NH4+(aq) → NH3(aq) + H+
出典(authority):フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』「2015/09/01 01:11:59」(JST)
アンモニア | |
---|---|
IUPAC名
アザン |
|
別称
窒化水素
|
|
識別情報 | |
CAS登録番号 | 7664-41-7 |
PubChem | 222 |
国連番号 | 無水物:1005 水溶液:2672, 2073, 3318 |
RTECS番号 | BO0875000 |
SMILES
|
|
InChI
|
|
特性 | |
化学式 | NH3 |
モル質量 | 17.0306 g mol-1 |
外観 | 刺激臭のある無色透明の気体 |
密度 | 0.6942[1] |
融点 |
-77.73 ℃ (195.42 K) |
沸点 |
-33.34 ℃ (239.81 K) |
水への溶解度 | 89.9 g/100 cm3 (0 ℃) |
塩基解離定数 pKb | 4.75 (H2Oと反応) |
屈折率 (nD) | εr |
構造 | |
分子の形 | 三角錐形 |
双極子モーメント | 1.42 D |
熱化学 | |
標準生成熱 ΔfH |
-46.11 kJ mol-1 |
標準燃焼熱 ΔcH |
-382.64 kJ mol-1 |
標準モルエントロピー S |
192.45 J mol-1K-1 |
標準定圧モル比熱, Cp |
35.06 J mol-1K-1 |
危険性 | |
NFPA 704 |
1
3
0
|
Rフレーズ | R10, R23, R34, R50 |
Sフレーズ | (S1/2), S16, S36/37/39, S45, S61 |
引火点 | なし[2] |
発火点 | 651 ℃ |
関連する物質 | |
その他の陰イオン | 塩化アンモニウム 炭酸アンモニウム |
関連物質 | ヒドラジン アジ化水素 |
特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。 |
アンモニア (ammonia) は分子式が NH3 で表される無機化合物。常温常圧では無色の気体で、特有の強い刺激臭を持つ。
水に良く溶けるため、水溶液(アンモニア水)として使用されることも多い。化学工業では最も基礎的な窒素源としてきわめて重要。塩基の程度は水酸化ナトリウムより弱い。
窒素原子上の孤立電子対のはたらきにより、金属錯体の配位子となり、その場合はアンミン (ammine) と呼ばれる。
名称の由来は、エジプトのアモン神殿の近くからアンモニウム塩が産出した事による。ラテン語の sol ammoniacum(アモンの塩)を語源とする。アモンの塩が意味する化合物は食塩と尿から合成されていた塩化アンモニウムである。アンモニアを初めて合成したのはジョゼフ・プリーストリー(1774年)である。
共役酸 (NH4+) はアンモニウムイオン (ammonium ion)、共役塩基 (NH2-) はアミドイオン (amide ion) である。
アンモニア分子は窒素を中心とする四面体構造を取っており、各頂点には3つの水素原子と一対の孤立電子対を持つ。常温常圧では無色で刺激臭のある可燃性気体。水に非常によく溶け、水溶液は塩基性を示す。
塩化水素(塩酸)を近づけると塩化アンモニウム (NH4Cl) の白煙を生じる。ネスラー試薬では褐色の沈殿を生じる。
さまざまな酸と反応して対応するアンモニウム塩を作る。また、有機反応において求核剤としてふるまう。例えば、ハロゲン化アルキルと反応してアミンを、カルボン酸ハロゲン化物やカルボン酸無水物と反応してアミドを与える。
アンモニアは液化しやすく、20℃では、0.857 MPa (8.46気圧)で液化する。液体アンモニアの性質は水と似ている。例えば、さまざまな物質を溶解し、アンモニア溶液自体も水溶液と似た性質を示すことが多い。液体アンモニアの蒸発潜熱は1268 J g-1(0℃)であり、この値は水に次いで大きい。
液体アンモニア中では弱い自己解離が存在し、-33℃(沸点)におけるイオン積は以下の通りである[3]。
液体アンモニアは単体アルカリ金属、アルカリ土類金属およびユウロピウムなどを溶解する性質を持つ。アルカリ金属、特にセシウムの溶解度は非常に大きく、これらの金属の希薄溶液は溶媒和電子により青色を呈するが、濃厚溶液は金属光沢ブロンズ様の液体となる。液体アンモニアに溶解した金属ナトリウムは、有機反応に利用される。さらに、金属溶液は高濃度で金属的な伝導挙動を示すことが知られている。
比誘電率は-33℃において22.4と水に比べてはるかに低く、無機塩類の液体アンモニアに対する溶解度は一般的に低いが、アンモニアの配位能力によりヨウ化銀(AgI)などは非常によく溶ける。
粘膜に対する刺激性が強く、濃度 0.1% 以上のガス吸引で危険症状を呈する。悪臭防止法に基づく特定悪臭物質のひとつであり、毒物および劇物取締法においても劇物に指定されている。日本では白色のボンベを用いるように定められている。液体状のものが飛散した場合は非常に危険で、特に目に入った場合には失明に至る可能性が非常に高い[4]。
空気中での引火性は知られていない。発火点は651℃で空気中のアンモニア含有量が16–25%で爆発性ガスができる。液体アンモニアはハロゲン、強酸と接触すると激しく反応して爆発飛散することがある。酸素中では燃焼し窒素酸化物を発生する[5]。
アンモニアの水に対する溶解度は気体としては非常に大きく濃厚水溶液が存在し、また密度は濃度と伴に減少し、市販の濃アンモニア水は25~28%程度のものが多く、26%(d=0.904 g cm-3)のものはモル濃度は13.8 mol dm−3である。 アンモニアは水に対しかなり発熱的(すべての気体の溶解熱は発熱的であるが)に溶解し、また溶解に関するギブス自由エネルギー変化も負の値を取るため[6]、水に非常に溶けやすいことになる。これは極性のアンモニア分子が、より極性の強い水分子と水素結合を形成するためである。
アンモニアの溶解 | -34.13 kJ mol-1 | -10.05 kJ mol-1 | -81.2 J mol-1K-1 | 59 J mol-1K-1 |
---|
またアンモニア水は一部電離し、
の酸塩基平衡反応によってアンモニウムイオン NH4+ と水酸化物イオン OH- が生じ塩基性を示す。かつてアンモニア水の塩基性は水酸化アンモニウム NH4OH が生成しこれが電離すると考えられていたが、水溶液中にはそのような化学種は認められず、また低温ではアンモニア一水和物 NH3·H2O が生成するが、これはアンモニア分子と水分子が水素結合したものであり水酸化アンモニウムの構造ではない[7]。
また、弱塩基のアンモニアを中和した塩であるアンモニウム塩は弱酸性を示すが、これはアンモニウムイオンの酸解離による。塩基の強度は共役酸の酸解離定数で表記する場合が多い。
アンモニアの塩基解離およびアンモニウムイオンの酸解離に対するエンタルピー変化、ギブス自由エネルギー変化、エントロピー変化および定圧モル比熱変化は以下の通りである[6]。アンモニアの塩基解離に関しては電荷の増加による、水和の増加に伴いエントロピーの減少が見られるが、アンモニウムイオンの酸解離に関しては、電荷は変化しないためエントロピー変化は小さい[8]。
アンモニアの塩基解離 | 3.62 kJ mol-1 | 27.08 kJ mol-1 | -78.6 J mol-1K-1 | -210 J mol-1K-1 |
---|---|---|---|---|
アンモニウムイオンの酸解離 | 52.22 kJ mol-1 | 52.81 kJ mol-1 | -2.1 J mol-1K-1 | -14 J mol-1K-1 |
アンモニウムイオン (ammonium) はアンモニアに水素イオンが付加(配位結合)することにより生成し、アンモニア水の電離によっても一部生成する1価の陽イオンであり、オニウムイオンの一種である。正四面体型構造をとる。
アンモニウムイオンを含むイオン結晶をアンモニウム塩(アンモニウムえん、ammonium)と呼び、アンモニアと酸との中和反応によっても生成する。多くのものが水に可溶であるが、過塩素酸塩、ヘキサクロロ白金酸塩などは溶解度が低く、アンモニウム塩の溶解度はアンモニウムイオンとイオン半径の近い、カリウム塩およびルビジウム塩に類似する。加熱により分解し、過塩素酸アンモニウムなどは爆発する。
現在ではアンモニアの工業生産はハーバー・ボッシュ法によるものが一般的である。水素と窒素を鉄触媒存在下 20 MPa、500℃ で反応させると、
の反応によってアンモニアが生成する。
2010年には、レンゲの酵素構造を参考にして、モリブデンを含む触媒により常温常圧でアンモニアを合成する手法が発表された[9]。
アンモニアは硝酸などの基礎化学品、硫安などチッソ肥料の原料となるため、工業的にきわめて重要な物質である。2008年度日本国内生産量は 1,244,083t、消費量は 403,841t である[10]。全世界の年間生産量(2010年)は1.6億tで、そのうち8割が肥料用であると言われている[11]。
実験室レベルでは、アンモニア水を加熱するか、塩化アンモニウムと水酸化カルシウムを混合し熱するなどの方法で発生させることができる。水への溶解度が大きく、空気の平均分子量より小さいため、吸湿して構わないならば上方置換によって集めることができる。
液化したアンモニアはバーチ還元の溶媒として使用される。また、蒸発熱が大きいため (5.581 Kcal/mol)、かつては冷蔵機・冷凍機の冷媒として利用されていたが、フロンなどに替わられた。しかし新しい冷媒に比べオゾン層の破壊係数が少ないことから、最近この用途で見直されつつある[12]。また人工衛星などの宇宙開発用機器の冷却にも多く用いられている。
強烈な刺激臭のため、気絶した人に気付け薬として嗅がせることがある。
また 9.5–10.5% のアンモニア水溶液は日本薬局方一部医薬品(日本薬局方アンモニア水)で虫刺され用の外用薬の成分として用いられることもある。ただし、アンモニア自体はギ酸などには中和が期待されるものの、ヒスタミンなどに対する分解作用は無い。
食品、特に動物性食品のタンパク質やアミノ酸が微生物に分解されるとアンモニアが発生し、一定の量を超えればいわゆる腐敗臭を放つようになる。アンモニアには毒性があるが、微量であれば食物の風味として利用される。くさややホンオフェなど、刺激臭のする発酵食品の臭気の主成分の1つはアンモニアである。またアンモニアは食品添加物として認められ、パンや洋菓子などの生地の膨張剤として使用される。この場合アンモニアは加熱過程で消散し、製品に残留しないことが要求されている。
アンモニアは、また体内でも生成される。食物に含まれる蛋白質や、腸の分泌液に含まれる尿素が腸内細菌によって分解されるとアンモニアが生産され、血液中に放出される。血中アンモニアは肝臓で尿素やグルタミンに変換され、無毒化される。 肝硬変などで肝機能が低下したときには体内にアンモニアが蓄積され、肝性脳症を発症する。
生物は、タンパク質など代謝の結果で不要となった窒素を貯蔵、排泄しなければならない。硬骨魚類や両生類の幼生は主にアンモニアのかたちでそのまま排泄されるが、軟骨魚類、哺乳類や両生類の成体では主に尿素、爬虫類の多くや鳥類では尿酸に変換された上で貯蔵、排泄される。
ウシなどではタンパク質などの過剰摂取により第一胃内および血液中のアンモニア濃度が上昇し、アンモニア中毒となることがある。
室内アンモニア濃度が20ppm以上の状態でラットを長時間飼育すると呼吸器系の炎症を引き起こす。
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テンプレート:Infobox 有機化合物
タウリンはカルボキシル基を持たないので、アミノ酸ではない。また、タンパク質の構成成分になることもない。したがって、ネコにおいてはタウリンは必須アミノ酸ではなく、ビタミンの一種である。しかし、アミノ基を持つ酸であることもあって、古くからアミノ酸として混同されている。合成経路においてはまず、タンパク質の構成成分にもなる含硫アミノ酸であるシステインからシステイン・ジオキゲナーゼによりシステイン酸が合成される。タウリンはシステインスルフィン酸デカルボキシラーゼ(スルフィノアラニン・デカルボキシラーゼ)によりこのシステイン酸から合成される。ヒトはこの合成経路の両酵素をもつため、タンパク質を摂取していれば、タウリンの形での積極的摂取は不要である。胆汁酸と縮合したタウロコール酸はコリル・コエンザイムAとタウリンから合成される。タウリンは尿中に一日約200mgが排泄される。
1) アンモニア + 炭酸 + 2ATP → ADP + Pi + カルバモイルリン酸 5)から ↓ 2) カルバモイルリン酸 + オルニチン → シトルリン + Pi ↓ 3)へ
2)から ↓ 3) シトルリン + アスパラギン酸 + ATP → AMP + ピロリン酸 + アルギニノコハク酸 4) アルギニノコハク酸 → フマル酸 + アルギニン 5) アルギニン + 水 → 尿素 + オルニチン ↓ 2)へ
| ornithine | ----------mitochondria | ornithine | |<-carbamoyl phosphate {ornithine transcarbamoylase} | citrulline | ----------mitochondria | citrulline | |<-aspartate {argininosuccinate synthase} | argininosuccinate | |->fumarate {argininosuccinase} | arginine | |<-H2O | {arginase} |->urea | ornithine |
AST | 逸脱酵素 - 肝細胞の変性・壊死 |
ALT | |
LDH | |
ALP | 胆管系の障害 |
γ-GTP | |
総ビリルビン | ビリルビン負荷増大、ビリルビン抱合障害、胆汁の流出障害 - 黄疸 |
総コレステロール | 肝細胞のタンパク質合成脳障害 - 浮腫、腹水 |
アルブミン | |
コリンエステラーゼ | |
プロトロンビン時間 | 肝細胞のタンパク質合成脳障害 - 出血傾向 |
アンモニア | 解毒能低下 - 肝性脳症 |
ICG試験 | |
γ-グロブリン | 間葉系の反応 - 免疫反応持続、慢性炎症、自己免疫性疾患 |
TTT | |
ZTT | |
IgG | |
IgM | |
IgA | |
IgE | |
ANA | |
AMA | |
ヒアルロン酸 | 間葉系の反応 - 線維化マーカー |
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AFP | 肝細胞の癌化 |
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PIVKA-II |
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