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| 名前 | |||
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| IUPAC名
アンモニウムイオン
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| 体系的なIUPAC名
アザニウム[1] | |||
| 識別子 | |||
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3Dモデル（JSmol）
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| チェビ |
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| ケムスパイダー |
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| メッシュ | D000644 | ||
パブケム CID
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| ユニ |
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CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |||
| [ NH4 ] + | |||
| モル質量 | 18.039 グラムモル−1 | ||
| 酸性度（p Ka） | 9.25 | ||
| 共役塩基 | アンモニア | ||
| 構造 | |||
| 四面体 | |||
| 関連化合物 | |||
その他の陽イオン
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関連化合物
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アンモニウムラジカル •NH4 | ||
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
インフォボックス参照
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アンモニウムは、アンモニアに水素原子が1つ追加されたものです。化学式NHの正電荷（陽イオン）を持つ分子イオンです。 +4または[NH 4 ] +。これは、アンモニア（ NH 3）にプロトン（水素原子核）が加わることで形成されます。アンモニウムは、 1つ以上の水素原子が有機基またはその他の基（Rで示される）に置き換えられた、正に帯電した（プロトン化された）置換アミンおよび四級アンモニウムカチオン（[NR 4 ] + ）の総称でもあります。アンモニウムは窒素源であり、多くの生物にとって重要な代謝物であるだけでなく、地球規模の窒素循環の不可欠な部分でもあります。[2]そのため、近年の人間の影響は、アンモニウムに依存する生物群集に影響を及ぼす可能性があります。
酸塩基特性
アンモニウムイオンは、弱塩基であるアンモニアがブレンステッド酸（プロトン供与体）と反応すると生成されます。
- H + + NH 3 → [NH 4 ] +
アンモニウムイオンは弱酸性で、ブレンステッド塩基と反応して電荷を持たないアンモニア分子に戻ります。
- [NH 4 ] + + B − → HB + NH 3
したがって、アンモニウム塩の濃縮溶液を強塩基で処理すると、アンモニアが生成されます。アンモニアが水に溶解すると、そのごく少量がアンモニウムイオンに変換されます。
- H 2 O + NH 3 ⇌ OH − + [NH 4 ] +
アンモニアがアンモニウムイオンを形成する度合いは、溶液の pHによって異なります。pH が低い場合、平衡は右にシフトし、より多くのアンモニア分子がアンモニウムイオンに変換されます。pH が高い場合 (水素イオンの濃度が低く、水酸化物イオンの濃度が高い場合)、平衡は左にシフトし、水酸化物イオンがアンモニウムイオンからプロトンを抽出して、アンモニアを生成します。
アンモニウム化合物の形成は気相でも起こることがあります。たとえば、アンモニア蒸気が塩化水素蒸気と接触すると、塩化アンモニウムの白い雲が形成され、最終的には表面に薄い白い層として固体として沈殿します。
塩と特徴的な反応
アンモニウム陽イオンは、炭酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウムなど、さまざまな塩に含まれています。ほとんどの単純なアンモニウム塩は水に非常に溶けやすいです。例外はヘキサクロロ白金酸アンモニウムで、その生成はかつてアンモニウムの検査に使用されていました。硝酸塩、特に過塩素酸塩のアンモニウム塩は爆発性が高く、これらの場合、アンモニウムは還元剤です。
珍しいプロセスでは、アンモニウムイオンはアマルガムを形成します。このような種は、塩化アンモニウムの溶液にナトリウムアマルガムを加えることによって生成されます。[3]このアマルガムは最終的に分解してアンモニアと水素を放出します。[4]
塩にアンモニウムイオンが含まれているかどうかを確認するには、まず、塩をアルカリ水酸化物の存在下で加熱し、特徴的な臭いのあるガス（アンモニア）を放出します。
- [NH 4 ] + + OH − NH 3 + H 2 O
アンモニアをさらに確認するには、 HCl溶液 (塩酸)に浸したガラス棒に通して、塩化アンモニウムの白い濃い煙を発生させます。
- NH 3 (g) + HCl(aq) → [NH 4 ]Cl(s)
アンモニアをCuSO 4 (硫酸銅(II) ) 溶液に通すと、色が青から濃い青に変わり、シュバイツァー試薬が形成されます。
- CuSO 4 (水溶液) + 4 NH 3 (水溶液) + 4 H 2 O → [Cu(NH 3 ) 4 (H 2 O) 2 ](OH) 2 (水溶液) + H 2 SO 4 (水溶液)
アンモニアまたはアンモニウムイオンをネスラー試薬に加えると、塩基性媒体中のミリオン塩基のヨウ化物として知られる茶色の沈殿物が生じます。
アンモニウムイオンを塩化白金酸に加えると、ヘキサクロロ白金(IV)酸アンモニウムの黄色い沈殿物が生じます。
- H 2 [PtCl 6 ](水溶液) + [NH 4 ] + (水溶液) → [NH 4 ] 2 [PtCl 6 ](s) + 2 H +
アンモニウムイオンを亜硝酸コバルトナトリウムに加えると、亜硝酸コバルトアンモニウムの黄色の沈殿物が生じます。
- Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ](aq) + 3 [NH 4 ] + (aq) → [NH 4 ] 3 [Co(NO 2 ) 6 ](s) + 3 Na + (aq)
アンモニウムイオンを酒石酸水素カリウムに加えると、酒石酸水素アンモニウムの白い沈殿物が生じます。
- KC 4 H 5 O 6 (水溶液) + [NH 4 ] + (水溶液) → [NH 4 ]C 4 H 5 O 6 (水溶液) + K + (水溶液)
構造と結合
アンモニアの窒素原子 (N)上の孤立電子対は、N の上に線で表され、陽子( H + )と配位結合を形成します。その後、4 つのN−H結合はすべて等価で、極性共有結合です。イオンは四面体構造を持ち、メタンおよび水素化ホウ素アニオンと等電子です。大きさの点では、アンモニウム陽イオン ( r ionic = 175 pm) [引用が必要]はセシウム陽イオン ( r ionic = 183 pm)に似ています 。[引用が必要]
有機イオン
アンモニウムイオンの水素原子は、アルキル基または他の有機基で置換され、置換アンモニウムイオン（IUPAC命名法：アミニウムイオン）を形成できます。有機基の数に応じて、アンモニウムカチオンは、第一級、第二級、第三級、または第四級と呼ばれます。第四級アンモニウムカチオンを除き、有機アンモニウムカチオンは弱酸です。
アンモニウムイオンを形成する反応の一例としては、ジメチルアミン（CH 3）2 NHと酸が反応してジメチルアンモニウムカチオン[(CH 3 ) 2 NH 2 ] + が生成される反応が挙げられる。
第四級アンモニウムカチオンには窒素原子に結合した 4 つの有機基がありますが、窒素原子に結合した水素原子はありません。テトラ-n-ブチルアンモニウムカチオンなどのこれらのカチオンは、有機溶媒中の関連するアニオンの溶解度を高めるために、ナトリウムイオンまたはカリウムイオンの代わりに使用されることがあります。第一級、第二級、および第三級アンモニウム塩は同じ機能を果たしますが、親油性が低くなります。これらは、相間移動触媒や界面活性剤としても使用されます。
有機アンモニウム塩の珍しいクラスとして、アミンラジカルカチオン[•NR 3 ] +の誘導体、例えばトリス(4-ブロモフェニル)アンモニウムヘキサクロロアンチモネートがある。
生物学
窒素は生命に必要な生化学反応を媒介する酵素で利用されるため、純一次生産を制限することが多いため、一部の微生物や植物はアンモニウムを活用します。 [5]たとえば、硝化と呼ばれるプロセスでは、アンモニウムが酸化されてエネルギーが放出され、硝酸塩と亜硝酸塩が生成されます。[6]このプロセスは、ニトロソモナス、ニトロバクター、ニトロソロバス、ニトロソスピラなどに共通する独立栄養の一種です。 [6]
土壌中のアンモニウムのうち微生物による硝化に利用できる量は、環境条件によって異なります。[7] [8]たとえば、アンモニウムは一部の動物では老廃物として堆積しますが、哺乳類、サメ、両生類では尿素に、鳥類、爬虫類、陸生カタツムリでは尿酸に変換されます。 [9]土壌中のアンモニウムの利用可能性は、有機窒素源からより多くのアンモニウムを利用できるようにする鉱化と、アンモニウムを有機窒素源に隔離する固定化によっても影響を受けますが、どちらも生物学的要因によって緩和されます。[6]
逆に、硝酸塩と亜硝酸塩は、同化硝酸塩還元と呼ばれるプロセスで、生物が成長のために窒素にアクセスする方法としてアンモニウムに還元されることがあります。 [10]同化されると、タンパク質やDNAに組み込まれます。[11]
アンモニウムは、硝化が遅い、または阻害されている土壌に蓄積する可能性があり、これは低酸素土壌でよく見られます。 [12]たとえば、アンモニウムの移動は、植物と菌類の共生関係の重要な要因の1つであり、菌根と呼ばれます。[13]しかし、アンモニウムを窒素源として一貫して利用する植物は、他の窒素源と比較して土壌中のアンモニウムの移動性が限られているため、より広範な根系に投資しなければならないことがよくあります。[14] [15]
人間の影響
近年、家畜の排泄物からの揮発と肥料の使用増加により、大気からのアンモニウム沈着量が増加している。[16]純一次生産は窒素によって制限されることが多いため、アンモニウム濃度の上昇は、アンモニウムに依存する生物群集に影響を及ぼす可能性がある。例えば、窒素含有量の増加は植物の成長を促進するが、土壌のリン濃度を悪化させ、微生物群集に影響を及ぼす可能性があることが分かっている。[17]
金属
アンモニウム陽イオンは、より重いアルカリ金属陽イオンと非常によく似た性質を持っており、しばしば同等物とみなされる。[18] [19] [20]アンモニウムは、天王星や海王星のような巨大惑星の内部のような非常に高い圧力下では、金属（電子の海の中の[NH 4 ] +イオン）として振舞うと予想される。[19] [20]
通常の状態では、アンモニウムは純粋な金属として存在せず、アマルガム（水銀との合金）として存在します。[21]
参照
- オニウム化合物
- フルオロニウム、（[H 2 F] +および置換誘導体）
- オキソニウム（[R 3 O] +、ここでRは通常水素または有機基である）
- ヒドロニウム（[H 3 O] +、最も単純なオキソニウムイオン）
- 第四級アンモニウムカチオン（[NR 4 ] +、Rは有機基）
- テトラフルオロアンモニウム( [NF 4 ] + )
- ヒドラジニウム（[H 2 N−NH 3 ] +および置換誘導体）
- ヒドラジンジニウム（[H 3 N−NH 3 ] 2+および置換誘導体）
- イミニウム（[H 2 C=NH 2 ] +および置換誘導体）
- ジアゾニウム（[H−N≡N] +および置換誘導体）
- ジアジニウム（[H−N≡N−H] 2+および置換誘導体）
- アミノジアゾニウム( [H 2 N=N=N] + ⇌ [H 2 N−N≡N] +および置換誘導体)
- ヒドロキシアンモニウム（[HO−NH 3 ] +および置換誘導体）
- アンモニウム輸送体
- f比
- 硝化作用
- 壮大な所有物（アイザック・アシモフの短編小説）
- 水酸化アンモニウム
参考文献
- ^ 国際純正・応用化学連合(2005).無機化学命名法(IUPAC勧告2005). ケンブリッジ (英国): RSC – IUPAC . ISBN 0-85404-438-8 . pp. 71,105,314. 電子版.
- ^ シュレシンジャー、ウィリアム H.; ベルンハルト、エミリー S. (2020-01-01)、シュレシンジャー、ウィリアム H.; ベルンハルト、エミリー S. (編)、「第 12 章 - 窒素、リン、カリウムの地球循環」、生物地球化学 (第 4 版)、アカデミック プレス、pp. 483–508、doi :10.1016/b978-0-12-814608-8.00012-8、ISBN 978-0-12-814608-8、 2024-03-08取得
- ^ 「擬似二元化合物」。2020年7月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年10月12日閲覧。
- ^ 「アンモニウム塩」。VIAS百科事典。
- ^ シュレシンジャー、ウィリアム H.; ベルンハルト、エミリー S. (2020-01-01)、シュレシンジャー、ウィリアム H.; ベルンハルト、エミリー S. (編)、「第 12 章 - 窒素、リン、カリウムの地球循環」、生物地球化学 (第 4 版)、アカデミック プレス、pp. 483–508、doi :10.1016/b978-0-12-814608-8.00012-8、ISBN 978-0-12-814608-8、 2024-03-08取得
- ^ abc ロスウォール、T. (1982)。 「生物地球化学的窒素循環の微生物学的調節 / Regulación microbiana del ciclo bíogeoquímico del nitrogeno」。植物と土壌。67（1/3）：15-34。土井：10.1007/BF02182752。ISSN 0032-079X。JSTOR 42934020。
- ^ Barsdate, Robert J.; Alexander, Vera (1975年1月)。「北極ツンドラの窒素バランス：経路、速度、環境への影響」。環境品質ジャーナル。4 (1): 111–117。Bibcode : 1975JEnvQ ...4..111B。doi : 10.2134 /jeq1975.00472425000400010025x。ISSN 0047-2425 。
- ^ Nadelhoffer, Knute J.; Aber, John D.; Melillo, Jerry M. (1984-10-01). 「9つの温帯林生態系におけるアンモニウムと硝酸塩の吸収の季節パターン」. Plant and Soil . 80 (3): 321–335. Bibcode :1984PlSoi..80..321N. doi :10.1007/BF02140039. ISSN 1573-5036.
- ^ Campbell, Neil A.; Reece, Jane B. (2002). 生物学. インターネットアーカイブ. サンフランシスコ: Benjamin Cummings. ISBN 978-0-8053-6624-2。
- ^ Tiedje, JM; Sørensen, J.; Chang, Y.-YL (1981). 「同化および異化硝酸塩還元：複数の窒素循環プロセスの同時測定の展望と方法論」。Ecological Bulletins ( 33): 331–342。ISSN 0346-6868。JSTOR 45128674 。
- ^ Llácer, José L; Fita, Ignacio; Rubio, Vicente (2008-12-01). 「アルギニンと窒素貯蔵」. Current Opinion in Structural Biology . 触媒と調節 / タンパク質. 18 (6): 673–681. doi :10.1016/j.sbi.2008.11.002. hdl : 10261/111022 . ISSN 0959-440X. PMID 19013524.
- ^ Wang , Lixin; Macko, Stephen A. (2011 年 3 月)。「植物種と環境をまたぐ窒素吸収の制約された好み」。植物、細胞、環境。34 (3): 525–534。doi :10.1111/j.1365-3040.2010.02260.x。ISSN 0140-7791。PMID 21118424 。
- ^ Hodge, Angela; Storer, Kate (2015-01-01). 「アーバスキュラー菌根と窒素：個々の植物から生態系への影響」. Plant and Soil . 386 (1): 1–19. Bibcode :2015PlSoi.386....1H. doi :10.1007/s11104-014-2162-1. ISSN 1573-5036.
- ^ Raven, John A.; Linda, Bernd Wollenweber; Handley, L. (1992年5月). 「地球窒素循環に関連した光合成細菌と環境間のアンモニアとアンモニウムのフラックス」. New Phytologist . 121 (1): 5–18. doi :10.1111/j.1469-8137.1992.tb01087.x. ISSN 0028-646X.
- ^ Bloom, AJ; Jackson , LE; Smart, DR (1993年3月)。「根域におけるアンモニウムと硝酸塩の作用としての根の成長」。植物、細胞、環境。16 (2): 199–206。doi :10.1111/ j.1365-3040.1993.tb00861.x。ISSN 0140-7791 。
- ^アッカーマン、ダニエル; ミレット、ディラン B.; チェン、シン (2019 年 1 月) 。「40 年間にわたる無機窒素沈着量の地球規模推定」。地球規模の生物地球化学サイクル。33 (1): 100–107。Bibcode :2019GBioC..33..100A。doi :10.1029/2018GB005990。ISSN 0886-6236 。
- ^ Dong, Junfu; Cui, Xiaoyong; Niu, Haishan; Zhang, Jing; Zhu, Chuanlu; Li, Linfeng; Pang, Zhe; Wang, Shiping (2022-06-20). 「アルプスのステップにおける高リン添加レベル下での窒素添加による植物特性とマイクロバイオームへの影響」。Frontiers in Plant Science . 13 . doi : 10.3389/fpls.2022.894365 . ISSN 1664-462X. PMC 9251499 . PMID 35795351.
- ^ Holleman, Arnold Frederik; Wiberg, Egon (2001)、Wiberg, Nils (ed.)、Inorganic Chemistry、Eagleson, Mary 訳、Brewer, William、サンディエゴ/ベルリン: Academic Press/De Gruyter、ISBN 0-12-352651-5
- ^ ab Stevenson, DJ (1975年11月20日). 「金属アンモニウムは存在するか?」. Nature . 258 (5532): 222–223. Bibcode :1975Natur.258..222S. doi :10.1038/258222a0. S2CID 4199721.
- ^ ab Bernal, MJM; Massey, HSW (1954年2月3日). 「金属アンモニウム」.王立天文学会月報. 114 (2): 172–179. Bibcode :1954MNRAS.114..172B. doi : 10.1093/mnras/114.2.172 .
- ^ Reedy, JH (1929年10月1日). 「アンモニウムアマルガムの講義デモンストレーション」. Journal of Chemical Education . 6 (10): 1767. Bibcode :1929JChEd...6.1767R. doi :10.1021/ed006p1767.