Ammonium

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Dieser Artikel behandelt die chemische Verbindung. Zu der ägyptischen Orakelstätte des Ammon siehe Orakel von Siwa.
Bildung eines Ammonium-Ions durch Protonierung von Ammoniak.
Salmiaknebel beim Zusammentreffen von Ammoniak- und Salzsäuredämpfen

Das Ammonium-Ion NH4+ ist ein Kation, das chemisch ähnlich reagiert wie Alkalimetall-Ionen, und Salze entsprechender Formel bildet, beispielsweise Ammonsalpeter (Ammoniumnitrat) NH4NO3 oder den Salmiak (Ammoniumchlorid). Es ist die konjugierte Säure zur Base Ammoniak NH3.

Es ist nicht mit quartären Ammoniumverbindungen zu verwechseln, bei denen Stickstoff ebenfalls vier Bindungspartner hat, diese jedoch alle organische Reste und keine Wasserstoffatome sind.

Eigenschaften

Das Ammonium-Ion ist tetraedisch aufgebaut. Ammonium bildet ein Dissoziationsgleichgewicht mit Ammoniak. Wegen der Beteiligung eines Oxonium-Ions ist dieses Gleichgewicht vom pH-Wert abhängig. Der Anteil des Ammoniaks steigt mit zunehmendem pH-Wert und steigender Temperatur.

$ \mathrm{NH_3 + H_3O^+ \ \rightleftharpoons \ NH_4^+ + H_2O} $

Der pKs-Wert von Ammonium beträgt 9,2. Die Ammoniumsalze starker Säuren reagieren daher in wässriger Lösung leicht sauer[1] (beispielsweise Ammoniumsulfat).

Das Stickstoffatom im Ammonium kann leicht oxidiert werden. Typisches Beispiel dafür ist die thermische Zersetzung von Ammoniumdichromat.[1] Hierbei bildet sich elementarer Stickstoff.

$ \mathrm{NH_4Cr_2O_7 \ \longrightarrow \ N_2 + Cr_2O_3 + 2 \ H_2O} $

In der Literatur werden Ammoniumsalze häufig als Pseudoalkalisalze beschrieben, was aus ihren vergleichbaren Eigenschaften zu den Alkalimetallsalzen resultiert. Diese Analogie ist vor allem durch einen nahezu gleichen Ionenradius und gleiche Ladung zu erklären. Sie ähneln vor allem in ihrer Löslichkeit in Wasser den Alkalisalzen.[2]

Siehe auch: Grimmscher Hydridverschiebungssatz

Ammonium in der Natur

In der Natur entsteht Ammonium in erster Linie beim Abbau von Proteinen. So wird es von Fischen und den meisten anderen Wasserorganismen als Endprodukt, z. B. über die Kiemen, ausgeschieden. Auch bei der bakteriellen Verrottung abgestorbener Biomasse wird es als Endprodukt freigesetzt. Es spielt eine wichtige Rolle im Citratzyklus, bei dem es mit α-Ketoglutarat zur Glutaminsäure reagiert.

Ammonium wird im Boden und in Gewässern unter Sauerstoffverbrauch bakteriell (Nitrosomonas) zuerst zu Nitrit und von einer anderen Bakterienart (Nitrobacter) weiter zu Nitrat oxidiert und damit „entgiftet“. Neben Bakterien spielen auch Archaea bei der Ammoniumoxidation im Boden eine wichtige Rolle.[3] Dieser Vorgang wird Nitrifikation genannt und ist im Boden durchaus erwünscht. Auch in Gewässern ist die Nitrifikation ein wichtiger Teil der Selbstreinigung.

Ammoniak ist für Fische schon in geringen Konzentrationen giftig. Ammoniumgehalte im Wasser von 0,5 bis 1 mg/l werden deshalb, je nach dem pH-Wert des Wassers, als bedenklich für Fische eingestuft. Bei Ammoniumgehalten von über 1 mg/l ist ein Gewässer für Fischereizwecke nicht geeignet.

Physiologische Bedeutung

Das Ammoniumion ähnelt dem Kalium-Ion (K+) sowohl in Größe als auch Ladung und kann daher im Organismus dessen Stelle einnehmen. Da es aber anders reagiert, z. B. von Synapsen, die kaliumgesteuert sind, nicht wieder abgespalten werden kann, blockiert es diese dauerhaft. Es wirkt deshalb in allen Organismen mit kaliumgesteuerten Synapsen als Nervengift.[4]

Ammonium im Urin weist auf Konkremente hin.

Verwendung

Ammoniumsalze sind die wichtigstens Verbindungen der anorganischen chemischen Industrie. Sie werden im Megatonnenmaßstab produziert und vorwiegend als Düngemittel eingesetzt, sowie in geringerem Umfang auch in Trockenbatterien und Farbstoffen.

Nachweis

Zur Prüfung (Vorprobe) einer Substanz auf Ammonium versetzt man sie mit etwas Natronlauge oder Natriumhydroxid. Das dabei freigesetzte Ammoniak ist entweder zu riechen oder man weist es anhand der basischen Verfärbung eines feuchten pH-Teststreifens über dem Reaktionsgemisch (Kreuzprobe) nach.

Ein empfindlicher Nachweis ist die Reaktion mit Nesslers Reagenz, das allerdings auch auf Amine anspricht.[5] Eine empfindliche und selektive quantitative Bestimmung erfolgt nach DIN meist mithilfe der Berthelot-Reaktion unter Bildung eines blauen Indophenols, dessen Konzentration colorimetrisch gemessen werden kann.

Einzelnachweise

  1. 1,0 1,1 M. Binnewies et alii: Allgemeine und Anorganische Chemie. 2. Auflage. Spektrum, 2010, ISBN 3-8274-2533-6. S. 478f
  2. Holleman, Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 101. Auflage. de Gruyter, 1995, ISBN 3-11-012641-9. S.654
  3. Scinexx.deUrbakterien als „Ammonium-Killer“, abgerufen am 31. Januar 2013
  4. R. Guderian (Hrsg): Handbuch der Umweltveränderungen und Ökotoxikologie - Band 1A. Springer. ISBN 978-3540661849
  5. E. Schweda: Jander/Blasius: Anorganische Chemie I - Einführung & Qualitative Analyse. 17. Auflage. Hirzel, 2012, ISBN 978-3-7776-2134-0. S. 294

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