Các ion amoni là một cation đa nguyên tử tích điện dương có công thức hóa học là NH 4 + . Phân tử không phẳng, nhưng có hình dạng như một tứ diện. Bốn nguyên tử hydro tạo nên bốn góc.
Nitơ amoniac có một cặp electron không chia sẻ có khả năng nhận một proton (bazơ Lewis), do đó ion amoni được tạo thành do proton hóa amoniac theo phản ứng: NH 3 + H + → NH 4 +
Hình 1: Cấu trúc của ion amoni.
Tên amoni cũng được đặt cho các amin thay thế hoặc cation amoni được thay thế. Ví dụ, metylamoni clorua là một muối ion có công thức CH 3 NH 4 Cl trong đó ion clorua được gắn vào một metylamin.
Ion amoni có các tính chất rất giống với các kim loại kiềm nặng hơn và thường được coi là họ hàng gần. Amoni được cho là sẽ hoạt động như kim loại ở áp suất rất cao, chẳng hạn như bên trong các hành tinh khí khổng lồ như Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương.
Ion amoni đóng một vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp protein trong cơ thể con người. Tóm lại, tất cả các sinh vật sống đều cần protein, được tạo thành từ khoảng 20 loại 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 thì động vật không thể.
Đối với con người, một số axit amin hoàn toàn không thể được tổng hợp và phải được tiêu thụ như các axit amin thiết yếu.
Tuy nhiên, các axit amin khác có thể được tổng hợp bởi vi sinh vật trong đường tiêu hóa với sự trợ giúp của các ion amoniac. Do đó, phân tử này là nhân tố quan trọng trong chu trình nitơ và trong quá trình tổng hợp protein.
Tính chất
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 trong nước (Trung tâm Thông tin Công nghệ Sinh học Quốc gia, 2017). Hòa tan amoniac trong nước tạo thành ion amoni theo phản ứng:
NH 3 + H 2 O → NH 4 + + OH -
Điều này làm tăng nồng độ hydroxyl trong môi trường bằng cách tăng độ pH của dung dịch (Hiệp hội Hóa học Hoàng gia, 2015).
Tính chất gốc axit
Ion amoni có pKb là 9,25. Điều này có nghĩa là ở độ pH cao hơn giá trị này, nó sẽ có hành vi axit và ở độ pH thấp hơn nó sẽ có hành vi cơ bản.
Ví dụ, khi hòa tan amoniac trong axit axetic (pKa = 4,76), cặp electron tự do của nitơ lấy một proton từ môi trường, làm tăng nồng độ của ion hydroxit theo phương trình:
NH 3 + CH 3 COOH ⇌ NH 4 + + CH 3 COO -
Tuy nhiên, khi có mặt một bazơ mạnh, chẳng hạn như natri hydroxit (pKa = 14,93), ion amoni mang lại một proton cho môi trường theo phản ứng:
NH 4 + + NaOH ⇌ NH 3 + Na + + H 2 O
Kết luận, ở pH nhỏ hơn 9,25, nitơ sẽ được proton hóa, trong khi ở độ pH lớn hơn giá trị đó, nó sẽ bị khử cacbon. Điều này cực kỳ quan trọng trong việc hiểu các đường cong chuẩn độ và hiểu được hoạt động 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 tùy thuộc vào 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.
Nó đã được chứng minh rằng amoniac khô hoàn toàn sẽ không 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 rất dễ tan trong nước. Một ngoại lệ là amoni hexachloroplatinat, sự hình thành của nó được sử dụng như một phép thử cho amoni. Các muối amoni nitrat và đặc biệt là peclorat 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. Các chất này được điều chế bằng cách điện phân dung dịch amoni sử dụng cực âm thủy ngân. Hỗn hống này cuối cùng bị phá vỡ 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 được tìm thấy 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.
Các ứng dụng
Amoni là nguồn cung cấp nitơ quan trọng cho nhiều loài thực vật, đặc biệt là những loài sinh trưởng ở đất thiếu oxy. Tuy nhiên, nó cũng độc đối với hầu hết các loài cây trồng và hiếm khi được sử dụng làm nguồn nitơ duy nhất (Cơ sở dữ liệu, Human Metabolome, 2017).
Nitơ (N), liên kết với protein trong sinh khối chết, được vi sinh vật tiêu thụ và chuyển hóa thành ion amoni (NH4 +) có thể được hấp thụ trực tiếp bởi rễ cây (ví dụ: cây lúa).
Các ion amoni thường được vi khuẩn nitrosomonas chuyển thành ion nitrit (NO2-), tiếp theo là lần thứ hai chuyển thành nitrat (NO3-) bởi 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 bao gồm một số bước và được thực hiện bởi các vi khuẩn tự dưỡng, hiếu khí bắt buộc.
Ở đất ngập úng, quá trình oxy hóa NH4 + bị hạn chế. Urê bị phân hủy bởi enzyme urease hoặc thủy phân hóa học thành amoniac và CO2.
Trong bước ammonium hóa, amoniac được vi khuẩn amoni hóa chuyển hóa thành ion amoni (NH4 +). Trong bước tiếp theo, amoni được chuyển hóa bởi vi khuẩn nitrat hóa thành nitrat (nitrat hóa).
Dạng nitơ di động cao này thường được hấp thụ bởi rễ cây cũng như vi sinh vật trong đất.
Để khép lại chu trình nitơ, khí nitơ trong khí quyển được chuyển thành nitơ sinh khối bởi vi khuẩn Rhizobium sống trong các mô rễ của cây họ đậu (ví dụ, cỏ linh lăng, đậu Hà Lan và đậu) và cây họ đậu (chẳng hạn như alder). và bởi vi khuẩn lam và Azotobacter (Sposito, 2011).
Thông qua amoni (NH4 +), thực vật thủy sinh có thể hấp thụ và kết hợp nitơ thành protein, axit amin và các phân tử khác. Nồng độ amoniac 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. Các quy định của Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) nêu rõ rằng amoni hydroxit là an toàn ("thường được công nhận là an toàn" hoặc GRAS) như một tác nhân nấm men, chất kiểm soát độ pH và chất hoàn thiện. hời hợt trong thức ăn.
Danh sách các loại thực phẩm trong đó amoni hydroxit được sử dụng làm phụ gia thực phẩm trực tiếp rất phong phú và bao gồm bánh nướng, pho mát, sôcôla, các sản phẩm bánh kẹo khác (ví dụ như kẹo) và bánh pudding. Amoni hydroxit cũng được sử dụng như một chất chống vi khuẩn trong các sản phẩm thịt.
Amoniac ở các dạng khác (ví dụ amoni sulfat, amoni alginate) được sử dụng trong gia vị, các sản phẩm phân lập từ protein đậu nành, đồ ăn nhẹ, mứt và thạch, và đồ uống không cồn (Hiệp hội kali nitrat PNA, 2016).
Phép đo amoni được sử dụng trong xét nghiệm RAMBO, đặc biệt hữu ích trong việc chẩn đoán nguyên nhân gây nhiễm toan (ID xét nghiệm: RAMBO Amoni, Ngẫu nhiên, Nước tiểu, SF). Thận điều hòa bài tiết axit và cân bằng axit-bazơ toàn thân.
Thay đổi lượng amoniac trong nước tiểu là một cách quan trọng để thận thực hiện điều này. Đo nồng độ amoniac trong nước tiểu có thể cung cấp thông tin chi tiết về nguyên nhân gây ra rối loạn axit-bazơ ở bệnh nhân.
Mức độ amoniac trong nước tiểu cũng có thể cung cấp nhiều thông tin về sản xuất axit hàng ngày ở một bệnh nhân nhất định. Vì phần lớn lượng axit của một cá nhân đến từ protein ăn vào, lượng amoniac trong nước tiểu là một chỉ số tốt về lượng protein trong chế độ ăn.
Các phép đo amoniac trong nước tiểu có thể đặc biệt hữu ích cho việc chẩn đoán và điều trị bệnh nhân sỏi thận:
- Nồng độ amoniac cao trong nước tiểu và pH nước tiểu thấp cho thấy tình trạng mất đường tiêu hóa đang diễn ra. Những bệnh nhân này có nguy cơ bị sỏi axit uric và canxi oxalat.
- Một ít amoniac trong nước tiểu và pH nước tiểu cao gợi ý tình trạng toan hóa ống thận. Những bệnh nhân này có nguy cơ bị sỏi canxi photphat.
- Bệnh nhân bị sỏi canxi oxalat và canxi photphat thường được điều trị bằng citrat để nâng cao citrat trong nước tiểu (một chất ức chế tự nhiên của sự phát triển tinh thể canxi oxalat và canxi photphat).
Tuy nhiên, vì citrate được chuyển hóa thành bicarbonate (một bazơ), thuốc này cũng có thể làm tăng độ pH của nước tiểu. Nếu độ pH trong nước tiểu quá cao khi điều trị bằng citrate, nguy cơ sỏi canxi phốt phát có thể vô tình tăng lên.
Theo dõi nước tiểu để tìm amoniac là một cách để chuẩn độ liều lượng citrate và tránh vấn đề này. Liều khởi đầu tốt của citrate là khoảng một nửa lượng amoni đào thải qua nước tiểu (tính bằng mEq của mỗi loại).
Có thể theo dõi ảnh hưởng của liều này đối với các giá trị amoni, citrat và pH trong nước tiểu và điều chỉnh liều citrat dựa trên đáp ứng. Lượng amoniac trong nước tiểu giảm xuống sẽ cho biết liệu citrate hiện tại có đủ để bù đắp một phần (nhưng không hoàn toàn) lượng axit hàng ngày của bệnh nhân đó hay không.
Người giới thiệu
- Cơ sở dữ liệu, Hệ trao đổi chất ở người. (2017, ngày 2 tháng 3). Hiển thị thẻ meta cho Amoni. Đã khôi phục từ: hmdb.ca.
- Johnston, FJ (2014). Muối amoni. Lấy từ accessscience: accessscience.com.
- Trung tâm Thông tin Công nghệ Sinh học Quốc gia. (2017, ngày 25 tháng 2). Cơ sở dữ liệu tổng hợp PubChem; CID = 16741146. Lấy từ PubChem.
- Liên kết kali nitrat PNA. (2016). Nitrat (NO3-) so với amoni (NH4 +). lấy từ kno3.org.
- Hiệp hội Hóa học Hoàng gia. (2015). Ion amoni. Phục hồi từ chemspider: chemspider.com.
- Sposito, G. (2011, ngày 2 tháng 9). Đất. Phục hồi từ bách khoa toàn thư britannica: britannica.com.
- ID xét nghiệm: RAMBO Amoni, Ngẫu nhiên, Nước tiểu. (SF). Được khôi phục từ encyclopediamayomedicallaboratorie.com.
- Bách khoa toàn thư VIAS. (2004, ngày 22 tháng 12). Muối amoni. Khôi phục từ bách khoa toàn thư vias.org.