Аммоний - Ammonium

Эта статья о молекулярном ионе. Для древнего города см. Сива оазис.
Не путать с нейтральным соединением Аммиак.
Аммоний
2-мерная скелетная версия иона аммония
Шаровидная модель катиона аммония.
Модель, заполняющая пространство катиона аммония
Имена
Название ИЮПАК
Аммоний
Систематическое название ИЮПАК
Азаниум[1]
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
MeSHD000644
UNII
Свойства
NH+
4
Молярная масса18.039 г · моль−1
Кислотность (пKа)9.25
Основание конъюгатаАммиак
Структура
Тетраэдр
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы

В аммоний катион положительно заряжен многоатомный ион с химическая формула NH+
4. Он образован протонирование из аммиак (NH3). Аммоний - это также общее название положительно заряженных или протонированных заменен амины и катионы четвертичного аммония (NR+
4), где один или несколько водород атомы заменяются органическими группами (обозначены R).

Кислотно-основные свойства

Пары от соляная кислота и аммиак, образуя белое облако хлорид аммония

Ион аммония образуется, когда аммиак, слабое основание, реагирует с Кислоты Бренстеда (доноры протонов):

ЧАС+ + NH3 → NH+
4

Ион аммония имеет умеренную кислотность, реагируя с основаниями Бренстеда и возвращаясь к незаряженной молекуле аммиака:

NH+
4 + B− → HB + NH3

Таким образом, обработка концентрированных растворов солей аммония сильным основанием дает аммиак. Когда аммиак растворяется в воде, небольшое его количество превращается в ионы аммония:

ЧАС2O + NH3 ⇌ ОН− + NH+
4

Степень, в которой аммиак образует ион аммония, зависит от pH решения. Если pH низкий, равновесие смещается вправо: больше молекул аммиака превращается в ионы аммония. Если pH высокий (концентрация ионы водорода низкое) равновесие смещается влево: гидроксид ion отрывает протон от иона аммония, образуя аммиак.

Образование соединений аммония также может происходить в пар фаза; например, когда пары аммиака вступают в контакт с парами хлористого водорода, образуется белое облако хлорида аммония, которое в конечном итоге оседает в виде твердый тонким белым слоем на поверхности.

Соли

Образование аммония

Катион аммония содержится в различных соли такие как карбонат аммония, хлорид аммония и нитрат аммония. Самые простые соли аммония очень растворимый в воде. Исключением является гексахлороплатинат аммония, образование которого когда-то использовалось в качестве теста на аммоний. Аммонийные соли нитрата и особенно перхлорат очень взрывоопасны, восстановителем в этих случаях является аммоний.

В необычном процессе ионы аммония образуют амальгама. Такие виды готовят электролиз раствора аммония с помощью ртутного катода.[2] Эта амальгама в конечном итоге разлагается с выделением аммиака и водорода.[3]


Чтобы определить, присутствует ли ион аммония в соли, сначала соль нагревают в присутствии гидроксид щелочного металла выпускает газ с характерным запахом, который, конечно, аммиак.

Для дальнейшего подтверждения наличия аммиака его пропускали через стеклянный стержень, погруженный в раствор HCl (соляная кислота ) создавая белые густые пары хлорид аммония.

Аммиак при прохождении через CuSO4 (Сульфат меди ) цвет раствора меняется с синего на темно-синий, образуя Реагент Швейцера .


Аммиак или ион аммония при добавлении реактив Неслера дает осадок коричневого цвета, известный как йодид основания Миллиона в основной среде.


Ион аммония при добавлении платинохлористоводородная кислота дает желтый осадок.


Ион аммония при добавлении кобальтинитрит натрия дает желтый осадок.


Ион аммония при добавлении битартрат калия дает белый осадок.

Структура и склеивание

В одинокая электронная пара на азот атом (N) в аммиаке, представленный линией над N, образует связь с протон (ЧАС+). После этого все четыре связи N – H эквивалентны, будучи полярными. ковалентные связи. Ион имеет тетраэдрическая структура и является изоэлектронный с участием метан и борогидрид. По размеру катион аммония (рионный = 175 pm) напоминает цезий катион (рионный = 183 вечера).

Органические ионы

Смотрите также: Амин

Атомы водорода в ионе аммония можно заменить на алкил группа или другая органическая группа, чтобы сформировать замещенный ион аммония (ИЮПАК номенклатура: ион аминия). В зависимости от количества органических групп катион аммония называют первичный, вторичный, высшее, или четвертичный. За исключением катионов четвертичного аммония, катионы органического аммония являются слабыми кислотами.

Примером реакции образования иона аммония является реакция между диметиламин, (CH3)2NH и кислоту, чтобы диметиламмоний катион, (CH3)2NH+
2:

Диметиламмоний-образование-2D.png

Катионы четвертичного аммония имеют четыре органические группы, присоединенные к атому азота, у них нет атома водорода, связанного с атомом азота. Эти катионы, такие как тетра-п-бутиламмоний катион, иногда используются для замены ионов натрия или калия для увеличения растворимости связанного аниона в органических растворителях. Соли первичного, вторичного и третичного аммония выполняют ту же функцию, но менее липофильны. Они также используются как катализаторы межфазного переноса и поверхностно-активные вещества.

Необычный класс органических солей аммония - производные амина радикальный катионы, R3N+• такие как трис (4-бромфенил) аммониил гексахлорантимонат.

Биология

Основная статья: Экскреция

Ионы аммония являются отходами метаболизм из животные. У рыб и водных беспозвоночных он выделяется непосредственно в воду. В млекопитающие, акулы, и амфибии, он конвертируется в цикл мочевины к мочевина, потому что мочевина менее токсична и может храниться более эффективно. В птицы, рептилии, и наземных улиток метаболический аммоний превращается в мочевая кислота, который является твердым и поэтому может выводиться с минимальной потерей воды.[4]

Аммоний является важным источником азота для многих видов растений, особенно тех, которые растут на гипоксических почвах. Однако он также токсичен для большинства видов сельскохозяйственных культур и редко применяется в качестве единственного источника азота.[5]

Металл

Ион аммония по своим свойствам очень похож на более тяжелый. щелочных металлов катионов и часто считается близким эквивалентом.[6][7][8] Ожидается, что аммоний будет вести себя как металл (NH+
4 ионов в море электронов) при очень высоких давлениях, например, внутри газовых планет-гигантов, таких как Уран и Нептун.[7][8]

В нормальных условиях аммоний существует не как чистый металл, а как амальгама (сплав с Меркурий ).[9]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Международный союз теоретической и прикладной химии (2005). Номенклатура неорганической химии (Рекомендации ИЮПАК 2005 г.). Кембридж (Великобритания): RSC –ИЮПАК. ISBN  0-85404-438-8. С. 71,105,314. Электронная версия.
  2. ^ Псевдобинарные соединения
  3. ^ «Соли аммония». Энциклопедия VIAS.
  4. ^ Кэмпбелл, Нил А.; Джейн Б. Рис (2002). "44". Биология (6-е изд.). Сан-Франциско: Pearson Education, Inc., стр.937–938. ISBN  978-0-8053-6624-2.
  5. ^ Britto, DT; Kronzucker, HJ (2002). "NH4+ токсичность для высших растений: критический обзор » (PDF). Журнал физиологии растений. 159 (6): 567–584. Дои:10.1078/0176-1617-0774.
  6. ^ Холлеман, Арнольд Фредерик; Виберг, Эгон (2001), Виберг, Нильс (ред.), Неорганическая химия, переведенный Иглсоном, Мэри; Брюэр, Уильям, Сан-Диего / Берлин: Academic Press / De Gruyter, ISBN  0-12-352651-5
  7. ^ а б Стивенсон, Д. Дж. (20 ноября 1975 г.). «Есть ли металлический аммоний?». Природа. 258 (5532): 222–223. Bibcode:1975Натура.258..222С. Дои:10.1038 / 258222a0. S2CID  4199721.
  8. ^ а б Бернал, М. Дж. М .; Мэсси, Х. С. У. (3 февраля 1954 г.). «Металлический Аммоний». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 114 (2): 172–179. Bibcode:1954МНРАС.114..172Б. Дои:10.1093 / mnras / 114.2.172.
  9. ^ Риди, Дж. (1 октября 1929 г.). «Лекция-демонстрация амальгамы аммония». Журнал химического образования. 6 (10): 1767. Bibcode:1929JChEd ... 6.1767R. Дои:10.1021 / ed006p1767.