암모늄 이온은 그 화학식 NH 인 양전하 다 원자 양이온 4 + . 분자는 편평하지 않지만 사면체 모양입니다. 네 개의 수소 원자가 네 모서리를 구성합니다.
암모니아 질소는 양성자 (루이스 염기)를 받아 들일 수있는 한 쌍의 비공유 전자를 가지고 있으므로 암모늄 이온은 반응에 따라 암모니아의 양성자 화에 의해 형성됩니다. NH 3 + H + → NH 4 +
그림 1 : 암모늄 이온의 구조.
이름 암모늄은 또한 치환 된 아민 또는 치환 된 암모늄 양이온에 주어집니다. 예를 들어, 염화 메틸 암모늄은 염화물 이온이 메틸 아민에 부착 된 화학식 CH 3 NH 4 Cl 의 이온 염입니다 .
암모늄 이온은 더 무거운 알칼리 금속과 매우 유사한 특성을 가지며 종종 가까운 친척으로 간주됩니다. 암모늄은 천왕성과 해왕성과 같은 거대한 가스 행성 내부와 같이 매우 높은 압력에서 금속처럼 행동 할 것으로 예상됩니다.
암모늄 이온은 인체의 단백질 합성에 중요한 역할을합니다. 요컨대, 모든 생명체에는 약 20 개의 아미노산으로 구성된 단백질이 필요합니다. 식물과 미생물은 대기 중의 질소에서 대부분의 아미노산을 합성 할 수 있지만 동물은 합성 할 수 없습니다.
인간의 경우 일부 아미노산은 전혀 합성 할 수 없으며 필수 아미노산으로 소비되어야합니다.
그러나 다른 아미노산은 암모니아 이온의 도움으로 위장관의 미생물에 의해 합성 될 수 있습니다. 따라서이 분자는 질소 순환과 단백질 합성에서 중요한 역할을합니다.
속성
용해도 및 분자량
암모늄 이온의 분자량은 18.039g / mol이고 용해도는 10.2mg / ml입니다 (National Center for Biotechnology Information, 2017). 암모니아를 물에 녹이면 다음 반응에 따라 암모늄 이온이 형성됩니다.
NH 3 + H 2 O → NH 4 + + OH -
이것은 용액의 pH를 증가시켜 배지의 하이드 록실 농도를 증가시킵니다 (Royal Society of Chemistry, 2015).
산 염기 속성
암모늄 이온의 pKb는 9.25입니다. 즉,이 값보다 높은 pH에서는 산 작용이 있고 낮은 pH에서는 기본 작용이 나타납니다.
예를 들어, 암모니아를 아세트산 (pKa = 4.76)에 용해시킬 때 질소의 자유 전자 쌍은 매질에서 양성자를 가져와 다음 방정식에 따라 수산화 이온의 농도를 증가시킵니다.
NH 3 + CH 3 COOH ⇌ NH 4 + + CH 3 COO -
그러나 수산화 나트륨 (pKa = 14.93)과 같은 강염기가 존재하는 경우 암모늄 이온은 반응에 따라 매질에 양성자를 생성합니다.
NH 4 + + NaOH ⇌ NH 3 + Na + + H 2 O
결론적으로, 9.25 미만의 pH에서는 질소가 양성자 화되고 그 값보다 큰 pH에서는 탈 양성자 화됩니다. 이것은 적정 곡선을 이해하고 아미노산과 같은 물질의 거동을 이해하는 데 가장 중요합니다.
암모늄염
암모니아의 가장 특징적인 특성 중 하나는 반응에 따라 산과 직접 결합하여 염을 형성하는 능력입니다.
NH 3 + HX → NH 4 X
따라서 염산으로 염화 암모늄 (NH 4 Cl)을 형성합니다. 질산, 질산 암모늄 (NH 4 NO 3 ), 탄산과 함께 탄산 암모늄 ((NH 4 ) 2 CO 3 ) 등을 형성합니다.
완벽하게 건조 된 암모니아는 완벽하게 건조 된 염산과 결합하지 않는 것으로 나타 났으며, 수분은 반응을 일으키는 데 필요합니다 (VIAS Encyclopedia, 2004).
대부분의 단순 암모늄염은 물에 잘 녹습니다. 예외는 암모늄 헥사 클로로 백금 산염이며, 그 형성은 암모늄 테스트로 사용됩니다. 질산 암모늄과 특히 과염소산 염의 염은 폭발성이 높으며이 경우 암모늄이 환원제입니다.
비정상적인 과정에서 암모늄 이온은 아말감을 형성합니다. 이러한 종은 수은 음극을 사용하여 암모늄 용액을 전기 분해하여 제조됩니다. 이 아말감은 결국 분해되어 암모니아와 수소를 방출합니다 (Johnston, 2014).
가장 일반적인 암모늄염 중 하나는 수산화 암모늄으로, 이는 단순히 물에 용해 된 암모니아입니다. 이 화합물은 매우 흔하며 환경 (공기, 물, 토양)과 인간을 포함한 모든 식물과 동물에서 자연적으로 발견됩니다.
응용
암모늄은 많은 식물 종, 특히 저산소 토양에서 자라는 식물의 중요한 질소 공급원입니다. 그러나 이는 또한 대부분의 작물 종에 독성이 있으며 유일한 질소 공급원으로 거의 적용되지 않습니다 (Database, Human Metabolome, 2017).
죽은 바이오 매스의 단백질에 결합 된 질소 (N)는 미생물에 의해 소비되고 식물 (예 : 쌀)의 뿌리에 직접 흡수 될 수있는 암모늄 이온 (NH4 +)으로 전환됩니다.
암모늄 이온은 일반적으로 nitrosomonas 박테리아에 의해 아질산염 이온 (NO2-)으로 전환 된 다음 Nitrobacter 박테리아에 의해 두 번째 질산염 (NO3-)으로 전환됩니다.
농업에 사용되는 세 가지 주요 질소 공급원은 요소, 암모늄 및 질산염입니다. 암모늄의 질산염으로의 생물학적 산화는 질화로 알려져 있습니다. 이 과정은 여러 단계를 포함하며 절대 호기성, 독립 영양 박테리아에 의해 매개됩니다.
침수 된 토양에서는 NH4 +의 산화가 제한됩니다. 요소는 효소 요소 분해 효소에 의해 분해되거나 화학적으로 암모니아와 CO2로 가수 분해됩니다.
암모니아 화 단계에서 암모니아는 박테리아를 암모니아 화하여 암모늄 이온 (NH4 +)으로 변환합니다. 다음 단계에서 암모늄은 박테리아를 질화시켜 질산염으로 전환 (질화)합니다.
이 고도로 이동성이 높은 질소 형태는 토양의 미생물뿐만 아니라 식물 뿌리에 가장 일반적으로 흡수됩니다.
질소 순환을 막기 위해 대기 중의 질소 가스는 콩과 식물 (예 : 알팔파, 완두콩 및 콩)과 콩과 식물 (알더와 같은)의 뿌리 조직에 서식하는 리조 븀 박테리아에 의해 바이오 매스 질소로 변환됩니다. 그리고 시아 노 박테리아와 아조 토 박터에 의해 (Sposito, 2011).
암모늄 (NH4 +)을 통해 수생 식물은 질소를 흡수하여 단백질, 아미노산 및 기타 분자에 통합 할 수 있습니다. 고농도의 암모니아는 조류와 수생 식물의 성장을 증가시킬 수 있습니다.
수산화 암모늄 및 기타 암모늄 염은 식품 가공에 널리 사용됩니다. 미국 식품의 약국 (FDA) 규정에 따르면 수산화 암모늄은 효모 제, pH 조절제 및 마무리 제로 안전합니다 ( "일반적으로 안전하다고 인정"또는 GRAS). 음식에서 피상적.
수산화 암모늄이 직접 식품 첨가물로 사용되는 식품 목록은 광범위하며 구운 식품, 치즈, 초콜릿, 기타 제과 제품 (예 : 사탕) 및 푸딩이 포함됩니다. 수산화 암모늄은 육류 제품의 항균제로도 사용됩니다.
다른 형태의 암모니아 (예 : 황산 암모늄, 알긴산 암모늄)는 조미료, 콩 단백질 분리 물, 스낵, 잼 및 젤리 및 무 알코올 음료에 사용됩니다 (PNA 질산 칼륨 협회, 2016).
암모니아 측정은 RAMBO 테스트에서 사용되며 특히 산증의 원인을 진단하는 데 유용합니다 (테스트 ID : RAMBO Ammonium, Random, Urine, SF). 신장은 산 배설과 전신 산-염기 균형을 조절합니다.
소변의 암모니아 양을 변경하는 것은 신장이이를 수행하는 중요한 방법입니다. 소변의 암모니아 수치를 측정하면 환자의 산-염기 균형 장애의 원인을 파악할 수 있습니다.
소변의 암모니아 수치는 주어진 환자의 일일 산 생산에 대한 많은 정보를 제공 할 수도 있습니다. 개인의 산 부하의 대부분은 섭취 된 단백질에서 비롯되기 때문에 소변의 암모니아 양은식이 단백질 섭취의 좋은 지표입니다.
소변 암모니아 측정은 특히 신장 결석 환자의 진단 및 치료에 유용 할 수 있습니다.
- 소변의 높은 수준의 암모니아와 낮은 소변 pH는 지속적인 위장 손실을 의미합니다. 이 환자들은 요산 및 칼슘 옥살산 결석의 위험이 있습니다.
- 소변의 약간의 암모니아와 높은 소변 pH는 신 세뇨관 산증을 암시합니다. 이 환자들은 인산 칼슘 결석에 걸릴 위험이 있습니다.
- 칼슘 옥살 레이트 및 칼슘 인산염 결석 환자는 종종 구연산염으로 치료하여 소변 구연산염 (옥살산 칼슘 및 인산 칼슘 결정 성장의 천연 억제제)을 증가시킵니다.
그러나 구연산염은 중탄산염 (염기)으로 대사되기 때문에이 약물은 소변의 pH를 높일 수도 있습니다. 구연산염 처리로 소변 pH가 너무 높으면 인산 칼슘 결석의 위험이 우연히 증가 할 수 있습니다.
암모니아에 대한 소변 모니터링은 구연산염 용량을 적정하고이 문제를 피하는 한 가지 방법입니다. 구연산염의 좋은 시작 용량은 소변으로 배출되는 암모늄의 약 절반입니다 (각각 mEq).
이 용량이 소변 암모늄, 구연산염 및 pH 값에 미치는 영향을 모니터링하고 반응에 따라 구연산염 용량을 조정할 수 있습니다. 소변 암모니아의 감소는 현재 구연산염이 주어진 환자의 일일 산 부하를 부분적으로 (완전하지는 않음) 상쇄하기에 충분한 지 여부를 나타내야합니다.
참고 문헌
- 데이터베이스, 인간 대사 체. (2017 년 3 월 2 일). 암모늄 메타 보 카드 표시 출처 : hmdb.ca.
- Johnston, FJ (2014). 암모늄염. accessscience에서 검색 : accessscience.com.
- 국립 생명 공학 정보 센터. (2017 년 2 월 25 일). PubChem 복합 데이터베이스; CID = 16741146. PubChem에서 가져옴.
- PNA 질산 칼륨 협회. (2016). 질산염 (NO3-) 대 암모늄 (NH4 +). kno3.org에서 검색했습니다.
- Royal Society of Chemistry. (2015). 암모늄 이온. chemspider : chemspider.com에서 복구 됨.
- Sposito, G. (2011, 9 월 2 일). 흙. britannica 백과 사전 : britannica.com에서 복구 됨.
- 테스트 ID : RAMBO Ammonium, Random, Urine. (SF). encyclopediamayomedicallaboratorie.com에서 복구되었습니다.
- VIAS 백과 사전. (2004 년 12 월 22 일). 암모늄염. 백과 사전 vias.org에서 복구 됨.