硝酸盐

硝酸衍生物

硝酸盐(Nitrate)是硝酸衍生的化合物的统称,一般为由金属离子(或 铵根 )与硝酸根离子组成的盐类,其中 硝酸根 是由一个中心 氮 组成,周围环绕着三个相同的氧原子,呈三角平面排列,并且硝酸根在化合物中为负一价。 几乎所有的 无机化合物 硝酸盐都溶于水。仅部分硝酸盐不溶于水包括氧化硝酸铋( 次硝酸铋 和硝酸铋酰[xiān])等。 常见的有 硝酸钠 、硝酸钙、 硝酸钾 、 硝酸铵 、 硝酸铅 、 硝酸铈 等。 硝酸盐加热容易分解, 在酸性环境下具有强氧化性。 2017年10月27日, 世界卫生组织 国际癌症研究机构 公布的致癌物清单初步整理参考,在导致内源性亚硝化条件下摄入的硝酸盐或 亚硝酸盐 在2A类致癌物清单中。其主要应用于农业 、食品 、医疗等领域。

来源

硝酸盐在自然界中广泛存在,其来源多种多样,植物和土壤中的固氮微生物可以通过将大气氮转化成植物可以直接利用的 态氮, 而 硝化细菌 则可以直接将土壤中的 氮素转化 为硝态氮, 蔬菜中就含有大量的硝酸盐,其中菠菜、黄瓜、 笋瓜 等蔬菜随着其储藏时间的延长,硝酸盐含量也会升高。 另外硝酸盐可以由空气中的氮氧化物形成,硝酸盐也是 酸雨 的重要组成部分,其落在地上后可以与矿山中的其他元素结合生成各种硝酸盐。

理化性质

物理性质

硝酸盐是一种离子型化合物,一般由硝酸根和其他离子组成,其中硝酸根是由一个中心 氮 组成,周围环绕着三个相同的氧原子,呈三角平面排列,硝酸盐离子为负一价。 硝酸盐几乎全部易溶于水,只有 硝酸脲 微溶于水, 碱性硝酸铋 难溶于水,所以溶液中硝酸根不能被其他绝大多数阳离子沉淀。 常见的硝酸盐有 硝酸钠 、硝酸钙、 硝酸钾 、 硝酸铵 等等。

化学性质

硝酸盐在加热时很容易分解,从而释放出 氧气 ,活泼金属形成的硝酸盐在加热时会生成 亚硝酸盐 ,例如硝酸钠生成 亚硝酸钠 。

对于不活泼金属所形成的硝酸盐来说,其加热时会生成相应金属的 氧化物 以及氧和 二氧化氮 ,例如 硝酸铜 制 铜氧化物 和二氧化氮及氧气。

当硝酸盐存在于碱性或中性环境时不具有氧化性,而在酸性环境中时,因为环境中含有 氢离子 ,所以硝酸盐的硝酸根和氢离子结合显强氧化性。

制备及检测方法

制备方法

硝酸 与金属、金属氧化物或 碳酸根 反应是最简单的制备硝酸盐的方法,例如实验室常用的锌、铜、铁等金属与硝酸溶液反应:

检测方法

在 化学 中有两种测定硝酸盐的方法,即 靛蓝 二 磺酸钠 ( 靛蓝胭脂红 )比色法和 番木鳖碱 比色法。 这两种方法均是在 硫酸 介质中通过比色法进行,其中 蓝二磺酸钠(靛蓝胭脂红)比色法是通过将靛蓝二磺酸钠被硝酸盐氧化成黄色的靛 从而而使蓝色消褪,用 分光光度法 或 目视比色法 测定。马钱子碱比色法则是通过硝酸盐与马钱子碱反应生成黄色化合物,用目视比色法测定。

应用领域

食品领域

母乳是婴幼儿生长发育所需要的唯一食物。 世界卫生组织 (WHO)建议,0~6月龄的婴儿应坚持纯母乳喂养,并以持续母乳并添加适当补充食物的方式喂养到2岁或更长。 研究证明母乳喂养是预防 新生儿坏死性小肠结肠炎 (NEC)最重要的保护策略之一。 通过在 小鼠 NEC模型研究中证明,在 配方奶粉 中添加 硝酸钠 和 亚硝酸盐 可显著降低NEC的严重程度。

医药领域

硝酸盐具有一定的降血压效果, 研究认为 高血压 的产生主要与血管内皮功能丧失有关。 在开始人体可以依靠人体自身的口腔细菌将 硝酸根 转化为亚硝酸根,从而利用 胃酸 将其分解为 一氧化氮 供给人体,但随着 人体器官 的老化,人体自主产生一氧化氮的能力逐渐下降,人体需要通过摄入 外源性 硝酸盐来维持体内一氧化氮含量 稳态 ,从而起到改善血管内皮功能、降低血压的作用。

硝酸盐的降压效果会受到性别、年龄等因素的影响,但通过食用新鲜蔬菜、浓缩 根甜菜 汁等富含硝酸盐的有机蔬菜具有一定的降压作用,通过荟萃分析发现虽然服用降压药后食用富含硝酸盐的蔬菜并没有降压效果,但通过这种膳食疗法可能会对 高血压 患者起到一定降压作用。

农业领域

硝酸盐可以促进植物生长,其可以作为一种优良的 氮肥 使用,其中氮肥分为很多种,包括硝态、铵态、 酰胺 态化肥,而适量施加的化肥对植物具有一定的增产作用。

玉蜀黍属 是一种高需氮植物,硝酸盐可以为其提供其生长所需要的 氮 ,研究发现硝酸盐的浓度可以影响植物的生长状态,如果加大植物根部的局部浓度的话,会导致植物主根生长加快,同时会抑制植物侧根生长,而减低植物根部浓度的话,结果则相反,并且还会影响侧根密度的大小。

制备火药

硝酸盐中的 硝酸钾 是 黑 火药 中的主要成分,其可以通过土法制备硝酸钾。 并且硝酸盐的 水溶液 也可以用来制作 乳化炸药 ,可以通过对硝酸盐的 过饱和 溶液 进行处理,同时结合油蜡以保证其稳定性和爆炸性。

主要危害

健康危害

蔬菜可以通过根部的吸收作用而对土壤中的硝酸盐进行富集,蔬菜中含有一种特殊的 还原酶 ,这种还原酶可以对硝酸盐进行还原作用,从而将蔬菜中所吸收储存的硝酸盐还原为 亚硝酸盐 , 这就使得蔬菜中亚硝酸盐的含量升高,当人体摄入这种蔬菜的同时也会导致人体亚硝酸盐的积累,从而对人体具有危害作用,会引起人体急性中毒,严重的话可以导致癌症的发生。

毒性

硝酸盐中毒是通过硝酸盐的肠肝代谢发生的,亚硝酸盐是一种 中间体 。亚硝酸盐将 血色素 中的铁 原子 从 二价铁 氧化为三价铁,使其无法携带 氧气 。这种情况称为 高铁血红蛋白 血症,可导致组织中缺氧。高铁血红蛋白血症可以用 亚甲蓝 治疗。

水生生物 对硝酸盐的敏感性也不尽相同,其中 节肢动物门 对 硝酸盐的毒性 更加敏感,其急性毒性值约为871.85mg/L,硝酸盐可能是主要影响节肢动物载氧色素中的 血蓝蛋白 ,从而使其失去载氧能力所致,国外 饮用水 标准阈值(以N计)为10mg/L。

世界卫生组织 规定硝酸盐在 食品添加剂 中含量0-3.7mg/kg,

地下水污染

地下水 是一种非常重要的 水资源 ,但随着化肥农药的滥用,地下水中硝酸盐污染也在日益严重。硝酸盐的污染途径有很多种,但其最主要的便是日常的生活污水以及垃圾粪便和工农业所产生的 废水 的污染。 通过对矿区地下水样品硝酸盐检测,发现43%以上样品中硝酸盐浓度超过饮用水国家饮用水标准。 中国和 美国 都将饮用水中的硝酸盐氮(NO₃⁻-N)限量标准定为10mg/L。

水中硝酸盐的治理

随着地下水和其他水域的硝酸盐污染的日益严重,其对 生态环境 的危害也越来越大,而治理水中硝酸盐污染的传统方法低效又耗能,所以需要新的方法治理水中硝酸盐污染,研究表明,使用零价铁可以有效还原水中的硝酸盐,其可以有效 吸附 水中硝酸盐,随后通过 氧化还原反应 将其主要还原为 铵根离子 ,而铵根离子可以在碱性环境中转变为 氨气 ,从而利用 气提法 去除。

储存及保藏

硝酸盐的存放应干燥通风,并且不能和 有机化合物 、 还原剂 存放在一起,切忌与硫、磷、木炭等 易燃物 混放,装货前应将地面打扫,避免有 可燃物 的出现,装卸时应轻拿轻放,破包应立即处理,如有散漏应及时清扫。也可以用水或 砂土 掩盖,但应注意其 水溶液 不能流到存放易燃物品的地方,以免引起火灾。

参考资料

  1. 2023-01-28
  2. 2023-01-28
  3. 2023-01-28
  4. 2023-01-29