazione:
NH 4 + + NaOH ⇌ NH 3 + Na + + H 2 O
In conclusione, a pH inferiore a 9, 25, l'azoto sarà protonato, mentre a pH superiore a tale valore sarà deprotonato. Questo è molto importante per comprendere le curve di titolazione e comprendere il comportamento di sostanze come gli amminoacidi.
Sali di ammonio
Una delle proprietà più caratteristiche dell'ammoniaca è la sua capacità di combinare direttamente con gli acidi per formare sali secondo la reazione:
NH 3 + HX → NH 4 X
Quindi, con acido cloridrico, forma cloruro di ammonio (NH 4 Cl); Con acido nitrico, nitrato di ammonio (NH 4 NO 3 ), con acido carbonico si forma carbonato di ammonio ((NH 4 ) 2 CO 3 ), ecc.
È stato dimostrato che l'ammoniaca perfettamente asciutta non è combinata con acido cloridrico perfettamente asciutto, l'umidità necessaria per provocare la reazione (VIAS Encyclopedia, 2004).
I sali di ammonio più semplici sono molto solubili in acqua. Un'eccezione è l'esacloroplatinato di ammonio, la cui formazione viene utilizzata come test per l'ammonio. I sali di nitrato di ammonio e specialmente di perclorato sono altamente esplosivi, in questi casi l'ammonio è l'agente riducente.
In un processo insolito, gli ioni di ammonio formano un amalgama. Tali specie sono preparate mediante elettrolisi di una soluzione di ammonio usando un catodo di mercurio. Questo amalgama si decompone alla fine per rilasciare ammoniaca e idrogeno (Johnston, 2014).
Uno dei più comuni sali di ammonio è l'idrossido di ammonio, che è semplicemente ammoniaca sciolta in acqua. Questo composto è molto comune e si trova naturalmente nell'ambiente (nell'aria, nell'acqua e nel suolo) e in tutte le piante e animali, inclusi gli esseri umani.
applicazioni
L'ammonio è una fonte importante di azoto per molte specie di piante, specialmente quelle che crescono su terreni ipossici. Tuttavia, è anche tossico per la maggior parte delle specie coltivate e viene raramente applicato come unica fonte di azoto (Database, Human Metabolome, 2017).
L'azoto (N), legato alle proteine nella biomassa morta, viene consumato dai microrganismi e trasformato in ioni ammonio (NH4 +) che può essere assorbito direttamente dalle radici delle piante (ad esempio il riso).
Gli ioni di ammonio vengono solitamente convertiti in ioni nitrito (NO2-) dai batteri nitrosomonas, seguiti da una seconda conversione in nitrato (NO3-) dai batteri Nitrobacter.
Le tre principali fonti di azoto utilizzate in agricoltura sono l'urea, l'ammonio e il nitrato. L'ossidazione biologica di ammonio in nitrato è nota come nitrificazione. Questo processo prende in considerazione diversi passaggi ed è mediato da batteri aerobici autotrofi obbligati.
Nei terreni allagati, l'ossidazione di NH4 + è limitata. L'urea viene decomposta dall'enzima ureasi o idrolizzata chimicamente in ammoniaca e CO2.
Nella fase di ammonificazione, l'ammoniaca viene convertita per mezzo di batteri ammonianti nello ione ammonio (NH4 +). Nella fase successiva l'ammonio viene convertito dai batteri nitrificanti in nitrato (nitrificazione).
Questa forma, l'azoto molto mobile, è più comunemente assorbita dalle radici delle piante, così come dai microrganismi nel terreno.
Per chiudere il ciclo dell'azoto, l'azoto gassoso nell'atmosfera viene convertito in azoto da biomassa dai batteri Rhizobium che vivono nei tessuti radicali dei legumi (ad esempio, erba medica, piselli e fagioli) e legumi (come l'ontano) e dai cianobatteri e Azotobacter (Sposito, 2011).
Attraverso le piante acquatiche di ammonio (NH4 +) è possibile assorbire e incorporare l'azoto in proteine, amminoacidi e altre molecole. Alte concentrazioni di ammonio possono aumentare la crescita di alghe e piante acquatiche.
L'idrossido di ammonio e altri sali di ammonio sono ampiamente utilizzati nella lavorazione degli alimenti. Le normative FDA (Food and Drug Administration) stabiliscono che l'idrossido di ammonio è sicuro ("generalmente riconosciuto come sicuro" o GRAS) come agente di lievito, agente di controllo del pH e agente di finitura. superficiale nel cibo.
L'elenco degli alimenti in cui l'idrossido di ammonio è utilizzato come additivo alimentare diretto è ampio e comprende prodotti da forno, formaggi, cioccolatini, altri prodotti dolciari (ad es. Caramelle) e budini. L'idrossido di ammonio è anche usato come agente antimicrobico nei prodotti a base di carne.
L'ammoniaca in altre forme (ad esempio solfato di ammonio, alginato di ammonio) viene utilizzata in condimenti, isolati di proteine di soia, snack, marmellate e gelatine e bevande non alcoliche (associazione PNA con nitrato di potassio, 2016).
La misurazione dell'ammonio è utilizzata nel test RAMBO, particolarmente utile per diagnosticare la causa di un'acidosi (ID del test: RAMBO ammonio, casuale, urina, SF). Il rene regola l'escrezione acida e l'equilibrio della base di acido sistemico.
Cambiare la quantità di ammonio nelle urine è un modo importante per i reni per svolgere questo compito. Misurare il livello di ammonio nelle urine può fornire una comprensione della causa di un'alterazione dell'equilibrio acido base nei pazienti.
Il livello di ammonio nelle urine può anche fornire molte informazioni sulla produzione giornaliera di acido in un dato paziente. Poiché la maggior parte del carico acido di un individuo proviene da proteine ingerite, la quantità di ammonio nelle urine è un buon indicatore dell'apporto proteico nella dieta.
Le misurazioni dell'ammonio nelle urine possono essere particolarmente utili per la diagnosi e il trattamento di pazienti con calcoli renali:
- Alti livelli di ammonio nelle urine e un basso pH urinario suggeriscono continue perdite gastrointestinali. Questi pazienti sono a rischio di calcoli di acido urico e ossalato di calcio.
- Un po 'di ammonio nelle urine e un pH elevato delle urine suggerisce l'acidosi tubulare renale. Questi pazienti sono a rischio di calcoli di fosfato di calcio.
- I pazienti con calcoli di ossalato di calcio e fosfato di calcio sono spesso trattati con citrato per elevare il citrato delle urine (un inibitore naturale dell'ossalato di calcio e la crescita del cristallo di fosfato di calcio).
Tuttavia, poiché il citrato è metabolizzato in bicarbonato (una base), questo farmaco può anche aumentare il pH delle urine. Se il pH dell'urina è troppo alto con il trattamento con citrato, il rischio di calcemia di fosfato può essere accresciuto involontariamente.
Il monitoraggio dell'urina ammonica è un modo per titolare la dose di citrato ed evitare questo problema. Una buona dose di citrato iniziale è pari a circa metà dell'escrezione di ammonio nelle urine (in mEq di ciascuno).
È possibile monitorare l'effetto di questa dose sui valori di ammonio, citrato e pH delle urine e regolare la dose di citrato in base alla risposta. Una goccia nell'ammoniaca dell'urina dovrebbe indicare se l'attuale citrato è sufficiente a neutralizzare parzialmente (ma non completamente) il carico acido giornaliero di quel dato paziente.
