آمونیوم

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
فارسیEnglish
یون NH۴+
تشکیل آمونیوم

آمونیوم (به انگلیسی: ammonium یا aminium) با فرمول شیمیایی NH۴+ یک کاتیون چنداتمی با یک بار مثبت است. این کاتیون از پروتون‌گیری آمونیاک (NH۳) بدست آمده‌است. همچنین آمونیوم یک نام عمومی است که برای مواد دارای بار مثبت یا آمین‌های پروتون گرفته یا کاتیون‌های چهارتایی آمونیوم (N+R۴) که در آن یک یا تعداد بیشتر ی از اتم‌های هیدروژن با رادیکال‌های آزاد آلی (R) جایگزین شده‌اند، به کار می‌رود.

آیوپاک برای NH۴+ نام آزانیوم (azanium) را به جای آمونیوم برگزیده‌است. همچنین به آمونیوم، «آمونیاک یونیزه شده» نیز می‌گویند.

ویژگی‌های پایهٔ اسیدی[ویرایش]

Fumes from هیدروکلریک اسید and ammonia forming a white cloud of آمونیوم کلرید. The ammonium ion is generated when ammonia, a weak base, reacts with Brønsted acids (proton donors): : H+ + :NH3 → NH4+ The ثابت تفکیک اسیدی (pKa) of NH+
4
is 9.25.

با توجه به رابطهٔ زیر می‌توان گفت که آمونیوم به صورت میانه اسید است:

NH۴+ + :B- → HB + NH۳

بنابراین محلول غلیظ نمک‌های آمونیوم با بازهای قوی تولید آمونیاک می‌کند. هنگامی که آمونیاک در آب حل می‌شود مقدار کمی از آن به یون آمونیوم تبدیل می‌گردد:

H۳O+ + NH۳ در تعادل است با H۲O + NH۴+

اینکه آمونیاک تبدیل به یون آمونیوم شود بستگی به pH محلول آن دارد. اگر pH پایین باشد تعادل به سمت راست متمایل می‌شود و مولکول‌های آمونیاک بیشتری تبدیل به یون آمونیوم می‌گردد ولی اگر pH بالا باشد (غلظت یون هیدروژن کم باشد) تعادل به سمت چپ متمایل می‌شود و یون هیدروکسید پروتون آمونیوم را نگه می‌دارد و ما بیشتر آمونیاک خواهیم داشت.

ترکیب‌های آمونیوم می‌توانند در حالت بخار روی می‌دهند. برای نمونه: هنگامی که بخار آمونیاک در تماس با بخار کلرید هیدروژن قرار گیرد، ابر سفیدی از آمونیوم تشکیل می‌شود که خیلی زود به صورت یک لایهٔ نازک جامد روی سطح ته‌نشین می‌گردد.

بازگشت آمونیوم به آمونیاک بسیار آسان است و با اضافه کردن یک محلول قلیایی قوی انجام می‌شود.

نمک‌های آمونیوم[ویرایش]

کاتیون آمونیوم را می‌توان در میان نمک‌های گوناگون پیدا کرد، مانند آمونیوم کربنات، آمونیوم کلرید و آمونیوم نیترات. بیشتر نمک‌های آمونیوم به آسانی در آب حل می‌شوند ولی هگزاکلروپلاتینات آمونیوم تنها نمکی است که این گونه نیست. نخستین بار هدف از تشکیل این نمک در یک آزمایش برای آمونیوم بود. نمک‌های آمونیوم که از نیترات و به ویژه پرکلرات درست شده‌اند به شدت انفجاری‌اند. در این موردها آمونیوم نقش عامل کاهنده را دارد.

در یک فرایند غیر معمول، یون‌های آمونیوم تشکیل ملغمه می‌دهند. این فراورده‌ها بوسیلهٔ برق‌کافت یک محلول آمونیوم با استفاده از یک کاتد جیوه ای ایجاد می‌شوند.[۱] این ملغمه سرانجام تجزیه می‌شود تا آمونیوم و هیدروژن تولید کند.[۲]

ساختار و پیوندها[ویرایش]

جفت الکترون آزاد (جفت لون) روی اتم نیتروژن (N) در آمونیاک که به صورت دو نقطهٔ توپر نمایش داده شده‌است، با یک پروتون (+H) پیوند برقرار می‌کند؛ بنابراین هر چهار پیوند N-H در تعادل قرار می‌گیرند (پیوند کوالانسی). در بحث اندازه، کاتیون آمونیوم (rionic = ۱۷۵ pm) شبیه کاتیون سزیم (rionic = ۱۸۳ pm) است.

یون‌های آلی آمونیوم[ویرایش]

نگاه کنید به: آمین

فلز آمونیوم[ویرایش]

انتظار می‌رود تا آمونیوم در فشارهای بسیار بالا مانند یک فلز رفتار کند (یون NH۴+ در دریای الکترون‌ها) مانند آنچه که در سیاره‌های غول گازی رخ می‌دهد. دو پیوند زیر را نگاه کنید:

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. Pseudo-binary compounds
  2. "Ammonium Salts". VIAS Encyclopedia.
Ammonium
2-D skeletal version of the ammonium ion
Ball-and-stick model of the ammonium cation
Space-filling model of the ammonium cation
Names
IUPAC name
Ammonium
Systematic IUPAC name
Azanium[1]
Identifiers
3D model (JSmol)
ChEBI
ChemSpider
MeSH D000644
Properties
NH+
4
Molar mass 18.039 g·mol−1
Acidity (pKa) 9.25
Conjugate base Ammonia
Structure
Tetrahedral
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa).
Infobox references

The ammonium cation is a positively charged polyatomic ion with the chemical formula NH+
4
. It is formed by the protonation of ammonia (NH3). Ammonium is also a general name for positively charged or protonated substituted amines and quaternary ammonium cations (NR+
4
), where one or more hydrogen atoms are replaced by organic groups (indicated by R).

Acid–base properties

Fumes from hydrochloric acid and ammonia forming a white cloud of ammonium chloride

The ammonium ion is generated when ammonia, a weak base, reacts with Brønsted acids (proton donors):

H+ + NH3 → NH+
4

The ammonium ion is mildly acidic, reacting with Brønsted bases to return to the uncharged ammonia molecule:

NH+
4
+ B → HB + NH3

Thus, treatment of concentrated solutions of ammonium salts with strong base gives ammonia. When ammonia is dissolved in water, a tiny amount of it converts to ammonium ions:

H2O + NH3 ⇌ OH + NH+
4

The degree to which ammonia forms the ammonium ion depends on the pH of the solution. If the pH is low, the equilibrium shifts to the right: more ammonia molecules are converted into ammonium ions. If the pH is high (the concentration of hydrogen ions is low), the equilibrium shifts to the left: the hydroxide ion abstracts a proton from the ammonium ion, generating ammonia.

Formation of ammonium compounds can also occur in the vapor phase; for example, when ammonia vapor comes in contact with hydrogen chloride vapor, a white cloud of ammonium chloride forms, which eventually settles out as a solid in a thin white layer on surfaces.

Ammonium salts

Formation of ammonium

Ammonium cation is found in a variety of salts such as ammonium carbonate, ammonium chloride and ammonium nitrate. Most simple ammonium salts are very soluble in water. An exception is ammonium hexachloroplatinate, the formation of which was once used as a test for ammonium. The ammonium salts of nitrate and especially perchlorate are highly explosive, in these cases ammonium is the reducing agent.

In an unusual process, ammonium ions form an amalgam. Such species are prepared by the electrolysis of an ammonium solution using a mercury cathode.[2] This amalgam eventually decomposes to release ammonia and hydrogen.[3]

Structure and bonding

The lone electron pair on the nitrogen atom (N) in ammonia, represented as a line above the N, forms the bond with a proton (H+). Thereafter, all four N–H bonds are equivalent, being polar covalent bonds. The ion has a tetrahedral structure and is isoelectronic with methane and borohydride. In terms of size, the ammonium cation (rionic = 175 pm) resembles the caesium cation (rionic = 183 pm).

Organic ammonium ions

The hydrogen atoms in the ammonium ion can be substituted with an alkyl group or some other organic group to form a substituted ammonium ion (IUPAC nomenclature: aminium ion). Depending on the number of organic groups, the ammonium cation is called a primary, secondary, tertiary, or quaternary. With the exception of the quaternary ammonium cations, the organic ammonium cations are weak acids.

An example of a reaction forming an ammonium ion is that between dimethylamine, (CH3)2NH, and an acid to give the dimethylammonium cation, (CH3)2NH+
2
:

Dimethylammonium-formation-2D.png

Quaternary ammonium cations have four organic groups attached to the nitrogen atom, they lack a hydrogen atom bonded to the nitrogen atom. These cations, such as the tetra-n-butylammonium cation, are sometimes used to replace sodium or potassium ions to increase the solubility of the associated anion in organic solvents. Primary, secondary, and tertiary ammonium salts serve the same function, but are less lipophilic. They are also used as phase-transfer catalysts and surfactants.

An unusual class of organic ammonium salts are derivatives of amine radical cations, R3N+• such as tris(4-bromophenyl)ammoniumyl hexachloroantimonate.

Biology

Ammonium ions are a waste product of the metabolism of animals. In fish and aquatic invertebrates, it is excreted directly into the water. In mammals, sharks, and amphibians, it is converted in the urea cycle to urea, because urea is less toxic and can be stored more efficiently. In birds, reptiles, and terrestrial snails, metabolic ammonium is converted into uric acid, which is solid and can therefore be excreted with minimal water loss.[4]

Ammonium is an important source of nitrogen for many plant species, especially those growing on hypoxic soils. However, it is also toxic to most crop species and is rarely applied as a sole nitrogen source.[5]

Ammonium metal

The ammonium ion has very similar properties to the heavier alkali metals and is often considered a close relative.[6][7][8] Ammonium is expected to behave as a metal (NH+
4
ions in a sea of electrons) at very high pressures, such as inside gas giant planets such as Uranus and Neptune.[7][8]

Under normal conditions, ammonium does not exist as a pure metal, but does as an amalgam (alloy with mercury).[9]

See also

References

  1. ^ International Union of Pure and Applied Chemistry (2005). Nomenclature of Inorganic Chemistry (IUPAC Recommendations 2005). Cambridge (UK): RSCIUPAC. ISBN 0-85404-438-8. pp. 71,105,314. Electronic version.
  2. ^ Pseudo-binary compounds
  3. ^ "Ammonium Salts". VIAS Encyclopedia.
  4. ^ Campbell, Neil A.; Jane B. Reece (2002). "44". Biology (6th ed.). San Francisco: Pearson Education, Inc. pp. 937–938. ISBN 978-0-8053-6624-2.
  5. ^ Britto, DT; Kronzucker, HJ (2002). "NH4+ toxicity in higher plants: a critical review" (PDF). Journal of Plant Physiology. 159 (6): 567–584. doi:10.1078/0176-1617-0774.
  6. ^ Holleman, Arnold Frederik; Wiberg, Egon (2001), Wiberg, Nils (ed.), Inorganic Chemistry, translated by Eagleson, Mary; Brewer, William, San Diego/Berlin: Academic Press/De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5
  7. ^ a b Stevenson, D. J. (November 20, 1975). "Does metallic ammonium exist?". Nature. 258 (5532): 222–223. Bibcode:1975Natur.258..222S. doi:10.1038/258222a0.
  8. ^ a b Bernal, M. J. M.; Massey, H. S. W. (February 3, 1954). "Metallic Ammonium". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 114 (2): 172–179. Bibcode:1954MNRAS.114..172B. doi:10.1093/mnras/114.2.172.
  9. ^ Reedy, J.H. (October 1, 1929). "Lecture demonstration of ammonium amalgam". Journal of Chemical Education. 6 (10): 1767. Bibcode:1929JChEd...6.1767R. doi:10.1021/ed006p1767.