יון אמוניום הוא קטיון polyatomic מטען חשמלי חיובי שאת הנוסחה הכימית היא NH 4 + . המולקולה אינה שטוחה, אלא מעוצבת כמו טטרהדרון. ארבעת אטומי המימן מהווים את ארבע הפינות.
לחנקן אמוניה יש זוג אלקטרונים לא משותפים המסוגלים לקבל פרוטון (בסיס לואיס), ומכאן שנוצר יון האמוניום על ידי הגנת אמוניה על פי התגובה: NH 3 + H + → NH 4 +
איור 1: מבנה יון האמוניום.
השם אמוניום ניתן גם לאמינים מוחלפים או קטיוני אמוניום מוחלפים. לדוגמא, מתיל-אמוניום כלוריד הוא מלח יוני עם הנוסחה CH 3 NH 4 Cl, שם יון הכלוריד מחובר למתילמין.
ליון האמוניום תכונות דומות מאוד למתכות האלקליות הכבדות יותר ונחשב לרוב קרוב משפחה. אמוניום צפוי להתנהג כמו מתכת בלחצים גבוהים מאוד, כמו כוכבי לכת ענקיים בגז כמו אורנוס ונפטון.
יון האמוניום ממלא תפקיד חשוב בסינתזת החלבון בגוף האדם. בקיצור, כל היצורים החיים זקוקים לחלבונים המורכבים מכ- 20 חומצות אמינו שונות. בעוד שצמחים ומיקרואורגניזמים יכולים לסנתז את רוב חומצות האמינו מחנקן באטמוספרה, בעלי חיים אינם יכולים לעשות זאת.
אצל בני אדם, חומצות אמינו מסוימות אינן יכולות להיות מסונתזות כלל ויש לצרוך אותן כחומצות אמינו חיוניות.
עם זאת, ניתן לסנתז חומצות אמינו אחרות על ידי מיקרואורגניזמים בדרכי העיכול בעזרת יוני אמוניה. לפיכך, מולקולה זו היא דמות מפתח במחזור החנקן ובסינתזת החלבון.
נכסים
מסיסות ומשקל מולקולרי
יון האמוניום הוא בעל משקל מולקולרי של 18.039 גרם / מול ומסיסות של 10.2 מ"ג / מ"ל מים (המרכז הלאומי למידע על ביוטכנולוגיה, 2017). המסת אמוניה במים יוצרת את יון האמוניום על פי התגובה:
NH 3 + H 2 O → NH 4 + + OH -
זה מגדיל את ריכוז ההידרוקסיל במדיום על ידי העלאת ה- pH של התמיסה (Royal Society of Chemistry, 2015).
מאפייני בסיס חומצה
יון האמוניום הוא pKb של 9.25. המשמעות היא שב- pH הגבוה מערך זה תהיה התנהגות חומצית וב- pH נמוך יותר תהיה לו התנהגות בסיסית.
לדוגמא, בעת המסת אמוניה בחומצה אצטית (pKa = 4.76), זוג האלקטרונים החופשיים של חנקן לוקח פרוטון מהמדיום, ומגדיל את ריכוז יוני ההידרוקסיד לפי המשוואה:
NH 3 + CH 3 COOH ⇌ NH 4 + + CH 3 COO -
עם זאת, בנוכחות בסיס חזק, כמו נתרן הידרוקסיד (pKa = 14.93), יון האמוניום מניב פרוטון למדיום על פי התגובה:
NH 4 + + NaOH ⇌ NH 3 + Na + + H 2 O
לסיכום, ב- pH הנמוך מ -9.25, יוגדר חנקן, בעוד שב- pH הגבוה מערך זה הוא יוגן מחדש. יש לכך חשיבות עליונה להבנת עקומות טיטרציה והבנת התנהגותם של חומרים כמו חומצות אמינו.
מלחי אמוניום
אחד המאפיינים האופייניים ביותר של אמוניה הוא כוחה לשלב ישירות עם חומצות ליצירת מלחים בהתאם לתגובה:
NH 3 + HX → NH 4 X
לפיכך, עם חומצה הידרוכלורית היא יוצרת אמוניום כלוריד (NH 4 Cl); עם חומצה חנקתית, אמוניום חנקתי (NH 4 NO 3 ), עם חומצה פחמית הוא יוצר אמוניום פחמתי ((NH 4 ) 2 CO 3 ) וכו '.
הוכח כי אמוניה יבשה לחלוטין לא תשלב עם חומצה הידרוכלורית יבשה לחלוטין, והלחות נחוצה כדי לגרום לתגובה (VIAS Encyclopedia, 2004).
מרבית מלחי האמוניום הפשוטים מסיסים מאוד במים. יוצא דופן הוא אמוניום hexachloroplatinate, אשר היווצרותו משמשת כמבחן לאמוניה. מלחי אמוניום חנקתי ובמיוחד פרכלורט הם נפיצים מאוד, במקרים אלה אמוניום הוא חומר ההפחתה.
בתהליך יוצא דופן יונים של אמוניום מהווים אמלגם. מינים כאלה מוכנים באמצעות אלקטרוליזה של תמיסת אמוניום באמצעות קתודה כספית. אמלגם זה מתפרק בסופו של דבר לשחרור אמוניה ומימן (ג'ונסטון, 2014).
אחד ממלחי האמוניום הנפוצים ביותר הוא אמוניום הידרוקסיד, שהוא פשוט אמוניה מומסת במים. תרכובת זו שכיחה מאוד ונמצאת באופן טבעי בסביבה (באוויר, מים ואדמה) ובכל הצמחים ובעלי החיים, כולל בני אדם.
יישומים
אמוניום הוא מקור חשוב לחנקן עבור מינים רבים של צמחים, במיוחד אלה הגדלים בקרקעות היפוקסיות. עם זאת, הוא רעיל גם למרבית מיני היבולים ולעתים נדירות הוא מיושם כמקור החנקן היחיד (Database, Human Metabolome, 2017).
חנקן (N) הנקשר לחלבונים בביומסה מתה, נצרך על ידי מיקרואורגניזמים והומר להמרת יוני אמוניום (NH4 +) שיכולים להיספג ישירות על ידי שורשי הצמחים (למשל אורז).
יוני אמוניום מומרים בדרך כלל ליוני ניטריט (NO2-) על ידי חיידקים ניטרוסומונאס, ואחריה המרה שנייה לחנקה (NO3-) על ידי חיידקי ניטרובקטר.
שלושת המקורות העיקריים לחנקן המשמשים בחקלאות הם אוריאה, אמוניום וחנקה. החמצון הביולוגי של אמוניום לחנקה ידוע כניטריפיקציה. תהליך זה כרוך במספר שלבים ומתווך על ידי חיידקים אירוביים, אוטוטרופיים.
בקרקעות מוצפות, חמצון של NH4 + מוגבל. האוריאה מתפרקת על ידי האנזים אוריזה או מנוסלת באופן הידרוליזה כימית לאמוניה ו CO2.
בשלב האמוניה, האמוניה מומרת על ידי חיידקים אמוניוניים ליון האמוניום (NH4 +). בשלב הבא האמוניום מומר על ידי חיידקים מזרימים לחנקה (ניטריפיקציה).
צורת חנקן מאוד ניידת זו נספגת לרוב על ידי שורשי צמח, כמו גם על ידי מיקרואורגניזמים באדמה.
כדי לסגור את מעגל החנקן, גז חנקן באטמוספרה מומר לחנקן ביומסה על ידי חיידקי Rhizobium שחיים ברקמות השורש של קטניות (למשל, אספסת, אפונה ושעועית) וקטניות (כמו אלדר). ועל ידי ציאנובקטריה ואזוטובקטר (Sposito, 2011).
באמצעות אמוניום (NH4 +), צמחים מימיים יכולים לספוג ולשלב חנקן בחלבונים, חומצות אמינו ומולקולות אחרות. ריכוזים גבוהים של אמוניה יכולים להגביר את צמיחת האצות וצמחי המים.
אמוניום הידרוקסיד ומלחי אמוניום אחרים נמצאים בשימוש נרחב בעיבוד מזון. תקנות מנהל המזון והתרופות (FDA) קובעות כי אמוניום הידרוקסיד הוא בטוח ("מוכר בדרך כלל כבטוח" או GRAS) כסוכן שמרים, סוכן לבקרת pH וסוכן גימור. שטחי באוכל.
רשימת המזונות בהם אמוניום הידרוקסיד משמש כתוסף מזון ישיר היא רחבה וכוללת מוצרים מאפים, גבינות, שוקולדים, מוצרי קונדיטוריה אחרים (למשל סוכריות), ופודינגים. אמוניום הידרוקסיד משמש גם כחומר אנטי מיקרוביאלי במוצרי בשר.
אמוניה בצורות אחרות (למשל אמוניום סולפט, אמוניום אלגינט) משמשת בתבלינים, מבודדים של חלבון סויה, חטיפים, ריבות וג'לי, ומשקאות שאינם אלכוהוליים (איגוד אשלגן חנקתי PNA, 2016).
מדידת אמוניה משמשת בבדיקת RAMBO, שימושי במיוחד לאבחון הגורם לחמצת (זיהוי מבחן: RAMBO אמוניום, אקראי, שתן, SF). הכליה מווסתת את הפרשת החומציות ואיזון מערכתי-חומצה בסיס.
שינוי כמות האמוניה בשתן היא דרך חשובה עבור הכליות לעשות זאת. מדידת רמת האמוניה בשתן יכולה לספק תובנה לגבי הגורם להפרעה באיזון חומצה-בסיס בקרב חולים.
רמת האמוניה בשתן יכולה לספק מידע רב על ייצור החומצות היומי בחולה נתון. מכיוון שרוב עומס החומצה של האדם נובע מחלבון שנבלע, כמות האמוניה בשתן היא מדד טוב לצריכת חלבונים תזונתיים.
מדידות אמוניה בשתן יכולות להיות שימושיות במיוחד לאבחון וטיפול בחולים עם אבנים בכליות:
- רמות גבוהות של אמוניה בשתן ו- pH נמוך בשתן מצביעים על אובדן מתמשך במערכת העיכול. חולים אלה נמצאים בסיכון לחומצות שתן ואבני סידן אוקסלט.
- מעט אמוניה בשתן ו- pH גבוה בשתן מצביע על חמצת צינורית של הכליה. חולים אלה נמצאים בסיכון לאבני סידן פוספט.
- מטופלים עם אבני סידן אוקסלט וסידן פוספט מטופלים לרוב באמצעות ציטרט כדי להעלות את ציטראט השתן (מעכב טבעי של גידול סידן אוקסלט וגביש גביש סידן פוספט).
עם זאת, מכיוון שמיטב חילוף החומרים לביקרבונט (בסיס), תרופה זו יכולה גם להעלות את רמת החומציות של השתן. אם רמת החומציות בשתן גבוהה מדי במהלך טיפול בציטראט, הסיכון לאבני סידן פוספט עשוי להיות מוגבר בשוגג.
ניטור שתן לאמוניה הוא אחת הדרכים למתן את מינון הציטראט ולהימנע מבעיה זו. מינון התחלתי טוב של ציטראט הוא כמחצית מהפרשת האמוניום בשתן (במכונית של כל אחד מהם).
ניתן לעקוב אחר ההשפעה של מינון זה על ערכי אמוניום, ציטראט ו- pH ושינוי מינון הציטראט מבוסס על תגובה. ירידה באמוניה בשתן אמורה להצביע אם הציטראט הנוכחי מספיק בכדי לקזז באופן חלקי (אך לא לחלוטין) את עומס החומציות היומי של אותו חולה נתון.
הפניות
- מאגר מידע, מטבוליום אנושי. (2017, 2 במרץ). מציג מטאבארד עבור אמוניום. התאושש מ: hmdb.ca.
- ג'ונסטון, FJ (2014). מלח אמוניום. נשלח מ- accessscience: accessscience.com.
- המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי. (2017, 25 בפברואר). מסד הנתונים של מתחם PubChem; CID = 16741146. נשלח מ- PubChem.
- אגודת אשלגן חנקתי PNA. (2016). ניטראט (NO3-) לעומת אמוניום (NH4 +). אוחזר מ- kno3.org.
- החברה המלכותית לכימיה. (2015). יון אמוניום. התאושש מ- chemspider: chemspider.com.
- ספוזיטו, ג '(2011, 2 בספטמבר). קרקע. התאושש מאנציקלופדיה בריטניקה: britannica.com.
- מזהה מבחן: RAMBO אמוניום, אקראי, שתן. (SF). התאושש מ- encyclopediamayomedicallaboratorie.com.
- אנציקלופדיה של VIAS. (2004, 22 בדצמבר). מלחי אמוניום. התאושש מהאנציקלופדיה vias.org.