- คุณสมบัติ
- ความสามารถในการละลายและน้ำหนักโมเลกุล
- คุณสมบัติของกรดเบส
- เกลือแอมโมเนียม
- การประยุกต์ใช้งาน
- อ้างอิง
แอมโมเนียมไอออนเป็นไอออนบวกหลายอะตอมประจุบวกที่มีสูตรทางเคมีคือ NH 4 + โมเลกุลไม่แบน แต่มีรูปร่างเหมือนจัตุรมุข ไฮโดรเจนทั้งสี่อะตอมประกอบกันเป็นมุมทั้งสี่
แอมโมเนียไนโตรเจนมีอิเล็กตรอนที่ไม่ใช้ร่วมกันคู่หนึ่งที่สามารถรับโปรตอน (ฐานลูอิส) ได้ดังนั้นแอมโมเนียมไอออนจึงเกิดขึ้นจากการโปรตอนของแอมโมเนียตามปฏิกิริยา: NH 3 + H + → NH 4 +
รูปที่ 1: โครงสร้างของแอมโมเนียมไอออน
แอมโมเนียมชื่อยังกำหนดให้กับเอมีนทดแทนหรือแอมโมเนียมไอออนบวก ตัวอย่างเช่นเมธิลโมเนียมคลอไรด์เป็นเกลือไอออนิกของสูตร CH 3 NH 4 Cl ที่คลอไรด์ไอออนถูกยึดติดกับเมทิลลามีน
แอมโมเนียมไอออนมีคุณสมบัติคล้ายกับโลหะอัลคาไลที่หนักกว่าและมักถูกพิจารณาว่าเป็นญาติสนิท แอมโมเนียมคาดว่าจะทำงานเหมือนโลหะที่มีความกดดันสูงมากเช่นภายในดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์เช่นดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน
แอมโมเนียมอิออนมีส่วนสำคัญในการสังเคราะห์โปรตีนในร่างกายมนุษย์ ในระยะสั้นสิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องการโปรตีนซึ่งประกอบด้วยกรดอะมิโนประมาณ 20 ชนิด ในขณะที่พืชและจุลินทรีย์สามารถสังเคราะห์กรดอะมิโนส่วนใหญ่จากไนโตรเจนในบรรยากาศได้ แต่สัตว์ไม่สามารถทำได้
สำหรับมนุษย์กรดอะมิโนบางชนิดไม่สามารถสังเคราะห์ได้เลยและต้องบริโภคเป็นกรดอะมิโนที่จำเป็น
อย่างไรก็ตามกรดอะมิโนอื่น ๆ สามารถสังเคราะห์โดยจุลินทรีย์ในระบบทางเดินอาหารด้วยความช่วยเหลือของแอมโมเนียไอออน ดังนั้นโมเลกุลนี้จึงเป็นตัวการสำคัญในวัฏจักรไนโตรเจนและในการสังเคราะห์โปรตีน
คุณสมบัติ
ความสามารถในการละลายและน้ำหนักโมเลกุล
แอมโมเนียมไอออนมีน้ำหนักโมเลกุล 18.039 ก. / โมลและความสามารถในการละลายน้ำได้ 10.2 มก. / มล. (ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ, 2017) การละลายแอมโมเนียในน้ำจะทำให้เกิดแอมโมเนียมอิออนตามปฏิกิริยา:
NH 3 + H 2 O → NH 4 + + OH -
สิ่งนี้จะเพิ่มความเข้มข้นของไฮดรอกซิลในตัวกลางโดยการเพิ่ม pH ของสารละลาย (Royal Society of Chemistry, 2015)
คุณสมบัติของกรดเบส
แอมโมเนียมไอออนมี pKb เท่ากับ 9.25 ซึ่งหมายความว่าที่ pH สูงกว่าค่านี้จะมีพฤติกรรมเป็นกรดและที่ pH ต่ำกว่าจะมีพฤติกรรมพื้นฐาน
ตัวอย่างเช่นเมื่อละลายแอมโมเนียในกรดอะซิติก (pKa = 4.76) คู่อิเล็กตรอนอิสระของไนโตรเจนจะรับโปรตอนจากตัวกลางเพิ่มความเข้มข้นของไฮดรอกไซด์ไอออนตามสมการ:
NH 3 + CH 3 COOH ⇌ NH 4 + + CH 3 COO -
อย่างไรก็ตามเมื่อมีฐานที่แข็งแรงเช่นโซเดียมไฮดรอกไซด์ (pKa = 14.93) แอมโมเนียมไอออนจะให้โปรตอนเป็นตัวกลางตามปฏิกิริยา:
NH 4 + + NaOH ⇌ NH 3 + Na + + H 2 O
สรุปได้ว่าที่ pH น้อยกว่า 9.25 ไนโตรเจนจะถูกโปรตอนในขณะที่ pH สูงกว่าค่านั้นจะถูกเปลี่ยนไป สิ่งนี้มีความสำคัญสูงสุดในการทำความเข้าใจเส้นโค้งการไตเตรทและทำความเข้าใจพฤติกรรมของสารเช่นกรดอะมิโน
เกลือแอมโมเนียม
คุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุดอย่างหนึ่งของแอมโมเนียคือพลังในการรวมโดยตรงกับกรดเพื่อสร้างเกลือขึ้นอยู่กับปฏิกิริยา:
NH 3 + HX → NH 4 X
ดังนั้นด้วยกรดไฮโดรคลอริกจึงสร้างแอมโมเนียมคลอไรด์ (NH 4 Cl); ด้วยกรดไนตริกแอมโมเนียมไนเตรต (NH 4 NO 3 ) โดยกรดคาร์บอนิกจะสร้างแอมโมเนียมคาร์บอเนต ((NH 4 ) 2 CO 3 ) เป็นต้น
แสดงให้เห็นว่าแอมโมเนียที่แห้งสนิทจะไม่รวมตัวกับกรดไฮโดรคลอริกที่แห้งสนิทความชื้นที่จำเป็นในการทำให้เกิดปฏิกิริยา (VIAS Encyclopedia, 2004)
เกลือแอมโมเนียมธรรมดาส่วนใหญ่ละลายได้ในน้ำ ข้อยกเว้นคือแอมโมเนียมเฮกซะคลอโรพลาติเนตซึ่งการก่อตัวนี้ใช้เป็นการทดสอบแอมโมเนียม เกลือของแอมโมเนียมไนเตรตและเปอร์คลอเรตโดยเฉพาะจะระเบิดได้สูงในกรณีเหล่านี้แอมโมเนียมเป็นตัวรีดิวซ์
ในกระบวนการที่ผิดปกติแอมโมเนียมไอออนจะรวมตัวกันเป็นอมัลกัม สายพันธุ์ดังกล่าวเตรียมโดยการอิเล็กโทรลิซิสของสารละลายแอมโมเนียมโดยใช้แคโทดปรอท ในที่สุดอมัลกัมนี้ก็แตกตัวเพื่อปล่อยแอมโมเนียและไฮโดรเจน (Johnston, 2014)
หนึ่งในเกลือแอมโมเนียมที่พบมากที่สุดคือแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ซึ่งเป็นเพียงแอมโมเนียที่ละลายในน้ำ สารประกอบนี้พบได้ทั่วไปและพบได้ตามธรรมชาติในสิ่งแวดล้อม (ในอากาศน้ำและดิน) และในพืชและสัตว์ทุกชนิดรวมทั้งมนุษย์
การประยุกต์ใช้งาน
แอมโมเนียมเป็นแหล่งไนโตรเจนที่สำคัญสำหรับพืชหลายชนิดโดยเฉพาะพืชที่เติบโตในดินที่ไม่เป็นพิษ อย่างไรก็ตามมันยังเป็นพิษต่อพันธุ์พืชส่วนใหญ่และไม่ค่อยถูกนำมาใช้เป็นแหล่งไนโตรเจนเพียงอย่างเดียว (ฐานข้อมูล, Human Metabolome, 2017)
ไนโตรเจน (N) ที่จับกับโปรตีนในชีวมวลที่ตายแล้วจะถูกใช้โดยจุลินทรีย์และเปลี่ยนเป็นแอมโมเนียมไอออน (NH4 +) ที่รากพืชดูดซึมได้โดยตรง (เช่นข้าว)
โดยปกติแล้วแอมโมเนียมไอออนจะถูกเปลี่ยนเป็นไนไตรต์ไอออน (NO2-) โดยแบคทีเรียไนโตรโซโมแนสตามด้วยการเปลี่ยนเป็นไนเตรตครั้งที่สอง (NO3-) โดยแบคทีเรีย Nitrobacter
แหล่งไนโตรเจนหลักที่ใช้ในการเกษตร 3 แหล่ง ได้แก่ ยูเรียแอมโมเนียมและไนเตรต ปฏิกิริยาออกซิเดชันทางชีวภาพของแอมโมเนียมเป็นไนเตรตเรียกว่าไนตริฟิเคชัน กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับหลายขั้นตอนและเป็นสื่อกลางโดยภาระผูกพันแอโรบิกแบคทีเรียออโตโทรฟิค
ในดินที่ถูกน้ำท่วมการออกซิเดชั่นของ NH4 + จะถูก จำกัด ยูเรียถูกย่อยสลายโดยเอนไซม์ยูรีเอสหรือไฮโดรไลซ์ทางเคมีเป็นแอมโมเนียและ CO2
ในขั้นตอนการแอมโมเนียมแอมโมเนียจะถูกเปลี่ยนโดยการทำให้แบคทีเรียแอมโมเนียมเป็นแอมโมเนียมไอออน (NH4 +) ในขั้นตอนต่อไปแอมโมเนียมจะถูกเปลี่ยนโดยแบคทีเรียไนไตรต์เป็นไนเตรต (ไนตริฟิเคชัน)
ไนโตรเจนในรูปแบบเคลื่อนที่ได้สูงนี้มักถูกดูดซึมโดยรากพืชเช่นเดียวกับจุลินทรีย์ในดิน
เพื่อปิดวัฏจักรไนโตรเจนก๊าซไนโตรเจนในบรรยากาศจะถูกเปลี่ยนเป็นไนโตรเจนชีวมวลโดยแบคทีเรียไรโซเบียมที่อาศัยอยู่ในเนื้อเยื่อรากของพืชตระกูลถั่ว (เช่นอัลฟัลฟ่าถั่วลันเตา) และพืชตระกูลถั่ว (เช่นอัลเดอร์) และโดยไซยาโนแบคทีเรียและอะโซโทแบคทีเรีย (Sposito, 2011)
ผ่านแอมโมเนียม (NH4 +) พืชน้ำสามารถดูดซับและรวมไนโตรเจนเป็นโปรตีนกรดอะมิโนและโมเลกุลอื่น ๆ แอมโมเนียที่มีความเข้มข้นสูงสามารถเพิ่มการเจริญเติบโตของสาหร่ายและพืชน้ำ
แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์และเกลือแอมโมเนียมอื่น ๆ ใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการแปรรูปอาหาร กฎระเบียบของสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยา (FDA) ระบุว่าแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ปลอดภัย ("โดยทั่วไปได้รับการยอมรับว่าปลอดภัย" หรือ GRAS) เป็นตัวแทนยีสต์สารควบคุม pH และสารตกแต่ง ผิวเผินในอาหาร
รายการอาหารที่ใช้แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์เป็นวัตถุเจือปนอาหารโดยตรงมีมากมายและรวมถึงขนมอบชีสช็อคโกแลตผลิตภัณฑ์ขนมอื่น ๆ (เช่นลูกกวาด) และพุดดิ้ง แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ยังใช้เป็นสารต้านจุลชีพในผลิตภัณฑ์จากเนื้อสัตว์
แอมโมเนียในรูปแบบอื่น ๆ (เช่นแอมโมเนียมซัลเฟตแอมโมเนียมอัลจิเนต) ใช้ในเครื่องปรุงรสแยกโปรตีนถั่วเหลืองขนมแยมและเยลลี่และเครื่องดื่มที่ไม่มีแอลกอฮอล์ (PNA โพแทสเซียมไนเตรตสมาคม, 2016)
การวัดแอมโมเนียใช้ในการทดสอบ RAMBO ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งในการวินิจฉัยสาเหตุของภาวะเลือดเป็นกรด (Test ID: RAMBO Ammonium, Random, Urine, SF) ไตควบคุมการขับกรดและสมดุลกรดเบสตามระบบ
การเปลี่ยนปริมาณแอมโมเนียในปัสสาวะเป็นวิธีสำคัญสำหรับไตในการทำเช่นนี้ การวัดระดับแอมโมเนียในปัสสาวะสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับสาเหตุของความสมดุลของกรดเบสในผู้ป่วย
ระดับแอมโมเนียในปัสสาวะยังสามารถให้ข้อมูลมากมายเกี่ยวกับการผลิตกรดในแต่ละวันของผู้ป่วยรายหนึ่ง เนื่องจากปริมาณกรดส่วนใหญ่ของแต่ละบุคคลมาจากโปรตีนที่รับประทานเข้าไปปริมาณแอมโมเนียในปัสสาวะจึงเป็นตัวบ่งชี้ที่ดีในการบริโภคโปรตีนในอาหาร
การวัดแอมโมเนียในปัสสาวะมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการวินิจฉัยและการรักษาผู้ป่วยที่เป็นนิ่วในไต:
- แอมโมเนียในปัสสาวะในระดับสูงและ pH ในปัสสาวะต่ำแสดงให้เห็นถึงการสูญเสียระบบทางเดินอาหารอย่างต่อเนื่อง ผู้ป่วยเหล่านี้มีความเสี่ยงต่อการเกิดนิ่วกรดยูริกและแคลเซียมออกซาเลต
- แอมโมเนียเล็กน้อยในปัสสาวะและ pH ในปัสสาวะสูงบ่งบอกถึงภาวะเลือดเป็นกรดในท่อไต ผู้ป่วยเหล่านี้มีความเสี่ยงต่อนิ่วแคลเซียมฟอสเฟต
- ผู้ป่วยที่เป็นนิ่วแคลเซียมออกซาเลตและแคลเซียมฟอสเฟตมักได้รับการรักษาด้วยซิเตรตเพื่อเพิ่มซิเตรตในปัสสาวะ (ตัวยับยั้งการเติบโตของแคลเซียมออกซาเลตและแคลเซียมฟอสเฟตตามธรรมชาติ)
อย่างไรก็ตามเนื่องจากซิเตรตถูกเผาผลาญเป็นไบคาร์บอเนต (ฐาน) ยานี้จึงสามารถเพิ่ม pH ของปัสสาวะได้ หาก pH ของปัสสาวะสูงเกินไปด้วยการบำบัดด้วยซิเตรตความเสี่ยงของการเกิดนิ่วแคลเซียมฟอสเฟตอาจเพิ่มขึ้นโดยไม่ได้ตั้งใจ
การตรวจสอบปัสสาวะเพื่อหาแอมโมเนียเป็นวิธีหนึ่งในการไตเตรทปริมาณซิเตรตและหลีกเลี่ยงปัญหานี้ ปริมาณเริ่มต้นที่ดีของซิเตรตคือการขับแอมโมเนียมออกทางปัสสาวะประมาณครึ่งหนึ่ง (ในหน่วย mEq ของแต่ละครั้ง)
ผลของปริมาณนี้ต่อค่าแอมโมเนียมในปัสสาวะซิเตรตและค่า pH สามารถตรวจสอบได้และปรับขนาดยาซิเตรตตามการตอบสนอง แอมโมเนียในปัสสาวะลดลงควรระบุว่าซิเตรตในปัจจุบันเพียงพอหรือไม่ที่จะชดเชยปริมาณกรดในแต่ละวันของผู้ป่วยรายนั้นบางส่วน (แต่ไม่ทั้งหมด)
อ้างอิง
- ฐานข้อมูลเมตาโบโลมของมนุษย์ (2017, 2 มีนาคม). กำลังแสดง metabocard สำหรับแอมโมเนียม กู้คืนจาก: hmdb.ca.
- จอห์นสตัน FJ (2014) เกลือแอมโมเนียม สืบค้นจาก accessscience: accessscience.com.
- ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (2560, 25 กุมภาพันธ์). PubChem ฐานข้อมูลแบบผสม; CID = 16741146 ดึงมาจาก PubChem.
- PNA โพแทสเซียมไนเตรตสมาคม (2016) ไนเตรต (NO3-) เทียบกับแอมโมเนียม (NH4 +) ดึงมาจาก kno3.org.
- ราชสมาคมเคมี. (2015) แอมโมเนียมไอออน กู้คืนจาก chemspider: chemspider.com.
- Sposito, G. (2011, 2 กันยายน). ดิน. สืบค้นจากสารานุกรม britannica: britannica.com.
- รหัสการทดสอบ: RAMBO แอมโมเนียมสุ่มปัสสาวะ (SF) สืบค้นจาก encyclopediamayomedicallaboratorie.com.
- สารานุกรม VIAS (2547, 22 ธันวาคม). เกลือแอมโมเนียม สืบค้นจาก encyclopedia vias.org.