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 amonio no solo es una fuente de nitrógeno y un metabolito clave para muchos organismos vivos, sino que también es una parte integral del ciclo global del nitrógeno . [2] Como tal, el impacto humano de los últimos años podría tener un efecto en las comunidades biológicas que dependen de él.
El ion amonio se genera cuando el amoníaco, una base débil, reacciona con los ácidos de Brønsted ( donadores 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. [3] Esta amalgama eventualmente 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 .
Para confirmar aún más el amoníaco, se pasó a través de una varilla de vidrio sumergida en una solución de HCl ( ácido clorhídrico ), creando vapores 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 solitario 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 , a veces se utilizan 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)amonio .
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, algunos microbios y plantas utilizan el amonio. [5] Por ejemplo, la energía se libera mediante 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 disponible para la nitrificación por parte de los microbios varía según las condiciones ambientales. [7] [8] Por ejemplo, el amonio se deposita como 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 , los cuales son mitigados por factores biológicos. [6]
Por el contrario, el nitrato y el nitrito se pueden reducir a amonio como una forma para que los organismos vivos accedan al nitrógeno para crecer 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 cual 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]
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 aumentar el 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]
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 en el interior 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]