硝酸鹽(Nitrate)是硝酸衍生的化合物的統稱,一般為由金屬離子(或銨離子)與硝酸根離子組成的鹽類,其中硝酸根是由一個中心氮組成,周圍環繞著三個相同的氧原子,呈三角平面排列,并且硝酸根在化合物中為負一價。幾乎所有的無機化合物硝酸鹽都溶于水。僅部分硝酸鹽不溶于水包括氧化硝酸鉍(次硝酸鉍和硝酸鉍酰[xiān])等。常見的有硝酸鈉、硝酸鈣、硝酸鉀、硝酸銨、硝酸鉛、硝酸鈰等。硝酸鹽加熱容易分解,在酸性環境下具有強氧化性。2017年10月27日,世界衛生組織國際癌癥研究機構公布的致癌物清單初步整理參考,在導致內源性亞硝化條件下攝入的硝酸鹽或亞硝酸鹽在2A類致癌物清單中。其主要應用于農業、食品、醫療等領域。
來源
硝酸鹽在自然界中廣泛存在,其來源多種多樣,植物和土壤中的固氮微生物可以通過將大氣氮轉化成植物可以直接利用的態氮,而硝化細菌則可以直接將土壤中的氮素轉化為硝態氮,蔬菜中就含有大量的硝酸鹽,其中菠菜、黃瓜、筍瓜等蔬菜隨著其儲藏時間的延長其本身的硝酸鹽含量也會升高。另外硝酸鹽可以由空氣中的氮氧化物形成,硝酸鹽也是酸雨的重要組成部分,其落在地上后可以與礦山中的其他元素結合生成各種硝酸鹽。
理化性質
物理性質
硝酸鹽是一種離子型化合物,一般由硝酸根和其他離子組成,其中硝酸根是由一個中心氮組成,周圍環繞著三個相同的氧原子,呈三角平面排列,硝酸鹽離子為負一價。硝酸鹽幾乎全部易溶于水,只有硝酸脲微溶于水,堿式硝酸鉍難溶于水,所以溶液中硝酸根不能被其他絕大多數陽離子沉淀。常見的硝酸鹽有硝酸鈉、硝酸鈣、硝酸鉀、硝酸銨等等。
化學性質
硝酸鹽在加熱時很容易分解,從而釋放出氧氣,活潑金屬形成的硝酸鹽在加熱時會生成亞硝酸鹽,例如硝酸鈉生成亞硝酸鈉。
對于不活潑金屬所形成的硝酸鹽來說,其加熱時會生成相應金屬的氧化物以及氧和二氧化氮,例如硝酸銅制銅氧化物和二氧化氮及氧氣。
當硝酸鹽存在于堿性或中性環境時不具有氧化性,而在酸性環境中時,因為環境中含有氫離子,所以硝酸鹽的硝酸根和氫離子結合顯強氧化性。
制備及檢測方法
制備方法
硝酸與金屬、金屬氧化物或碳酸鹽反應是最簡單的制備硝酸鹽的方法,例如實驗室常用的鋅、銅、鐵等金屬與硝酸溶液反應:
檢測方法
在化學中有兩種測定硝酸鹽的方法,即靛藍二磺酸鈉(靛藍胭脂紅)比色法和番木鱉堿比色法。這兩種方法均是在硫酸介質中通過比色法進行,其中藍二磺酸鈉(靛藍胭脂紅)比色法是通過將靛藍二磺酸鈉被硝酸鹽氧化成黃色的靛從而而使藍色消褪,用分光光度法或目視比色法測定。馬錢子堿比色法則是通過硝酸鹽與馬錢子堿反應生成黃色化合物,用目視比色法測定。
應用領域
食品領域
母乳是嬰幼兒生長發育所需要的唯一食物。世界衛生組織(WHO)建議,0~6月齡的嬰兒應堅持純母乳喂養,并以持續母乳并添加適當補充食物的方式喂養到2歲或更長。研究證明母乳喂養是預防新生兒壞死性小腸結腸炎(NEC)最重要的保護策略之一。通過在小鼠NEC模型研究中證明,在配方奶粉中添加硝酸鈉和亞硝酸鹽可顯著降低NEC的嚴重程度。
醫藥領域
硝酸鹽具有一定的降血壓效果,研究認為高血壓的產生主要與血管內皮功能喪失有關。在開始人體可以依靠人體自身的口腔細菌將硝酸根轉化為亞硝酸根,從而利用胃酸將其分解為一氧化氮供給人體,但隨著人體器官的老化,人體自主產生一氧化氮的能力逐漸下降,人體需要通過攝入外源性硝酸鹽來維持體內一氧化氮含量穩態,從而起到改善血管內皮功能、降低血壓的作用。
硝酸鹽的降壓效果會受到性別、年齡等因素的影響,但通過食用新鮮蔬菜、濃縮根甜菜汁等富含硝酸鹽的有機蔬菜具有一定的降壓作用,通過薈萃分析發現雖然服用降壓藥后食用富含硝酸鹽的蔬菜并沒有降壓效果,但通過這種膳食療法可能會對高血壓患者起到一定降壓作用。
農業領域
硝酸鹽可以促進植物生長,其可以作為一種優良的氮肥使用,其中氮肥分為很多種,包括硝態、銨態、酰胺態化肥,而適量施加的化肥對植物具有一定的增產作用。
玉蜀黍屬是一種高需氮植物,硝酸鹽可以為其提供其生長所需要的氮,研究發現硝酸鹽的濃度可以影響植物的生長狀態,如果加大植物根部的局部濃度的話,會導致植物主根生長加快,同時會抑制植物側根生長,而減低植物根部濃度的話,結果則相反,并且還會影響側根密度的大小。
制備火藥
硝酸鹽中的硝酸鉀是黑火藥中的主要成分,其可以通過土法制備硝酸鉀。并且硝酸鹽的水溶液也可以用來制作乳化炸藥,可以通過對硝酸鹽的過飽和溶液進行處理,同時結合油蠟以保證其穩定性和爆炸性。
主要危害
健康危害
蔬菜可以通過根部的吸收作用而對土壤中的硝酸鹽進行富集,蔬菜中含有一種特殊的還原酶,這種還原酶可以對硝酸鹽進行還原作用,從而將蔬菜中所吸收儲存的硝酸鹽還原為亞硝酸鹽,這就使得蔬菜中亞硝酸鹽的含量升高,當人體攝入這種蔬菜的同時也會導致人體亞硝酸鹽的積累,從而對人體具有危害作用,會引起人體急性中毒,嚴重的話可以導致癌癥的發生。
毒性
硝酸鹽中毒是通過硝酸鹽的腸肝代謝發生的,亞硝酸鹽是一種中間體。亞硝酸鹽將血色素中的鐵原子從二價鐵氧化為三價鐵,使其無法攜帶氧氣。這種情況稱為高鐵血紅蛋白血癥,可導致組織中缺氧。高鐵血紅蛋白血癥可以用亞甲藍治療。
水生生物對硝酸鹽的敏感性也不盡相同,其中節肢動物門對硝酸鹽的毒性更加敏感,其急性毒性值約為871.85mg/L,硝酸鹽可能是主要影響節肢動物載氧色素中的血藍蛋白,從而使其失去載氧能力所致,國外飲用水標準閾值(以N計)為10mg/L。
世界衛生組織規定硝酸鹽在食品添加劑中含量0-3.7mg/kg,
地下水污染
地下水是一種非常重要的水資源,但隨著化肥農藥的濫用,地下水中硝酸鹽污染也在日益嚴重。硝酸鹽的污染途徑有很多種,但其最主要的便是日常的生活污水以及垃圾糞便和工農業所產生的廢水的污染。通過對礦區地下水樣品硝酸鹽檢測,發現43%以上樣品中硝酸鹽濃度超過飲用水國家飲用水標準。中國和美國都將飲用水中的硝酸鹽氮(NO??-N)限量標準定為10mg/L。
水中硝酸鹽的治理
隨著地下水和其他水域的硝酸鹽污染的日益嚴重,其對生態環境的危害也越來越大,而治理水中硝酸鹽污染的傳統方法低效又耗能,所以需要新的方法治理水中硝酸鹽污染,研究表明,使用零價鐵可以有效還原水中的硝酸鹽,其可以有效吸附水中硝酸鹽,隨后通過氧化還原反應將其主要還原為銨根離子,而銨根離子可以在堿性環境中轉變為氨氣,從而利用氣提法去除。
儲存及保藏
硝酸鹽的存放應干燥通風,并且不能和有機化合物、還原劑存放在一起,切忌與硫、磷、木炭等易燃物混放,裝貨前應將地面打掃,避免有可燃物的出現,裝卸時應輕拿輕放,破包應立即處理,如有散漏應及時清掃。也可以用水或砂土掩蓋,但應注意其水溶液不能流到存放易燃物品的地方,以免引起火災。
參考資料 >