Amonio

El catión amonio es un ion poliatómico cargado positivamente con la fórmula química NH+ 4 o [NH₄] ⁺. Se forma por la protonación del amoníaco (NH₃). El amonio también es un nombre general para las aminas sustituidas con carga positiva o protonadas y los cationes de amonio cuaternario ([NR₄]⁺), donde uno o más átomos de hidrógeno se reemplazan por grupos orgánicos (indicados por R).

Propiedades ácido-base

Fumas de ácido clorhídrico y amoníaco formando una nube blanca de cloruro de amonio

El ion amonio se genera cuando el amoníaco, una base débil, reacciona con los ácidos de Brønsted (donadores de protones):

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El ion de amonio es ligeramente ácido y reacciona con las bases de Brønsted para volver a la molécula de amoníaco sin carga:

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Así, el tratamiento de soluciones concentradas de sales de amonio con base fuerte da amoníaco. Cuando el amoníaco se disuelve en agua, una pequeña cantidad se convierte en iones de amonio:

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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 de hidróxido extrae un protón del ion de 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 asienta como un sólido en una fina capa blanca sobre las superficies.

Sales

Formación del amonio

El catión de 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 se utilizó una vez como prueba de amonio. Las sales amónicas de nitrato y especialmente de 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 mediante la adición de amalgama de sodio a una solución de cloruro de amonio. Esta amalgama eventualmente se descompone para liberar amoníaco e hidrógeno.

Para saber si el ion amonio está presente en la sal, primero se calienta la sal en presencia de hidróxido alcalino que libera un gas con un olor característico que, por supuesto, es amoníaco.

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Para confirmar aún más, el amoníaco pasó a través de una varilla de vidrio sumergida en una solución de HCl (ácido clorhídrico) creando humos blancos y densos de cloruro de amonio.

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El amoníaco cuando se pasa a través de la solución de CuSO₄ (sulfato de cobre (II)) cambia de azul a Reactivo de Schweizer de formación de color azul intenso.

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Cuando se agrega amoníaco o ion amonio al reactivo de Nessler, se obtiene un precipitado de color marrón conocido como base de yoduro de Million en medio básico.

El ion amonio cuando se agrega al ácido cloroplatínico da un precipitado amarillo.

[NH4]2[PtCl6]_{(s)}{}+ 2 H+}}}" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">H2[PtCl6]()aq)+[NH4]()aq)+restablecimiento restablecimiento [NH4]2[PtCl6]()s)+2H+{fnMicrosoft Sans Serif}{}{}+} [NH4]+_{(aq)}- título [NH4]2[PtCl6]_{(s)}{}+ 2 H+}}} [NH4]2[PtCl6]_{(s)}{}+ 2 H+}}}" aria-hidden="true" class="mwe-math-fallback-image-inline" src="https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5a75267fc6072184833d909420ff49c63951deba" style="vertical-align: -1.505ex; width:53.983ex; height:3.843ex;"/>

El ion amonio cuando se agrega al cobaltinitrito de sodio da un precipitado amarillo.

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El ion amonio cuando se agrega al bitartrato de potasio da un precipitado blanco.

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Estructura y unión

El par de electrones solitario en el átomo de nitrógeno (N) en el amoníaco, representado como una línea sobre el N, forma el enlace con un protón (H⁺). A partir de entonces, 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 amonio (r_iónico = 175 pm) se parece al catión cesio (r_iónico = 183 horas).

Iones orgánicos

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 amonio). Dependiendo del número de grupos orgánicos, el catión amonio se denomina primario, secundario, terciario o cuaternario.. Con la excepción de los cationes de amonio cuaternario, los cationes de amonio orgánico son ácidos débiles.

Un ejemplo de una reacción que forma un ion amonio es la que ocurre entre la dimetilamina, (CH₃)₂NH, y un ácido para dar el catión dimetilamonio, [(CH₃)₂NH₂]⁺:

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 de tetra-n-butilamonio, a veces se usan para reemplazar los iones de sodio o potasio para aumentar la solubilidad del anión asociado en solventes orgánicos. Las sales de amonio primarias, secundarias y terciarias cumplen la misma función, pero son menos lipofílicas. También se utilizan como catalizadores de transferencia de fase y tensioactivos.

Una clase inusual de sales orgánicas de amonio son los derivados de cationes radicales de amina, [R₃N•]⁺ tales como tris(4-bromofenil)amonioil hexacloroantimonato.

Biología

Los iones de amonio son un producto de desecho del metabolismo de los animales. En peces e invertebrados acuáticos, se excreta directamente en el agua. En mamíferos, tiburones y anfibios, se convierte en urea en el ciclo de la urea, porque la urea es menos tóxica y se puede almacenar de manera más eficiente. En aves, reptiles y caracoles terrestres, el amonio metabólico se convierte en ácido úrico, que es sólido y, por lo tanto, puede excretarse con una mínima pérdida de agua.

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.

Metal

El ion amonio tiene propiedades muy similares a los cationes de metales alcalinos más pesados y, a menudo, se considera un equivalente cercano. Se espera que el amonio se comporte como un metal ([NH₄] ⁺ iones en un mar de electrones) a presiones muy altas, como en el interior de planetas gigantes gaseosos como Urano y Neptuno.

En condiciones normales, el amonio no existe como metal puro, sino como amalgama (aleación con mercurio).