Нитраты

У этого термина существуют и другие значения, см. Нитраты (значения).

Нитра́ты (от лат. nitras; устар. «селитры») — соли азотной кислоты, содержащие однозарядный анион NO₃⁻.

Объёмная модель иона NO₃⁻

Устаревшее название — «селитры» — в настоящее время используется преимущественно в минералогии, как название для минералов, а также для удобрений в сельском хозяйстве.

Общие химические свойства

Нитраты получают действием азотной кислоты HNO₃ на металлы, оксиды, гидроксиды, соли. Нитраты почти всех металлов растворимы в воде. Исключения составляют, среди прочих, гидролизованные нитраты, например, основной нитрат висмута — Bi(OH)2(NO3). Также, почти все нитраты комплексных соединений растворимы в воде, за редкими исключениями, например - нитрат тригидразинникеля(II) нерастворим в воде, как и некоторые другие комплексные соединения, где гидразин выступает в качестве лиганда.

Нитраты являются достаточно сильными окислителями в твёрдом состоянии (обычно в виде расплава), но практически не обладают окислительными свойствами в растворе, в отличие от азотной кислоты. Например, расплавы нитратов щелочных металлов крайне активно реагируют с углём и серой. На этом свойстве основан принцип работы чёрного пороха. Также, нитраты в щелочной среде восстанавливаются активным металлами до аммиака (чаще всего, для этой цели используют алюминий, реже - цинк):

${\displaystyle {\ce {8Al + 3NO3^- + 5 OH^- + 18H2O -> 8[Al(OH)4]^- + 3NH3}}}$

Нитраты устойчивы при обычной температуре. Они обычно плавятся при относительно низких температурах (200—600 °C), зачастую с разложением.

Окисляют концентрированные HI, HBr и HCl до свободных галогенов:

${\displaystyle {\ce {2NaNO3 + 8HI -> 2NaI + 3I2 v + 2NO ^ + 4H2O}}}$

${\displaystyle {\ce {2NaNO3 + 8HBr -> 2 NaBr + 3Br2 + 2NO ^ + 4H2O}}}$

${\displaystyle {\ce {2NaNO3 + 8HCl <=> 2NaCl + 3Cl2 ^ + 2NO ^ + 4H2O}}}$

Разложение нитратов

При нагревании твёрдых нитратов все они разлагаются с выделением кислорода.

Соли азотной кислоты при нагревании разлагаются, причём продукты разложения зависят от положения солеобразующего металла в ряду стандартных электродных потенциалов:

Li→Rb→K→Ba→Sr→Ca→Na→Mg→Al→Mn→Zn→Cr→Fe→Cd→Co→Ni→Sn→Pb→(H)→Sb→Bi→Cu→Hg→Ag→Pd→Pt→Au

Нитраты металлов, расположенных левее магния Mg, (за исключением лития) при разложении образуют нитриты и кислород, например, нитрат натрия разлагается при температуре 300 °С:

${\displaystyle {\ce {2 NaNO3 -> 2 NaNO2 + O2 ^}}}$

Нитраты металлов, расположенные в ряду стандартных электродных потенциалов от Mg до Cu, а также Li дают при разложении оксид металла, NO₂ и кислород. Например, нитрат меди(II) при нагревании разлагается с образованием оксида меди(II), диоксида азота и кислорода:

${\displaystyle {\ce {2Cu(NO3)2->[>170~\mathrm {^{\circ }C} ]2CuO{}+4NO2{}+O2}}}$

Нитраты металлов, расположенных в данном ряду после Cu образуют свободный металл, NO₂ и кислород. Например, нитрат серебра разлагается при температуре 170 °С, образуя свободный металл, диоксид азота и кислород.

${\displaystyle {\ce {2AgNO3->[>170~\mathrm {^{\circ }C} ]2Ag{}+2NO2{}+O2}}}$

Термическое разложение нитрата аммония может происходить по-разному, в зависимости от температуры:

• Температура ниже 270 °C:

  ${\displaystyle {\ce {NH4NO3 -> N2O ^ + 2 H2O}}}$

• Температура выше 270 °C или детонация:

  ${\displaystyle {\ce {2 NH4NO3 -> 2 N2 + O2 + 4 H2O}}}$

Применение

Основное применение нитратов — удобрения (селитры), взрывчатые вещества (аммониты), получение стекла, производство лекарств, пищевые добавки при производстве колбас^[1], в пиротехнике, компоненты ракетного топлива.

Нитраты (нитрат натрия — E251, нитрат калия — E252) разрешены в качестве пищевых добавок в Европейском Союзе в соответствии с Регламентом Комиссии (ЕС) № 1129/2011. Они используются в пищевых продуктах для стабилизации переработанного мяса и сыра. Количество нитрата, разрешенное для использования в переработанном мясе составляет 150 мг/кг, за исключением стерилизованных мясных продуктов, для которых предел составляет 100 мг/ кг. Добавление нитрата натрия разрешено только в сырое мясо, но не более 150 мг/кг. Средний уровень остаточных нитратов в мясных продуктах составляет: во Франции (50 мг/кг)^[2]; США (4,7 мг/кг)^[3]; Дания (6 мг/кг); Бельгия (4мг/кг)^[4] и Иран (13,9 мг/кг)^[5][6].

Имеется целый ряд препаратов, относящихся к классу нитратов. Широкое применение нашли нитроглицерин, изосорбида динитрат и его основной действующий метаболит – изосорбида 5-мононитрат. Нитраты применяются при различных формах ишемической болезни сердца: стабильной стенокардии, остром коронарном синдроме.^[7]

Биологическая роль

Соли азотной кислоты являются компонентами минеральных удобрений. Растения используют азот из соли для построения клеток организма, создания хлорофилла. В организме людей нитраты превращаются в нитриты и нитрозамины. Поэтому «безнитратных» продуктов в природе не бывает.

В организме человека в сутки образуется и используется в обменных процессах более 100 мг нитратов. Из нитратов, ежедневно попадающих в организм взрослого человека, 70% поступает с овощами, 20% — с водой и 6% — с мясом и консервированными продуктами^[8]. При употреблении этих соединений около 60–70% легко всасываются и быстро выводятся с мочой. У человека около 3% нитратов выводится с мочой в виде мочевины и аммиака^[6].

По нормам ВОЗ, допустимой суточной дозой нитратов для человека считается 5 мг на каждый килограмм его веса. При среднем весе 70 кг это соответствует 350 мг нитратов в сутки^[8].

Распространение

Ионы нитратов и нитритов широко распространены в окружающей среде и встречаются в природе в растительных продуктах (овощах) и воде. Вклад питьевой воды в потребление нитратов обычно невелик (менее 14%). Считается, что некоторые овощи, такие как сырой шпинат, свекла, рукола, сельдерей и салат, содержат высокие концентрации нитратов. Кроме того, эти соединения используются в качестве добавок для улучшения качества пищевых продуктов и защиты от микробного загрязнения и химических изменений. Мясная промышленность использует нитраты и нитриты в качестве добавок в процессе консервирования мяса^[6]. Нитраты содержатся в терапевтических средствах для лечения стенокардии и ишемии пальцев^[3].

Содержание нитратов в овощах ^[3][6][9][9]

Овощ	Общее содержание нитратов (мг/кг )
Шпинат	от 1066 до 2333
Руккола	4677
Редька	1297
Сельдерей	от 1103 до 1544
Ревень	2943
Салат латук	от 786 до 1324
Мангольд	от 1690 до 1728
Свекла	от 1446 до 2756
Морковь	от 238 до 296
Картошка	168

Содержание нитратов в маринованных продуктах (в том числе в маринованной свекле, цветной капусте, моркови, брюссельской капусте) в целом ниже по сравнению со свежими фруктами и овощами^[10]. При варке, бланшировании, консервировании, солении, квашении и очистке уровень нитратов уменьшается.^[11]

Влияние на организм

Нитриты и нитраты коррелируют с развитием следующих заболеваний:

• рак желудка ^{[12][13][14][15]}
• колоректальный рак ^[15][16]
• рак пищевода^[14][15]
• рак щитовидной железы^[13][15]
• карцинома почек^[15][17]
• метгемоглобинемия^[18]
• гипотиреоз^[13][15]
• рак молочной железы^[15]
• нитрозативный стресс^[19]

Полезные свойства нитритов и нитратов: снижение артериального давления^[20][21], профилактика атеросклероза^[22][23], защита от ишемии-реперфузии^[18], улучшает способность к физической нагрузке, профилактика инсульта^[22], инсулинорезистентность и толерантность к глюкозе^[24][25][26], снижение триглицеридов^[27].