الأمونيوم

الأمونيوم هو شكل مُعدَّل من الأمونيا يحتوي _على ذرة هيدروجين إضافية. وهو أيون جزيئي موجب الشحنة ( كاتيون ) صيغته الكيميائية NH₄⁺ أو [ NH₄ ] ^⁺ . يتكون بإضافة بروتون (نواة هيدروجين) إلى الأمونيا ( NH₃ ). يُستخدم مصطلح الأمونيوم أيضًا كاسم عام للأمينات المُستبدلة موجبة الشحنة (المُبرتنة) _{وكاتيونات} الأمونيوم الرباعية ( [ NR₄ _] ^⁺ )، حيث تُستبدل ذرة هيدروجين واحدة أو أكثر بمجموعات عضوية أو غيرها (يُشار إليها بالحرف R). لا يُعد الأمونيوم مصدرًا للنيتروجين ومستقلبًا رئيسيًا للعديد من الكائنات الحية فحسب، بل هو أيضًا جزء لا يتجزأ من دورة النيتروجين العالمية . [ 2 ^{] ولذلك ،} فإن التأثير البشري في السنوات الأخيرة قد يكون له أثر على المجتمعات البيولوجية التي تعتمد عليه.

يتولد أيون الأمونيوم عندما يتفاعل الأمونيا، وهو قاعدة ضعيفة، مع أحماض برونستد ( مانحات البروتون ):

H⁺ ⁺ NH₃ → [ NH₄ ] ^⁺_​​

أيون الأمونيوم حمضي بشكل طفيف، ويتفاعل مع قواعد برونستد ليعود إلى جزيء الأمونيا غير المشحون:

[ NH4 _] ⁺ + B− ^→ HB + _NH3

وبالتالي، فإن معالجة المحاليل المركزة لأملاح الأمونيوم بقاعدة قوية ينتج عنها الأمونيا. وعند إذابة الأمونيا في الماء، يتحول جزء ضئيل منها إلى أيونات الأمونيوم.

H ₂ O + NH ₃ ⇌ OH ⁻ + [ NH ₄ ] ⁺

تعتمد درجة تكوّن أيون الأمونيوم من الأمونيا على درجة حموضة المحلول. فإذا كانت درجة الحموضة منخفضة، ينزاح التوازن نحو اليمين، حيث تتحول جزيئات الأمونيا إلى أيونات أمونيوم أكثر. أما إذا كانت درجة الحموضة مرتفعة (أي تركيز أيونات الهيدروجين منخفض وتركيز أيونات الهيدروكسيد مرتفع)، ينزاح التوازن نحو اليسار، حيث ينتزع أيون الهيدروكسيد بروتونًا من أيون الأمونيوم، مُنتجًا الأمونيا.

يمكن أن يحدث تكوين مركبات الأمونيوم أيضًا في الطور البخاري ؛ على سبيل المثال، عندما يتلامس بخار الأمونيا مع بخار كلوريد الهيدروجين، تتشكل سحابة بيضاء من كلوريد الأمونيوم، والتي تستقر في النهاية كمادة صلبة في طبقة بيضاء رقيقة على الأسطح.

يوجد كاتيون الأمونيوم في العديد من الأملاح ذات الأهمية التجارية، وأبرزها نترات الأمونيوم وكبريتات الأمونيوم ، وهما من مكونات الأسمدة. ومن مركبات الأمونيوم الأخرى التي تُنتج بكميات كبيرة كلوريد الأمونيوم ، وبيكربونات الأمونيوم ، وكربونات الأمونيوم ، وكربامات الأمونيوم . ^{[ 3 ]}

معظم أملاح الأمونيوم البسيطة قابلة للذوبان بدرجة كبيرة في الماء. ويُستثنى من ذلك سداسي كلورو البلاتينات الأمونيوم ، الذي كان تكوينه يُستخدم سابقًا كاختبار للكشف عن الأمونيوم.

تُعد أملاح الأمونيوم من النترات وخاصة البيركلورات شديدة الانفجار، وفي هذه الحالات يكون الأمونيوم هو العامل المختزل.

إضافة ملغم الصوديوم إلى محلول كلوريد الأمونيوم ينتج ملغم الأمونيوم . ^{[ 4 ]} يتحلل هذا الملغم في النهاية ليطلق الأمونيا والهيدروجين. ^{[ 5 ]}

تتفاعل أملاح الأمونيوم مع هيدروكسيد القلويات مطلقة الأمونيا .

[ NH ₄ ] ⁺ + OH ⁻ → NH ₃ + H ₂ O

ولتأكيد وجود الأمونيا بشكل أكبر، يتم تمريرها عبر قضيب زجاجي مغموس في محلول حمض الهيدروكلوريك ، مما يؤدي إلى ظهور أبخرة بيضاء كثيفة من كلوريد الأمونيوم .

NH₃ + HCl → [ NH₄ _{] Cl}

عند إضافة الأمونيا أو أيون الأمونيوم إلى كاشف نيسلر، ينتج راسب بني اللون يُعرف باسم يوديد قاعدة ميلون في الوسط القاعدي.

أيون الأمونيوم عند إضافته إلى حمض الكلوروبلاتينيك يعطي راسبًا أصفر من سداسي كلوروبلاتينات الأمونيوم (IV) .

H₂ [ PtCl₆ ] + [ _NH₄ ] ^⁺ → [ NH₄ _{] ₂} [ PtCl₆ ] _{( s )} + ^2H⁺

عند إضافة أيون الأمونيوم إلى كوبالتينيتريت الصوديوم، ينتج راسب أصفر من كوبالتينيتريت الأمونيوم.

Na ₃ [ Co(NO ₂ ) ₆ ] + 3 [ NH ₄ ] ⁺ → [ NH ₄ ] ₃ [ Co(NO ₂ ) ₆ ](s) + 3 Na ⁺

يُعطي أيون الأمونيوم راسبًا أبيض من طرطرات الأمونيوم عند إضافته إلى طرطرات البوتاسيوم .

KC₄H₅O₆ ₊ [ _{NH₄ ]} ⁺ ^→ [ NH₄ ] _C₄H₅O₆ ( _s ) _{+ K⁺}​​_​​​​​^​

يشكل زوج الإلكترونات الحر على ذرة النيتروجين (N) في الأمونيا، والمُمثل بخط فوق ذرة النيتروجين، رابطة تناسقية مع بروتون ( H ⁺ ). بعد ذلك، تكون جميع روابط N-H الأربع متكافئة، كونها روابط تساهمية قطبية . يمتلك أيون الأمونيوم بنية رباعية الأوجه ، وهو متساوي الإلكترونات مع الميثان وأنيون البوروهيدريد . من حيث الحجم، يقع كاتيون الأمونيوم ( r _{_i} = 148 pm) في حجم متوسط ​​بين أيوني البوتاسيوم (144 pm) والروبيديوم (152 pm) في بيئة ثمانية الأوجه. ^{[ 6 ]}   

يتكون الطيف الاهتزازي من مجموعتين رئيسيتين من الامتصاصات، ν _N-H و δ _HNH . توجد هذه الحزم بالقرب من 3300 و 1400 ^سم⁻¹ . ^{[ 7 ]}

يمكن استبدال ذرات الهيدروجين في أيون الأمونيوم بمجموعة ألكيل أو أي مجموعة عضوية أخرى لتكوين أيون أمونيوم مُستبدل ( حسب تسمية الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية : أيون الأمونيوم ). وبناءً على عدد المجموعات العضوية، يُصنف كاتيون الأمونيوم إلى أولي ، أو ثانوي ، أو ثالثي ، أو رباعي . باستثناء كاتيونات الأمونيوم الرباعية، تُعد كاتيونات الأمونيوم العضوية أحماضًا ضعيفة.

ومن الأمثلة على التفاعل الذي يؤدي إلى تكوين أيون الأمونيوم هو التفاعل بين ثنائي ميثيل أمين ، (CH3 ₎ 2NH _، وحمض لإنتاج كاتيون ثنائي ميثيل الأمونيوم ، [ ( _CH3 ) _{2NH2 ]} ⁺ :

تحتوي كاتيونات الأمونيوم الرباعية على أربع مجموعات عضوية مرتبطة بذرة النيتروجين، وتفتقر إلى ذرة هيدروجين مرتبطة بها. تُستخدم هذه الكاتيونات، مثل كاتيون رباعي بوتيل الأمونيوم ، أحيانًا لاستبدال أيونات الصوديوم أو البوتاسيوم لزيادة ذوبانية الأنيون المرتبط بها في المذيبات العضوية . تؤدي أملاح الأمونيوم الأولية والثانوية والثالثية الوظيفة نفسها، ولكنها أقل محبة للدهون . كما تُستخدم أيضًا كعوامل محفزة لنقل الطور ومواد فعالة سطحية .

تُعد مشتقات الكاتيونات الجذرية الأمينية ، [ •NR ₃ ] ⁺ مثل ثلاثي (4-بروموفينيل) أمونيوميل هيكساكلورو أنتيمونات ، فئة غير عادية من أملاح الأمونيوم العضوية .

يستخدم الأمونيوم من قبل الكائنات الحية في عمليات التخليق الحيوي وكمانح للإلكترونات. ^{[ 2 ]}

يرتبط جزء من هذا الاهتمام باستخدام الأسمدة، وهناك اهتمام كبير بالأمونيوم في التربة. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

ناقلات الأمونيوم

تنتشر النواقل أو الحاملات على نطاق واسع. ^{[ 17 ]} تشمل بروتينات النقل الشائعة للأمونيوم في الإنسان عائلة Amt/Mep/Rh. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]} يُعد إنزيم غلوتامين سينثيتاز أحد المشاركين. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

تشمل الآليات الأخرى دورة كاهيل ، والغلوتامات ، والغلوتامين لنقل الأمونيوم إلى الميتوكوندريا . ^{[ 23 ]} يتحد هذا الأمونيوم مع البيكربونات لتكوين فوسفات الكاربامويل الذي يدخل بعد ذلك دورة اليوريا ليتم إخراجه على شكل يوريا . ^{[ 21 ]}

ازداد ترسب الأمونيوم من الغلاف الجوي في السنوات الأخيرة نتيجةً لتطايره من مخلفات الماشية وزيادة استخدام الأسمدة. ^{[ 24 ]} ولأن الإنتاج الأولي الصافي غالبًا ما يكون محدودًا بالنيتروجين ، فإن ارتفاع مستويات الأمونيوم قد يؤثر على المجتمعات البيولوجية التي تعتمد عليه. فعلى سبيل المثال، ثبت أن زيادة محتوى النيتروجين تزيد من نمو النبات، ولكنها تزيد من مستويات الفوسفور في التربة، مما قد يؤثر على المجتمعات الميكروبية. ^{[ 25 ]}

يتمتع كاتيون الأمونيوم بخصائص مشابهة جدًا لكاتيونات الفلزات القلوية الأثقل _، وغالبًا ما يُعتبر مكافئًا لها. ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]} من المتوقع أن يتصرف الأمونيوم المتعادل كفلز ( أيونات [ NH4 ] ⁺ في بحر من الإلكترونات ) عند ضغوط عالية جدًا، كما هو الحال داخل كوكبي أورانوس ونبتون العملاقين . ^{[ 27 ] [ 28 ]}

على الرغم من أن الأمونيوم لا يوجد كفلز نقي في الظروف العادية، إلا أنه يشكل ما يوصف بأنه ملغم ((NH ^• ₄ )Hg _n alloy) أو نظير طور زينتل ( (NH + 4 ) Hg ^– _n ) مع الزئبق . ^{[ 29 ] [ 30 ]}

• مركبات الأونيوم
• كاتيون الأمونيوم الرباعي ( [ NR ₄ ] ⁺ ، حيث R هو عضوي)
• رباعي فلورو الأمونيوم ( [ NF ₄ ] ⁺ )
• ناقل الأمونيوم
• نسبة f
• النترتة
• هيدروكسيد الأمونيوم