Amonio
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| Nombres | |||
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| Nombre IUPAC Ion amonio | |||
| Nombre sistemático de la IUPAC Azanio [1] | |||
| Identificadores | |||
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Modelo 3D ( JSmol ) |
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| EBICh |
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| Araña química |
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| Malla | D000644 | ||
Identificador de centro de PubChem |
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| UNIVERSIDAD |
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Panel de control CompTox ( EPA ) |
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| Propiedades | |||
| [ NH4 ] + | |||
| Masa molar | 18,039 g·mol −1 | ||
| Acidez (p K a ) | 9.25 | ||
| Base conjugada | Amoníaco | ||
| Estructura | |||
| Tetraédrico | |||
| Compuestos relacionados | |||
Otros cationes | |||
Compuestos relacionados | Radical de amonio •NH4 | ||
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 °C [77 °F], 100 kPa). | |||
El amonio es una forma modificada del amoníaco que tiene un átomo de hidrógeno adicional. Es un ion molecular con carga positiva ( catiónico ) con la fórmula química NH +4o [NH 4 ] + . Se forma por la adición de un protón (un núcleo de hidrógeno) al amoniaco ( NH 3 ). El amonio también es un nombre general para las aminas sustituidas cargadas positivamente (protonadas) y los cationes de amonio cuaternario ( [NR 4 ] + ), donde uno o más átomos de hidrógeno son reemplazados por grupos orgánicos u otros (indicados por R). El amonio no solo es una fuente de nitrógeno y un metabolito clave para muchos organismos vivos, sino que es una parte integral del ciclo global del nitrógeno . [2] Como tal, el impacto humano en los últimos años podría tener un efecto en las comunidades biológicas que dependen de él.
Propiedades ácido-base
El ion amonio se genera cuando el amoniaco, una base débil, reacciona con los ácidos de Brønsted ( donantes de protones ):
- H ++ NH3 → [ NH4 ] +
El ion amonio es ligeramente ácido y reacciona con las bases de Brønsted para volver a la molécula de amoníaco sin carga:
- [NH4 ] + + B− → HB + NH3
Así, el tratamiento de soluciones concentradas de sales de amonio con una base fuerte produce amoniaco. Cuando el amoniaco se disuelve en agua, una pequeña cantidad del mismo se convierte en iones de amonio:
- H 2 O + NH 3 ⇌ OH − + [NH 4 ] +
El grado en que el amoniaco forma el ion amonio depende del pH de la solución. Si el pH es bajo, el equilibrio se desplaza hacia la derecha: más moléculas de amoniaco se convierten en iones amonio. Si el pH es alto (la concentración de iones hidrógeno es baja y la de iones hidróxido es alta), el equilibrio se desplaza hacia la izquierda: el ion hidróxido sustrae un protón del ion amonio, generando amoniaco.
La formación de compuestos de amonio también puede ocurrir en la fase de vapor ; por ejemplo, cuando el vapor de amoníaco entra en contacto con vapor de cloruro de hidrógeno, se forma una nube blanca de cloruro de amonio, que finalmente se deposita como un sólido en una fina capa blanca sobre las superficies.
Sales y reacciones características
El catión amonio se encuentra en una variedad de sales , como el carbonato de amonio , el cloruro de amonio y el nitrato de amonio . La mayoría de las sales de amonio simples son muy solubles en agua. Una excepción es el hexacloroplatinato de amonio , cuya formación se utilizó en el pasado como prueba para el amonio. Las sales de amonio del nitrato y, especialmente, del perclorato son altamente explosivas; en estos casos, el amonio es el agente reductor.
En un proceso inusual, los iones de amonio forman una amalgama . Estas especies se preparan mediante la adición de amalgama de sodio a una solución de cloruro de amonio. [3] Esta amalgama finalmente se descompone para liberar amoníaco e hidrógeno. [4]
Para saber si el ion amonio está presente en la sal, primero se calienta la sal en presencia de hidróxido alcalino liberando un gas con un olor característico, que es el amoníaco .
- [NH4 ] + + OH − calor→ NH3 + H2O
Para confirmar aún más el amoniaco, se pasa a través de una varilla de vidrio sumergida en una solución de HCl ( ácido clorhídrico ), creando humos blancos y densos de cloruro de amonio .
- NH3 (g) + HCl( ac ) → [NH4 ] Cl(s)
El amoníaco, cuando pasa a través de una solución de CuSO 4 ( sulfato de cobre (II) ), cambia su color de azul a azul profundo, formando el reactivo de Schweizer .
- CuSO 4 (ac) + 4 NH 3 (ac) + 4 H 2 O → [Cu(NH 3 ) 4 (H 2 O) 2 ](OH) 2 (ac) + H 2 SO 4 (ac)
El amoniaco o ion amonio cuando se agrega al reactivo de Nessler da un precipitado de color marrón conocido como yoduro de base de Million en medio básico.
El ion amonio cuando se agrega al ácido cloroplatínico da un precipitado amarillo de hexacloroplatinato (IV) de amonio .
- H 2 [PtCl 6 ](ac) + [NH 4 ] + (ac) → [NH 4 ] 2 [PtCl 6 ](s) + 2 H +
El ion amonio cuando se agrega al cobaltinitrito de sodio da un precipitado amarillo de cobaltinitrito de amonio.
- Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ](ac) + 3 [NH 4 ] + (ac) → [NH 4 ] 3 [Co(NO 2 ) 6 ](s) + 3 Na + (ac)
El ion amonio da un precipitado blanco de bitartrato de amonio cuando se agrega al bitartrato de potasio .
- KC 4 H 5 O 6 (ac) + [NH 4 ] + (ac) → [NH 4 ]C 4 H 5 O 6 (s) + K + (ac)
Estructura y unión
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El par de electrones solitario en el átomo de nitrógeno (N) en el amoniaco, representado como una línea sobre el N, forma un enlace coordinado con un protón ( H + ). Después de eso, los cuatro enlaces N−H son equivalentes, siendo enlaces covalentes polares . El ion tiene una estructura tetraédrica y es isoelectrónico con el metano y el anión borohidruro . En términos de tamaño, el catión amonio ( r iónico = 175 pm) [ cita requerida ] se parece al catión cesio ( r iónico = 183 pm). [ cita requerida ]
Iones orgánicos
Los átomos de hidrógeno en el ion amonio pueden sustituirse por un grupo alquilo o algún otro grupo orgánico para formar un ion amonio sustituido ( nomenclatura IUPAC : ion aminio ). Según la cantidad de grupos orgánicos, el catión amonio se denomina primario , secundario , terciario o cuaternario . A excepción de los cationes amonio cuaternarios, los cationes amonio orgánicos son ácidos débiles.
Un ejemplo de una reacción que forma un ion amonio es la que se produce entre dimetilamina , (CH 3 ) 2 NH , y un ácido para dar el catión dimetilamonio , [(CH 3 ) 2 NH 2 ] + :
Los cationes de amonio cuaternario tienen cuatro grupos orgánicos unidos al átomo de nitrógeno, carecen de un átomo de hidrógeno unido al átomo de nitrógeno. Estos cationes, como el catión tetra- n -butilamonio , se utilizan a veces para reemplazar iones de sodio o potasio para aumentar la solubilidad del anión asociado en disolventes orgánicos . Las sales de amonio primario, secundario y terciario cumplen la misma función pero son menos lipofílicas . También se utilizan como catalizadores de transferencia de fase y surfactantes .
Una clase inusual de sales de amonio orgánicas son los derivados de cationes radicales amina, [•NR 3 ] + como el hexacloroantimoniato de tris(4-bromofenil)amonio .
Biología
Debido a que el nitrógeno a menudo limita la producción primaria neta debido a su uso en enzimas que median las reacciones bioquímicas necesarias para la vida, el amonio es utilizado por algunos microbios y plantas. [5] Por ejemplo, la energía se libera por la oxidación del amonio en un proceso conocido como nitrificación , que produce nitrato y nitrito . [6] Este proceso es una forma de autotrofia que es común entre Nitrosomonas , Nitrobacter , Nitrosolobus y Nitrosospira , entre otros. [6]
La cantidad de amonio en el suelo que está disponible para la nitrificación por microbios varía dependiendo de las condiciones ambientales. [7] [8] Por ejemplo, el amonio se deposita como un producto de desecho de algunos animales, aunque se convierte en urea en mamíferos, tiburones y anfibios, y en ácido úrico en aves, reptiles y caracoles terrestres. [9] Su disponibilidad en los suelos también está influenciada por la mineralización , que hace que haya más amonio disponible a partir de fuentes de nitrógeno orgánico, y la inmovilización , que secuestra el amonio en fuentes de nitrógeno orgánico , ambas mitigadas por factores biológicos. [6]
Por el contrario, el nitrato y el nitrito pueden reducirse a amonio como una forma para que los organismos vivos accedan al nitrógeno para su crecimiento en un proceso conocido como reducción asimilatoria de nitrato. [10] Una vez asimilado, puede incorporarse a las proteínas y al ADN . [11]
El amonio puede acumularse en suelos donde la nitrificación es lenta o inhibida, lo que es común en suelos hipóxicos. [12] Por ejemplo, la movilización de amonio es uno de los factores clave para la asociación simbiótica entre plantas y hongos, llamados micorrizas . [13] Sin embargo, las plantas que utilizan constantemente amonio como fuente de nitrógeno a menudo deben invertir en sistemas de raíces más extensos debido a la movilidad limitada del amonio en los suelos en comparación con otras fuentes de nitrógeno . [14] [15]
Impacto humano
La deposición de amonio de la atmósfera ha aumentado en los últimos años debido a la volatilización de los desechos del ganado y al mayor uso de fertilizantes. [16] Debido a que la producción primaria neta a menudo está limitada por el nitrógeno , el aumento de los niveles de amonio podría afectar a las comunidades biológicas que dependen de él. Por ejemplo, se ha demostrado que el aumento del contenido de nitrógeno aumenta el crecimiento de las plantas, pero agrava los niveles de fósforo del suelo, lo que puede afectar a las comunidades microbianas. [17]
Metal
El catión amonio tiene propiedades muy similares a los cationes de metales alcalinos más pesados y a menudo se considera un equivalente cercano. [18] [19] [20] Se espera que el amonio se comporte como un metal ( iones [NH 4 ] + en un mar de electrones ) a presiones muy altas, como dentro de planetas gigantes como Urano y Neptuno . [19] [20]
En condiciones normales, el amonio no existe como metal puro, sino como amalgama (aleación con mercurio ). [21]
Véase también
- Compuestos de onio
- Fluorenio , ( [H 2 F] + y derivados sustituidos)
- Oxonio ( [R 3 O] + , donde R es típicamente hidrógeno u organilo )
- Hidronio ( [H 3 O] + , el ion oxonio más simple)
- Catión amonio cuaternario ( [NR 4 ] + , donde R es organilo)
- Tetrafluoroamonio ( [NF 4 ] + )
- Hidrazinio ( [H 2 N−NH 3 ] + y derivados sustituidos)
- Hidrazindio ( [H 3 N−NH 3 ] 2+ y derivados sustituidos)
- Iminio ( [H 2 C=NH 2 ] + y derivados sustituidos)
- Diazonio ( [H−N≡N] + y derivados sustituidos)
- Diazinedio ( [H−N≡N−H] 2+ y derivados sustituidos)
- Aminodiazonio ( [H 2 N=N=N] + ⇌ [H 2 N−N≡N] + y derivados sustituidos)
- Hidroxilamonio ( [HO−NH 3 ] + y derivados sustituidos)
- Transportador de amonio
- relación f
- Nitrificación
- La magnífica posesión (cuento de Isaac Asimov)
- Hidróxido de amonio
Referencias
- ^ Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (2005). Nomenclatura de la química inorgánica (Recomendaciones de la IUPAC 2005). Cambridge (Reino Unido): RSC – IUPAC . ISBN 0-85404-438-8 . pp. 71,105,314. Versión electrónica.
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- ^ "Compuestos pseudobinarios". Archivado desde el original el 27 de julio de 2020. Consultado el 12 de octubre de 2007 .
- ^ "Sales de amonio". Enciclopedia VIAS .
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