Аммоний - Ammonium

Аммоний

Имена
Название ИЮПАК Ион аммония
Систематическое название ИЮПАК Азаниум
Идентификаторы
Количество CAS
3D модель ( JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
MeSH	D000644
PubChem CID
UNII
Панель управления CompTox ( EPA )
ИнЧИ InChI = 1S / H3N / h1H3 / p + 1 Ключ: QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O InChI = 1 / H3N / h1H3 / p + 1 Ключ: QGZKDVFQNNGYKY-IKLDFBCSAZ
Улыбки [NH4 +]
Характеристики
Химическая формула	NH+ 4
Молярная масса	18,039  г · моль -1
Кислотность (p K a )	9,25
Основание конъюгата	Аммиак
Состав
Молекулярная форма	Тетраэдр
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы

Аммония катион представляет собой положительно заряженный многоатомных ионов с химической формулой NH⁺
₄. Она образована протонированией из аммиака ( NH
₃). Аммоний также является общим названием для положительно заряженных или протонированных замещенных аминов и четвертичных аммониевых катионов ( NR⁺
₄), где один или несколько атомов водорода заменены органическими группами (обозначены R).

Кислотно-основные свойства

Пары соляной кислоты и аммиака, образующие белое облако хлорида аммония.

Ион аммония образуется, когда аммиак, слабое основание, реагирует с кислотами Бренстеда (донорами протонов):

ЧАС⁺
+ NH
₃→ NH⁺
₄

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

NH⁺
₄+ B^-
→ HB + NH
₃

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

ЧАС
₂O + NH
₃⇌ ОН^-
+ NH⁺
₄

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

Образование соединений аммония также может происходить в паровой фазе; например, когда пары аммиака вступают в контакт с парами хлористого водорода, образуется белое облако хлорида аммония, которое в конечном итоге осаждается в виде твердого вещества тонким белым слоем на поверхности.

Соли

Образование аммония

Катион аммония найден в различных солей , таких как карбонат аммония , хлорид аммония и нитрата аммония . Большинство простых солей аммония хорошо растворяются в воде. Исключение составляет гексахлороплатинат аммония , образование которого когда-то использовалось в качестве теста на аммоний. Аммонийные соли нитрата и особенно перхлората очень взрывоопасны, в этих случаях аммоний является восстановителем.

В необычном процессе ионы аммония образуют амальгаму . Такие вещества получают добавлением амальгамы натрия к раствору хлорида аммония. Эта амальгама в конечном итоге разлагается с выделением аммиака и водорода.

Чтобы определить, присутствует ли ион аммония в соли, сначала соль нагревают в присутствии гидроксида щелочного металла, выделяя газ с характерным запахом, который, конечно же, является аммиаком .

$${\ Displaystyle {\ ce {NH4 + + OH- + тепло-> NH3 + H2O}}}$$

Для дальнейшего подтверждения аммиака он прошел через стеклянный стержень, погруженный в раствор HCl ( соляной кислоты ), образуя белые плотные пары хлорида аммония .

$${\ Displaystyle {\ ce {NH3 (газ) + HCl (водный раствор) -> NH4Cl (газ)}}}$$

Аммиак при прохождении через раствор CuSO ₄ ( сульфат меди ) меняет цвет с синего на темно-синий, образуя реагент Швейцера .

$${\ Displaystyle {\ ce {CuSO4 (водный) + 4NH3 (водный) + 4H2O -> [Cu (NH3) 4 (H2O) 2] (OH) 2 (водный) + H2SO4 (водный)}}}$$

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

Ион аммония при добавлении к платинохлористоводородной кислоте дает желтый осадок.

$${\ Displaystyle {\ ce {H2 [PtCl6] (водный) + NH4 + (водный) -> (NH4) 2 [PtCl6] (s) + 2H +}}}$$

Ион аммония при добавлении к кобальтинитриту натрия дает желтый осадок.

$${\ Displaystyle {\ ce {Na3 [Co (NO2) 6] (водный раствор) + 3NH4 (водный раствор) -> (NH4) 3 [Co (NO2) 6] (s) + 3Na + (водный раствор)}}}$$

Ион аммония при добавлении к битартрату калия дает белый осадок.

$${\ Displaystyle {\ ce {KC4H5O6 (водный) + NH4 + (водный) -> (NH4) C4H5O6 (s) + K + (водный)}}}$$

Структура и склеивание

Неподеленная пара на азотном атоме (N) в аммиаке, представленный в виде линии над N, образует связь с протоном (H ⁺ ). После этого все четыре связи N – H эквивалентны, являясь полярными ковалентными связями . Ион имеет четырехгранную структуру и изоэлектронный с метаном и боргидридом . По размеру катион аммония ( r _ionic = 175 мкм) напоминает катион цезия ( r _ionic = 183 мкм).

Органические ионы

Атомы водорода в ионе аммония могут быть замещены алкильной группой или какой-либо другой органической группой с образованием замещенного иона аммония ( номенклатура IUPAC : ион амина ). В зависимости от количества органических групп катион аммония называют первичным , вторичным , третичным или четвертичным . За исключением катионов четвертичного аммония, катионы органического аммония являются слабыми кислотами.

Примером реакции с образованием иона аммония является реакция между диметиламином , (CH ₃ ) ₂ NH, и кислотой с образованием катиона диметиламмония , (CH 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, чтобы увеличить растворимость связанного аниона в органических растворителях. Первичные, вторичные и третичные соли аммония выполняют ту же функцию, но менее липофильны. Они также используются в качестве катализаторов межфазного переноса и поверхностно-активных веществ .

Необычный класс органических солей аммония - это производные катион- радикалов амина R ₃ N ^{+ •,} такие как трис (4-бромфенил) аммониил гексахлорантимонат .

Биология

Ионы аммония являются отходы продуктом метаболизма в животных . У рыб и водных беспозвоночных он выделяется непосредственно в воду. У млекопитающих , акул и амфибий он превращается в цикле мочевины в мочевину , поскольку мочевина менее токсична и может храниться более эффективно. У птиц , рептилий и наземных улиток метаболический аммоний превращается в мочевую кислоту , которая является твердой и поэтому может выводиться из организма с минимальной потерей воды.

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.

Металл

Ион аммония имеет очень похожие свойства с катионами тяжелых щелочных металлов и часто считается близким эквивалентом. Ожидается, что аммоний будет вести себя как металл (NH⁺
₄ионы в море электронов) при очень высоких давлениях, например, внутри газовых планет-гигантов, таких как Уран и Нептун .

В нормальных условиях аммоний существует не в чистом виде, а в виде амальгамы (сплава с ртутью ).

Смотрите также

использованная литература