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硝酸盐

硝酸HNO3与金属反应形成的盐类。由金属离子(铵离子)和硝酸根离子组成。常见的有硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵、硝酸钙、硝酸铅、硝酸铈等。

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。 [1]

硝酸盐是硝酸衍生的化合物的统称,一般为金属离子或铵根离子与硝酸根离子组成的盐类。

硝酸盐是离子化合物,含有硝酸根离子NO3-和对应的正离子,如硝酸铵中的NH4+离子。

常见的硝酸盐有:硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵、硝酸钙、硝酸铅、硝酸铈等。

硝酸盐几乎全部易溶于水,只有硝酸脲微溶于水,碱式硝酸铋难溶于水,所以溶液中硝酸根不能被其他绝大多数阳离子沉淀。

硝酸根离子具有以下共振式:

硝酸根离子,其中氮氧键介于单双键之间。

固体的硝酸盐加热时能分解放出氧,其中最活泼的金属的硝酸盐仅放出一部分氧而变成亚硝酸盐,其余大部分金属的硝酸盐,分解为金属的氧化物、氧和二氧化氮。

硝酸盐在高温或酸性水溶液中是强氧化剂,但在碱性或中性的水溶液几乎没有氧化作用。

硝酸根和金属离子可以按多种方式配位,包括单齿、双齿、叁齿或端梢、桥式等。

硝酸盐大量存在于自然界中,主要来源是固氮菌固氮形成,或在闪电的高温下空气中的氮气与氧气直接化合成氮氧化物,溶于雨水形成硝酸,在与地面的矿物反应生成硝酸盐。

硝酸与金属、金属氧化物或碳酸盐反应是最简单的制备硝酸盐的方法。某些含水的硝酸盐如 Be(NO3)2,Mg(NO3)2和 Cu(NO3)2加热水解,因此得不到相应的无水硝酸盐。无水硝酸盐可通过下列途径制得:

在液态N2O4 中反应:

Ni(CO)4 + N2O4 → Ni(NO3)2 + 2NO + 4CO

在纯 HNO3-N2O5 或液态 N2O5 中反应:

TiCl4 + 4N2O5 → Ti(NO3)4 + 2N2O4 + 2Cl2

与卤素的硝酸盐在低温反应。如硝酸氯 ClNO3

TiCl4 + 4ClNO3 (-80℃)→ Ti(NO3)4 + 2Cl2

某些金属还可形成通式为 MOx(NO3)y 的碱式硝酸盐,如 BiO(NO3)2

大多数硝酸盐为离子型晶体,易溶于水。某些无水盐具有挥发性。

硝酸盐可以发生分解反应,产物可以是:

亚硝酸盐和氧气(碱金属和碱土金属的硝酸盐);

金属氧化物和氮氧化物和氧气(镁和铜之间的硝酸盐);

金属单质和氮氧化物和氧气(铜后金属硝酸盐)。

主要用途是供植物吸收的氮肥,氮元素不仅是氨基酸与蛋白质的主要成分,还可以合成叶绿素,促进光合作用,所以如果植物缺氮就会叶子枯黄。 硝酸钠和硝酸钙是很好的氮肥。硝酸钾是制黑色火药的原料。硝酸铵可作肥料,也可制炸药。 [2]

硝酸根离子可在酸性介质中,通过和铁(II)反应产生棕色环加以定性检出。参见棕色环实验。

总反应为:

3Fe2+ + NO3- + 4H+ → 3Fe3+ + NO + 2H2O

虽然该反应已有很久的历史,但其机理却是不久前经分光光度法及电位滴定法的系统研究后才弄清楚的:[2]

Fe2+ + NO3- + 2H+ → Fe3+ + NO2+ H2O

Fe2+ + NO2 + H+ → Fe3+ + HNO2

Fe2+ + HNO2 + H+ → Fe3+ + NO + H2O

Fe2+ + NO → FeNO2+

2NO2 + H2O → HNO2 + NO3- + H+

2HNO2 → NO + NO2 + H2O

NO + NO3- + H+ → NO2 + HNO2

其中棕色环是由 FeNO2+(第四步)引起的,速控步则是最后一步。

硝酸盐(NO3-)与亚硝酸盐(NO2-)分别是硝酸(HNO3)和亚硝酸(HNO2)的酸根,它们作为环境污染物而广泛地存在于自然界中,尤其是在气态水、地表水和地下水中以及动植物体与食品内。环境中硝酸盐与亚硝酸盐的污染来源很多,如:

1.人工化肥:有硝酸铵、硝酸钙、硝酸钾、硝酸钠和尿素等;2.生活污水、生活垃圾与人畜粪便,据测试1升生活污水在自然降解过程中,可产生110毫克硝酸盐;1公斤垃圾粪便堆肥在自然条件下经淋滤分解后,可产生492毫克硝酸盐;3.食品、燃料、炼油等工厂排出大量的含氨废弃物,经过生物、化学转换后均形成硝酸盐进入环境中;4.汽车、火车、轮船、飞机、锅炉、民用炉等燃烧石油类燃料、煤炭、天然气,可产生大量氮氧化物,平均燃烧1吨煤、1千升油和1万立方米天然气可分别产生二氧化氮气体9、13与63公斤,这些二氧化氮气体经降水淋溶后可形成硝酸盐降落到地面和水体中;5.食品防腐与保鲜:硝酸盐与亚硝酸盐被广泛用在肉品和鱼的防腐和保存上,以使肉制品呈现红色和香味。

含有大量硝酸盐与亚硝酸盐的饮水、蔬菜、粮食、鱼、肉制品、渍酸菜、隔夜炒菜等经人食用后,大量亚硝酸盐可使人直接中毒,而且硝酸盐在人体内也可被还原为亚硝酸盐。亚硝酸盐与人体血液作用,形成高铁血红蛋白,从而使血液失去携氧功能,使人缺氧中毒,轻者头昏、心悸、呕吐、口唇青紫,重者神志不清、抽搐、呼吸急促,抢救不及时可危及生命。不仅如此,亚硝酸盐在人体内外与仲胺类作用形成亚硝胺 [3] 类,它在人体内达到一定剂量时是致癌、致畸、致突变的物质,可严重危害人体健康。为了防止硝酸盐与亚硝酸盐的危害,除了要科学合理地施用化肥、禁止使用污水灌溉、实行污水、垃圾与粪便无害化处理等环保措施以保护地表水与地下水源不遭受硝酸盐和亚硝酸盐污染外,还应尽量少吃腌制、熏制、腊制的鱼、肉类、香肠、腊肉、火腿、罐头食品、渍酸菜、盐腌不久的菜;不买存放过久、隔日或发蔫的蔬菜;当日买的菜当日吃完;不吃隔夜的熟蔬菜;不可将剩饭菜长久存放;不可将工业用亚硝酸盐(如亚硝酸钠)当做食盐误食。


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