El catión amonio es un ion poliatómico cargado positivamente con la fórmula química NH +4o [NH 4 ] + . Se forma por la protonación del amoníaco ( NH 3 ). Amonio también es un nombre general para aminas sustituidas cargadas positivamente (protonadas) y cationes de amonio cuaternario ( [NR 4 ] + ), donde uno o más átomos de hidrógeno son reemplazados por grupos orgánicos u otros (indicados por R).
El ion amonio se genera cuando el amoníaco, una base débil, reacciona con los ácidos de Brønsted ( donantes de protones ):
El ion amonio es ligeramente ácido y reacciona con bases de Brønsted para regresar a la molécula de amoníaco descargada:
Así, el tratamiento de soluciones concentradas de sales de amonio con una base fuerte da amoníaco. Cuando el amoníaco se disuelve en agua, una pequeña cantidad se convierte en iones de amonio:
El grado en que el amoníaco 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 amoníaco se convierten en iones de amonio. Si el pH es alto (la concentración de iones de hidrógeno es baja y la de iones de hidróxido es alta), el equilibrio se desplaza hacia la izquierda: el ion hidróxido extrae un protón del ion amonio, generando amoníaco.
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 el 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.
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 alguna vez se utilizó como prueba para detectar amonio. Las sales amónicas 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 añadiendo amalgama de sodio a una solución de cloruro de amonio. [2] Esta amalgama eventualmente se descompone para liberar amoníaco e hidrógeno. [3]
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 .
Para confirmar aún más el amoníaco, se pasó a través de una varilla de vidrio sumergida en una solución de HCl ( ácido clorhídrico ), creando humos densos y blancos de cloruro de amonio .
El amoníaco, cuando pasa a través de una solución de CuSO 4 ( sulfato de cobre (II) , cambia su color de azul a azul intenso, formando el reactivo de Schweizer .
El amoníaco o el 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 añade al ácido cloroplatínico, produce un precipitado amarillo de hexacloroplatinato (IV) de amonio .
El ion amonio, cuando se añade al cobaltinitrito de sodio , produce un precipitado amarillo de cobaltinitrito de amonio.
El ion amonio produce un precipitado blanco de bitartrato de amonio cuando se agrega al bitartrato de potasio .
El par de electrones solitarios del átomo de nitrógeno (N) en el amoníaco, 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 de amonio ( r iónico = 175 pm) [ cita necesaria ] se parece al catión de cesio ( r iónico = 183 pm). [ cita necesaria ]
Los átomos de hidrógeno en el ion amonio pueden sustituirse con un grupo alquilo o algún otro grupo orgánico para formar un ion amonio sustituido ( nomenclatura IUPAC : ion aminio ). Dependiendo del número de grupos orgánicos, el catión amonio se denomina primario , secundario , terciario o cuaternario . Excepto los cationes de amonio cuaternario, los cationes de amonio orgánicos son ácidos débiles.
Un ejemplo de una reacción que forma un ion amonio es la que ocurre entre la 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 los iones de sodio o potasio para aumentar la solubilidad del anión asociado en disolventes orgánicos . Las sales de amonio primarias, secundarias y terciarias cumplen la misma función pero son menos lipófilas . También se utilizan como catalizadores de transferencia de fases y tensioactivos .
Una clase inusual de sales orgánicas de amonio son los derivados de cationes radicales amina , [•NR 3 ] + , como el hexacloroantimoniato de tris(4-bromofenil)amonioilo .
Los iones de amonio son un producto de desecho del metabolismo de los animales . En peces e invertebrados acuáticos se excreta directamente al agua. En mamíferos , tiburones y anfibios , se convierte en urea en el ciclo de la urea , porque la urea es menos tóxica y puede almacenarse de manera más eficiente. En aves , reptiles y caracoles terrestres, el amonio metabólico se convierte en ácido úrico , que es sólido y, por tanto, puede excretarse con una mínima pérdida de agua. [4]
El amonio es una fuente importante de nitrógeno para muchas especies de plantas, especialmente aquellas que crecen en suelos hipóxicos. Sin embargo, también es tóxico para la mayoría de las especies de cultivos y rara vez se aplica como única fuente de nitrógeno. [5]
El catión amonio tiene propiedades muy similares a los cationes de metales alcalinos más pesados y a menudo se considera un equivalente cercano. [6] [7] [8] Se espera que el amonio se comporte como un metal ( [NH 4 ] + iones en un mar de electrones ) a presiones muy altas, como en el interior de planetas gaseosos gigantes como Urano y Neptuno . [7] [8]
En condiciones normales, el amonio no existe como metal puro sino como amalgama ( aleación con mercurio ). [9]