Нитраты

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, руккола, 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 ^[6]^[9]^[3]^[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 ^{[16] [15]}
• рак пищевода^[14][15]
• рак щитовидной железы^[13][15]
• карцинома почек^{[17] [15]}
• 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].

Примечания

1. Opinions of the Scientific Committee for Food on: Nitrates and Nitrite Архивная копия от 6 марта 2015 на Wayback Machine / Reports of the Scientific Committee for Food; European Commission, 1997
2. C. Menard, F. Heraud, J.-L. Volatier, J.-C. Leblanc. Assessment of dietary exposure of nitrate and nitrite in France // Food Additives & Contaminants: Part A. — 2008-08-01. — Т. 25, вып. 8. — С. 971–988. — ISSN 1944-0049. — doi:10.1080/02652030801946561.
3. Maryuri T. Nuñez de González, Wesley N. Osburn, Margaret D. Hardin, Michael Longnecker, Harsha K. Garg. A Survey of Nitrate and Nitrite Concentrations in Conventional and Organic-Labeled Raw Vegetables at Retail: Survey of nitrite/nitrate in vegetables… (англ.) // Journal of Food Science. — 2015-05. — Vol. 80, iss. 5. — P. C942–C949. — doi:10.1111/1750-3841.12858.
4. S. S. Herrmann, L. Duedahl-Olesen, K. Granby. Occurrence of volatile and non-volatile N-nitrosamines in processed meat products and the role of heat treatment (англ.) // Food Control. — 2015-02-01. — Vol. 48. — P. 163–169. — ISSN 0956-7135. — doi:10.1016/j.foodcont.2014.05.030. Архивировано 15 июня 2022 года.
5. Wendy Bedale, Jeffrey J. Sindelar, Andrew L. Milkowski. Dietary nitrate and nitrite: Benefits, risks, and evolving perceptions (англ.) // Meat Science. — 2016-10-01. — Vol. 120. — P. 85–92. — ISSN 0309-1740. — doi:10.1016/j.meatsci.2016.03.009.
6. Małgorzata Karwowska, Anna Kononiuk. Nitrates/Nitrites in Food—Risk for Nitrosative Stress and Benefits (англ.) // Antioxidants. — 2020-03-16. — Vol. 9, iss. 3. — P. 241. — ISSN 2076-3921. — doi:10.3390/antiox9030241. Архивировано 15 июня 2022 года.
7. Затейщиков Д.А., Данковцева Е.Н. Место нитратов в современной кардиологии // Кардиоваскулярная терапия и профилактика. — 2007. — № 6(2). — С. 80-84. Архивировано 24 ноября 2020 года.
8. Лакиза Н.В., Неудачница Л.К. Анализ пищевых продуктов. — 2015. — С. 126. — ISBN 978-5-7996-1568-0. Архивировано 21 мая 2022 года.
9. Jeffrey J. Sindelar, Andrew L. Milkowski. Human safety controversies surrounding nitrate and nitrite in the diet (англ.) // Nitric Oxide. — 2012-05-15. — Vol. 26, iss. 4. — P. 259–266. — ISSN 1089-8603. — doi:10.1016/j.niox.2012.03.011. Архивировано 31 октября 2012 года.
10. Zhansheng Ding, Suzanne D. Johanningsmeier, Robert Price, Rong Reynolds, Van-Den Truong. Evaluation of nitrate and nitrite contents in pickled fruit and vegetable products (англ.) // Food Control. — 2018-08-01. — Vol. 90. — P. 304–311. — ISSN 0956-7135. — doi:10.1016/j.foodcont.2018.03.005.
11. Покровская С.Ф. Пути снижения содержания нитратов в овощах. — 1988.
12. Hyun Ja Kim, Sang Sun Lee, Bo Youl Choi, Mi Kyung Kim. Nitrate Intake Relative to Antioxidant Vitamin Intake Affects Gastric Cancer Risk: A Case-Control Study in Korea // Nutrition and Cancer. — 2007-11-07. — Т. 59, вып. 2. — С. 185–191. — ISSN 0163-5581. — doi:10.1080/01635580701460554.
13. Mary H. Ward, Ellen F. Heineman, Rodney S. Markin, Dennis D. Weisenburger. Adenocarcinoma of the Stomach and Esophagus and Drinking Water and Dietary Sources of Nitrate and Nitrite // International Journal of Occupational and Environmental Health. — 2008-07-01. — Т. 14, вып. 3. — С. 193–197. — ISSN 1077-3525. — doi:10.1179/oeh.2008.14.3.193.
14. András P Keszei, R Alexandra Goldbohm, Leo J Schouten, Paula Jakszyn, Piet A van den Brandt. Dietary N-nitroso compounds, endogenous nitrosation, and the risk of esophageal and gastric cancer subtypes in the Netherlands Cohort Study (англ.) // The American Journal of Clinical Nutrition. — 2013-01-01. — Vol. 97, iss. 1. — P. 135–146. — ISSN 1938-3207 0002-9165, 1938-3207. — doi:10.3945/ajcn.112.043885. Архивировано 15 июня 2022 года.
15. Li Xie, Miao Mo, Hui-Xun Jia, Fei Liang, Jing Yuan. Association between dietary nitrate and nitrite intake and site-specific cancer risk: evidence from observational studies (англ.) // Oncotarget. — 2016-07-29. — Vol. 7, iss. 35. — P. 56915–56932. — ISSN 1949-2553. — doi:10.18632/oncotarget.10917. Архивировано 26 мая 2022 года.
16. Amanda J. Cross, Leah M. Ferrucci, Adam Risch, Barry I. Graubard, Mary H. Ward. A Large Prospective Study of Meat Consumption and Colorectal Cancer Risk: An Investigation of Potential Mechanisms Underlying this Association // Cancer Research. — 2010-03-14. — Т. 70, вып. 6. — С. 2406–2414. — ISSN 0008-5472. — doi:10.1158/0008-5472.CAN-09-3929.
17. Peter J. Weyer, James R. Cerhan, Burton C. Kross, George R. Hallberg, Jiji Kantamneni. Municipal Drinking Water Nitrate Level and Cancer Risk in Older Women: The Iowa Women’s Health Study (англ.) // Epidemiology. — 2001-05. — Т. 12, вып. 3. — С. 327–338. — ISSN 1044-3983. — doi:10.1097/00001648-200105000-00013. Архивировано 15 июня 2022 года.
18. Thomas Y. K. Chan. Vegetable-borne nitrate and nitrite and the risk of methaemoglobinaemia (англ.) // Toxicology Letters. — 2011-01-15. — Vol. 200, iss. 1. — P. 107–108. — ISSN 0378-4274. — doi:10.1016/j.toxlet.2010.11.002.
19. Marco d’Ischia, Alessandra Napolitano, Paola Manini, Lucia Panzella. Secondary Targets of Nitrite-Derived Reactive Nitrogen Species: Nitrosation/Nitration Pathways, Antioxidant Defense Mechanisms and Toxicological Implications (англ.) // Chemical Research in Toxicology. — 2011-12-19. — Vol. 24, iss. 12. — P. 2071–2092. — ISSN 1520-5010 0893-228X, 1520-5010. — doi:10.1021/tx2003118. Архивировано 15 июня 2022 года.
20. Vikas Kapil, Rayomand S. Khambata, Amy Robertson, Mark J. Caulfield, Amrita Ahluwalia. Dietary Nitrate Provides Sustained Blood Pressure Lowering in Hypertensive Patients // Hypertension. — 2015-02-01. — Т. 65, вып. 2. — С. 320–327. — doi:10.1161/HYPERTENSIONAHA.114.04675. Архивировано 11 апреля 2022 года.
21. Michael J. Berry, Nicholas W. Justus, Jordan I. Hauser, Ashlee H. Case, Christine C. Helms. Dietary nitrate supplementation improves exercise performance and decreases blood pressure in COPD patients (англ.) // Nitric Oxide. — 2015-08-01. — Vol. 48. — P. 22–30. — ISSN 1089-8603. — doi:10.1016/j.niox.2014.10.007. Архивировано 1 июля 2019 года.
22. Catherine P. Bondonno, Lauren C. Blekkenhorst, Richard L. Prince, Kerry L. Ivey, Joshua R. Lewis. Association of Vegetable Nitrate Intake With Carotid Atherosclerosis and Ischemic Cerebrovascular Disease in Older Women // Stroke. — 2017-07-01. — Т. 48, вып. 7. — С. 1724–1729. — doi:10.1161/STROKEAHA.117.016844. Архивировано 15 июня 2022 года.
23. Nicholas Burnley-Hall, Fairoz Abdul, Vitaliy Androshchuk, Keith Morris, Nick Ossei-Gerning. Dietary Nitrate Supplementation Reduces Circulating Platelet-Derived Extracellular Vesicles in Coronary Artery Disease Patients on Clopidogrel Therapy: A Randomised, Double-Blind, Placebo-Controlled Study (англ.) // Thrombosis and Haemostasis. — 2018-01. — Vol. 118, iss. 01. — P. 112–122. — ISSN 2567-689X 0340-6245, 2567-689X. — doi:10.1160/TH17-06-0394. Архивировано 7 июня 2018 года.
24. Saeedeh Khalifi, Ali Rahimipour, Sajad Jeddi, Mahboubeh Ghanbari, Faranak Kazerouni. Dietary nitrate improves glucose tolerance and lipid profile in an animal model of hyperglycemia (англ.) // Nitric Oxide. — 2015-01-30. — Vol. 44. — P. 24–30. — ISSN 1089-8603. — doi:10.1016/j.niox.2014.11.011.
25. Mark Gilchrist, Paul G. Winyard, Jon Fulford, Christine Anning, Angela C. Shore. Dietary nitrate supplementation improves reaction time in type 2 diabetes: Development and application of a novel nitrate-depleted beetroot juice placebo (англ.) // Nitric Oxide. — 2014-08-31. — Vol. 40. — P. 67–74. — ISSN 1089-8603. — doi:10.1016/j.niox.2014.05.003.
26. Naomi M. Cermak, Dominique Hansen, Imre W. K. Kouw, Jan-Willem van Dijk, Jamie R. Blackwell. A single dose of sodium nitrate does not improve oral glucose tolerance in patients with type 2 diabetes mellitus (англ.) // Nutrition Research. — 2015-08-01. — Vol. 35, iss. 8. — P. 674–680. — ISSN 0271-5317. — doi:10.1016/j.nutres.2015.05.017.
27. Janet Zand, Frank Lanza, Harsha K. Garg, Nathan S. Bryan. All-natural nitrite and nitrate containing dietary supplement promotes nitric oxide production and reduces triglycerides in humans (англ.) // Nutrition Research. — 2011-04-01. — Vol. 31, iss. 4. — P. 262–269. — ISSN 0271-5317. — doi:10.1016/j.nutres.2011.03.008. Архивировано 20 февраля 2013 года.