Аммоний
 | |||
| |||
| Имена | |||
|---|---|---|---|
| Название ИЮПАК Ион аммония | |||
| Систематическое название ИЮПАК Азаниум [1] | |||
| Идентификаторы | |||
3D model ( JSmol ) | |||
| ЧЭБИ | |||
| ХимическийПаук | |||
| МеШ | D000644 | ||
ПабХим CID | |||
| НЕКОТОРЫЙ | |||
Панель управления CompTox ( EPA ) | |||
| Характеристики | |||
| [НХ 4 ] + | |||
| Молярная масса | 18.039 g·mol −1 | ||
| Кислотность ( pKa ) | 9.25 | ||
| Сопряженная база | Аммиак | ||
| Структура | |||
| Тетраэдрический | |||
| Родственные соединения | |||
Другие катионы | |||
Родственные соединения | Радикал аммония •NH4 | ||
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |||
Катион аммония представляет собой положительно заряженный многоатомный ион с химической формулой НХ + 4 или [НХ 4 ] + . Образуется протонировании аммиака ( при НХ 3 ). Аммоний также является общим названием положительно заряженных (протонированных) замещенных аминов и катионов четвертичного аммония ( [НЕТ 4 ] + ), где один или несколько водорода атомов заменены органическими или другими группами (обозначены R). Аммоний не только является источником азота и ключевым метаболитом для многих живых организмов, но и является неотъемлемой частью глобального цикла азота . [2] Таким образом, антропогенное воздействие в последние годы может оказать влияние на биологические сообщества, которые от него зависят.
Кислотно-основные свойства [ править ]
Ион аммония образуется при реакции аммиака, слабого основания, с кислотами Бренстеда ( донорами протонов ):
- ЧАС + + NH 3 → [NH 4 ] +
Ион аммония является умеренно кислым и реагирует с основаниями Бренстеда, возвращаясь к незаряженной молекуле аммиака:
- [НХ 4 ] + + Б − → ХБ + НХ 3
Так, обработка концентрированных растворов солей аммония сильным основанием дает аммиак. Когда аммиак растворяется в воде, небольшое его количество превращается в ионы аммония:
- Н 2 О + NH 3 ⇌ ОН − + [НН 4 ] +
Степень, в которой аммиак образует ион аммония, зависит от pH раствора. Если pH низкий, равновесие смещается вправо: большее количество молекул аммиака превращается в ионы аммония. Если pH высокий (концентрация ионов водорода низкая, а ионов гидроксида высокая), равновесие смещается влево: гидроксид- ион отрывает протон от иона аммония, образуя аммиак.
Образование соединений аммония может происходить и в паровой фазе; например, когда пары аммиака вступают в контакт с парами хлористого водорода, образуется белое облако хлорида аммония, которое в конечном итоге оседает в виде твердого вещества тонким белым слоем на поверхностях.
Соли и характерные реакции [ править ]
Катион аммония содержится в различных солях , таких как карбонат аммония , хлорид аммония и нитрат аммония . Большинство простых солей аммония хорошо растворимы в воде. Исключением является гексахлорплатинат аммония , образование которого когда-то использовалось как тест на аммоний. Аммонийные соли нитратов и особенно перхлоратов взрывоопасны, восстановителем в этих случаях является аммоний.
В ходе необычного процесса ионы аммония образуют амальгаму . Такие виды получают добавлением амальгамы натрия к раствору хлорида аммония. [3] Эта амальгама со временем разлагается с выделением аммиака и водорода. [4]
Чтобы определить, присутствует ли в соли ион аммония, сначала соль нагревают в присутствии гидроксида щелочного металла, выделяя газ с характерным запахом — аммиак .
- [НХ 4 ] + + ОН − NH 3 + Н 2 О
Для дальнейшего подтверждения содержания аммиака его пропускают через стеклянную палочку, смоченную в Раствор HCl ( соляная кислота ), создающий белые густые пары хлорида аммония .
- NH 3 (г) + HCl(водн.) → [NH 4 ]Cl(тв)
Аммиак при прохождении через Раствор CuSO 4 ( сульфат меди(II) ), меняет цвет с синего на темно-синий, образуя реактив Швейцера .
- CuSO 4 (водный) + 4 NH 3 (водный) + 4 H 2 O → [Cu(NH 3 ) 4 (H 2 O) 2 ](OH) 2 (водный) + H 2 SO 4 (водный)
Аммиак или ион аммония при добавлении к реактиву Несслера дает в основной среде осадок коричневого цвета, известный как йодид основания Миллиона.
Ион аммония при добавлении к платинохлористоводородной кислоте дает желтый осадок гексахлорплатината(IV) аммония .
- H 2 [PtCl 6 ](водн.) + [NH 4 ] + (водн.) → [NH 4 ] 2 [PtCl 6 ](тв) + 2 H +
Ион аммония при добавлении к кобальтинитриту натрия дает желтый осадок кобальтинитрита аммония.
- Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ](водн.) + 3 [NH 4 ] + (водн.) → [NH 4 ] 3 [Co(NO 2 ) 6 ](тв) + 3 Na + (вода)
дает белый осадок битартрата аммония Ион аммония при добавлении к битартрату калия .
- KC4H5O6 H + NH4 .) [ водн ( + (водн.) → [NH 4 ]C 4 H 5 O 6 (тв) + К + (вода)
Структура и связь [ править ]
 | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( март 2022 г. ) |
Неподеленная электронная пара атома азота ( , представленная линией над N, образует координатную связь с протоном (N) в аммиаке ЧАС + ). После этого все четверо Связи N-H эквивалентны, поскольку являются полярными ковалентными связями . Ион имеет тетраэдрическую структуру и изоэлектронен метану аниону и борогидрид- . По размеру катион аммония ( r ionic = 175 пм) [ нужна ссылка ] напоминает катион цезия ( r ионный = 183 пм). [ нужна ссылка ]
Органические ионы [ править ]
Атомы водорода в ионе аммония могут быть замещены алкильной группой или какой-либо другой органической группой с образованием замещенного иона аммония ( ИЮПАК номенклатура : ион аминия ). В зависимости от количества органических групп катион аммония называют первичным , вторичным , третичным или четвертичным . За исключением катионов четвертичного аммония, органические катионы аммония являются слабыми кислотами.
Примером реакции образования иона аммония является реакция между диметиламином , (CH 3 ) 2 NH и кислоту с образованием катиона диметиламмония , [(СН 3 ) 2 NH 2 ] + :
Катионы четвертичного аммония имеют четыре органические группы, присоединенные к атому азота, у них отсутствует атом водорода, связанный с атомом азота. Эти катионы, такие как катион тетра -н -бутиламмония , иногда используются для замены ионов натрия или калия для увеличения растворимости связанного аниона в органических растворителях . Первичные, вторичные и третичные соли аммония выполняют ту же функцию, но менее липофильны . Они также используются в качестве катализаторов фазового переноса и поверхностно-активных веществ .
Необычный класс органических солей аммония — производные катион -радикалов амина . [•NR 3 ] + такой как трис(4-бромфенил)аммонийилгексахлорантимонат .
Биология [ править ]
Поскольку азот часто ограничивает чистое первичное производство из-за его использования в ферментах , которые опосредуют биохимические реакции, необходимые для жизни, аммоний используется некоторыми микробами и растениями. [5] Например, энергия высвобождается при окислении аммония в процессе, известном как нитрификация , в результате которого образуются нитраты и нитриты . [6] Этот процесс является формой автотрофии , которая распространена среди Nitrosomonas , Nitrobacter , Nitrosolobus и Nitrosospira , среди других. [6]
Количество аммония в почве, доступное для нитрификации микробами, варьируется в зависимости от условий окружающей среды. [7] [8] Например, аммоний откладывается в виде отходов жизнедеятельности некоторых животных, хотя он превращается в мочевину у млекопитающих, акул и земноводных — в мочевую кислоту . , а у птиц, рептилий и наземных улиток [9] На его доступность в почвах также влияет минерализация , которая делает больше аммония доступным из органического азота источников , и иммобилизация , которая связывает аммоний в источники органического азота , оба из которых смягчаются биологическими факторами. [6]
И наоборот, нитрат и нитрит могут быть восстановлены до аммония, чтобы живые организмы могли получить доступ к азоту для роста в процессе, известном как ассимиляционное восстановление нитратов. [10] После ассимиляции он может быть включен в белки и ДНК . [11]
Аммоний может накапливаться в почвах, где нитрификация медленная или замедленная, что часто встречается в гипоксических почвах. [12] Например, мобилизация аммония является одним из ключевых факторов симбиотической ассоциации между растениями и грибами, называемыми микоризами . [13] Однако растения, которые постоянно используют аммоний в качестве источника азота, часто должны инвестировать в более обширную корневую систему из-за ограниченной подвижности аммония в почве по сравнению с другими источниками азота . [14] [15]
Человеческое воздействие [ править ]
Выпадение аммония из атмосферы в последние годы увеличилось из-за испарения отходов животноводства и увеличения использования удобрений. [16] Поскольку чистое первичное производство часто ограничивается азотом , повышение уровня аммония может повлиять на биологические сообщества, которые от него зависят. Например, азота увеличивает рост растений, но ухудшает уровень фосфора в почве, что может повлиять на микробные сообщества. было показано, что увеличение содержания [17]
Металл [ править ]
Катион аммония имеет свойства, очень похожие на катионы более тяжелых щелочных металлов , и его часто считают близким эквивалентом. [18] [19] [20] Ожидается, что аммоний будет вести себя как металл ( [НХ 4 ] + ионы в море электронов ) при очень высоких давлениях, например, внутри планет-гигантов, таких как Уран и Нептун . [19] [20]
В обычных условиях аммоний не существует в виде чистого металла, а существует в виде амальгамы (сплава с ртутью ). [21]
См. также [ править ]
- Ониевые соединения
- Фтороний , ( [Ч 2 Ф] + и замещенные производные)
- Оксоний ( [ Р3О ] + , где R обычно представляет собой водород или органил )
- Гидроний ( [ Н3О ] + , простейший ион оксония)
- Четвертичный катион аммония ( [НЕТ 4 ] + , где R представляет собой органил)
- Тетрафтораммоний ( [НФ 4 ] + )
- Гидразиний ( [H 2 N-NH 3 ] + и замещенные производные)
- Гидразинидий ( [H 3 N-NH 3 ] 2+ и замещенные производные)
- порог ( [Н 2 С=NH 2 ] + и замещенные производные)
- Диазоний ( [Ч-Н≡Н] + и замещенные производные)
- Диазинедиий ( [Ч-Н≡Н-Н] 2+ и замещенные производные)
- Аминодиазоний ( [Н 2 N=N=N] + ⇌ [Ч 2 N−N≡N] + и замещенные производные)
- Гидроксиламмоний ( [HO-NH 3 ] + и замещенные производные)
- Транспортер аммония
- f-коэффициент
- Нитрификация
- Великолепное владение (рассказ Айзека Азимова)
- Гидроксид аммония
Ссылки [ править ]
- ^ Международный союз теоретической и прикладной химии (2005). Номенклатура неорганической химии (Рекомендации ИЮПАК 2005 г.). Кембридж (Великобритания): RSC – IUPAC . ISBN 0-85404-438-8 . стр. 71 105 314. Электронная версия.
- ^ Шлезингер, Уильям Х.; Бернхардт, Эмили С. (01 января 2020 г.), Шлезингер, Уильям Х.; Бернхардт, Эмили С. (ред.), «Глава 12 - Глобальные циклы азота, фосфора и калия» , Биогеохимия (четвертое издание) , Academic Press, стр. 483–508, doi : 10.1016/b978-0-12- 814608-8.00012-8 , ISBN 978-0-12-814608-8 , получено 8 марта 2024 г.
- ^ «Псевдобинарные соединения» . Архивировано из оригинала 27 июля 2020 г. Проверено 12 октября 2007 г.
- ^ «Соли аммония» . Энциклопедия ВИАС .
- ^ Шлезингер, Уильям Х.; Бернхардт, Эмили С. (01 января 2020 г.), Шлезингер, Уильям Х.; Бернхардт, Эмили С. (ред.), «Глава 12 - Глобальные циклы азота, фосфора и калия» , Биогеохимия (четвертое издание) , Academic Press, стр. 483–508, doi : 10.1016/b978-0-12- 814608-8.00012-8 , ISBN 978-0-12-814608-8 , получено 8 марта 2024 г.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Россволл, Т. (1982). «Микробиологическая регуляция биогеохимического цикла азота / Regulación microbiana del ciclo bíogeoquímico del nitrógeno» . Растение и почва . 67 (1/3): 15–34. дои : 10.1007/BF02182752 . ISSN 0032-079X . JSTOR 42934020 .
- ^ Барсдейт, Роберт Дж.; Александр, Вера (январь 1975 г.). «Азотистый баланс арктической тундры: пути, темпы и последствия для окружающей среды» . Журнал качества окружающей среды . 4 (1): 111–117. Бибкод : 1975JEnvQ...4..111B . дои : 10.2134/jeq1975.00472425000400010025x . ISSN 0047-2425 .
- ^ Надельхоффер, Кнут Дж.; Абер, Джон Д.; Мелилло, Джерри М. (1 октября 1984 г.). «Сезонные закономерности поглощения аммония и нитратов в девяти лесных экосистемах умеренного пояса» . Растение и почва . 80 (3): 321–335. Бибкод : 1984PlSoi..80..321N . дои : 10.1007/BF02140039 . ISSN 1573-5036 .
- ^ Кэмпбелл, Нил А.; Рис, Джейн Б. (2002). Биология . Интернет-архив. Сан-Франциско: Бенджамин Каммингс. ISBN 978-0-8053-6624-2 .
- ^ Тидже, Дж. М.; Соренсен, Дж.; Чанг, Ю.-ЮЛ (1981). «Ассимиляционное и диссимиляционное восстановление нитратов: перспективы и методология одновременного измерения нескольких процессов азотного цикла» . Экологические бюллетени (33): 331–342. ISSN 0346-6868 . JSTOR 45128674 .
- ^ Льясер, Хосе Л; Фита, Игнасио; Рубио, Висенте (1 декабря 2008 г.). «Аргинин и запасы азота» . Современное мнение в области структурной биологии . Катализ и регуляция / Белки. 18 (6): 673–681. дои : 10.1016/j.sbi.2008.11.002 . hdl : 10261/111022 . ISSN 0959-440X . ПМИД 19013524 .
- ^ Ван, Ликсин; Мако, Стивен А. (март 2011 г.). «Ограниченные предпочтения в поглощении азота разными видами растений и средами обитания» . Растение, клетка и окружающая среда . 34 (3): 525–534. дои : 10.1111/j.1365-3040.2010.02260.x . ISSN 0140-7791 . ПМИД 21118424 .
- ^ Ходж, Анджела; Сторер, Кейт (01 января 2015 г.). «Арбускулярная микориза и азот: последствия для отдельных растений и экосистем» . Растение и почва . 386 (1): 1–19. Бибкод : 2015PlSoi.386....1H . дои : 10.1007/s11104-014-2162-1 . ISSN 1573-5036 .
- ^ Рэйвен, Джон А.; Линда, Бернд Волленвебер; Хэндли, Л. (май 1992 г.). «Аммиак и потоки аммония между фотолитотрофами и окружающей средой в связи с глобальным циклом азота» . Новый фитолог . 121 (1): 5–18. дои : 10.1111/j.1469-8137.1992.tb01087.x . ISSN 0028-646X .
- ^ Блум, Эй Джей; Джексон, Луизиана; Смарт, ДР (март 1993 г.). «Рост корней в зависимости от содержания аммония и нитратов в корневой зоне» . Растение, клетка и окружающая среда . 16 (2): 199–206. дои : 10.1111/j.1365-3040.1993.tb00861.x . ISSN 0140-7791 .
- ^ Акерман, Дэниел; Миллет, Дилан Б.; Чен, Синь (январь 2019 г.). «Глобальные оценки осаждения неорганического азота за четыре десятилетия» . Глобальные биогеохимические циклы . 33 (1): 100–107. Бибкод : 2019GBioC..33..100A . дои : 10.1029/2018GB005990 . ISSN 0886-6236 .
- ^ Донг, Цзюньфу; Цуй, Сяоюн; Ню, Хайшань; Чжан, Цзин; Чжу, Чуанлу; Ли, Линьфэн; Панг, Чжэ; Ван, Шиппинг (20 июня 2022 г.). «Влияние добавления азота на свойства растений и микробиомы при высоком уровне добавления фосфора в альпийской степи» . Границы в науке о растениях . 13 . дои : 10.3389/fpls.2022.894365 . ISSN 1664-462X . ПМЦ 9251499 . ПМИД 35795351 .
- ^ Холлеман, Арнольд Фредерик; Виберг, Эгон (2001), Виберг, Нильс (ред.), Неорганическая химия , перевод Иглсона, Мэри; Брюэр, Уильям, Сан-Диего/Берлин: Academic Press/De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Стивенсон, ди-джей (20 ноября 1975 г.). «Существует ли металлический аммоний?». Природа . 258 (5532): 222–223. Бибкод : 1975Natur.258..222S . дои : 10.1038/258222a0 . S2CID 4199721 .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Бернал, MJM; Мэсси, HSW (3 февраля 1954 г.). «Металлический аммоний» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 114 (2): 172–179. Бибкод : 1954MNRAS.114..172B . дои : 10.1093/mnras/114.2.172 .
- ^ Риди, Дж. Х. (1 октября 1929 г.). «Лекция-демонстрация амальгамы аммония». Журнал химического образования . 6 (10): 1767. Бибкод : 1929ЖЧЭд...6.1767Р . дои : 10.1021/ed006p1767 .
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|