Нитрат натрия: свойства, применение, реакции

Нитрат натрия — это неорганическое соединение, соль натрия азотной кислоты. Она активно применяется в промышленности: необходима в металлургии, для изготовления пиротехники, стекла. Благодаря высокой растворимости и нетоксичности, вещество получило распространение в индустрии продуктов питания как фиксатор окраски, консервирующий агент. Попадая в воду, оно переходит в доступную для растений форму и становится для них удобрением, не ухудшая почвы. Избыточное употребление нитратов вредит здоровью, в то же время данный макроэлемент незаменим для нормального функционирования организма.

Что такое нитрат натрия, формула

Нитрат натрия представляет собой среднюю соль, соединение высокореактивного металла натрия с остатком азотной кислоты. Химическая формула – NaNO3. Его также называют натриевой селитрой, а чтобы не перепутать с калиевой, добавляют, что она – чилийская.

Обширные месторождения находятся в Чили и Перу. Долгое время эти регионы были единственными источниками ценного соединения. Впервые в Европу оно завезено в 1820 году, но не пользовалось спросом, поэтому была утилизирована (сброшена в море), т.к. за большое количество порошка пришлось бы платить таможенную пошлину. Лишь спустя 30 лет европейцы смогли по достоинству оценить завезённый минерал, когда он стал добавляться к пороху, улучшая отдачу кислорода и интенсифицируя процесс окисления.

В природе нитрат натрия встречается в форме калиша – рудной осадочной породы, серовато-розового оттенка, содержащей кальциевый карбонат с гравием, песком и глиной. Среди этого калишного цемента застывают сульфаты, кварциты и бокситы. Селитра образуется внутри из-за оседания солёного тумана, приходящего с моря при жаре и низкой влажности воздуха. Дождь формирует растворы нитрата, размывая его, после чего он перетекает в бассейны, осаждается чистыми линиями, так называемые «вены» в толщине склонов.

В начале 1900-х годов в Германии начались разработки искусственного аналога каличе. Немецким химикам Фрицу Хаберу и Карлу Бошу удалось синтезировать его в лабораторных условиях. Когда началась Первая мировая война, потоково произведённый синтетический нитронатрит практически вытеснил с рынка его природный аналог. Несмотря на это, в Южной Америке содовая нитра до сих пор пользуется популярностью, хоть и уступает по объёму производства. В период масштабных раскопок её называли «белым золотом».

Физические свойства, внешний вид

Нитрат натрия – это порошок низкой плотности, состоящий из длинных кристаллов, не имеющих цвета и запаха, с острым резко солёным с горечью вкусом, иногда беловатые. Проявляет высокую гигроскопичность, теплоёмкость. Раствор нитрата крайне термостабилен (выдерживает нагрев до 600 °С), взрывоопасен. Плавится без разложения, температура плавления составляет 308 °С, закипает при 380 °С сопровождается термораспадом.

Растворимость в воде очень выражена, с повышением температурного режима улучшается, оптимум находится в точке 100 °С. Растворяется в аммиаке, диамине, хуже – в неполярных растворителях: спиртах (этанол, метанол), ароматических гетероциклах (пиридин), бензоле, феноле, толуоле.

Химические свойства, реакции

Реакция натрия азотнокислого непосредственно связаны с его типом: взаимодействует чаще всего с кислотами, простыми веществами, оксидами. Так, вступает в реакцию замещения с купоросным маслом, в результате выделяется гидросульфат и нитрокислотные пары:

NaNO3 + H2SO4 → NaHSO4 + HNO3↑

При создании щелочных условий среды запускается реакция натрия нитрата с едкой щелочью, отдавая электроны, окисляясь. Образуются аммиак и комплексный тетрагидроксоалюминат:

3NaNO3 + 8Al + 5NaOH + 18H2O → 8Na[Al(OH)4] + 3NH3↑

При подогревании до 360 °С идёт реакция натрия нитрокислого со свинцом:

NaNO3 + Pb → NaNO2 + PbO

Реакция разложения на нитрит и молекулярный кислород протекает при температуре, достигающей 500 °С:

2NaNO3 → 2NaNO2 + O2↑

Взаимодействие с цинком и хлороводородом даёт азотистокислый натрий и дихлорид цинка:

NaNO3 + Zn + 2HCl → NaNO2 + ZnCl2 +H2O

Качественная реакция натрия нитрата характеризуется наличием резкого неприятного запаха выделяющегося бурого газа:

NaNO3 + H2SO4 + Cu → Na2SO4 + Cu(NO3)2 + NO2↑ + H2O

При пропускании электрического тока в раствор нитрата наблюдается электролитическая диссоциация на ионы:

NaNO3 → Na+ + NO3–

Способен окисляться в расплаве при нагревании, выделяя хромат, диоксид углерода:

NaNO3 + Cr2O3 +2Na2CO3 → 2Na2CrO4 + 3NaNO2 + 2CO2↑

Взаимодействие с серным ангидридом протекает до трёхокиси серы:

NaNO3 + SO2 → NaNO2 + SO3↑

В условиях вакуума присоединяется натрий, выпадает ортонитрат и газообразный азот:

NaNO3 + Na → N2↑ + 6Na3NO4

Нестабильные ортроазонитраты образуются и в ходе взаимодействия с бинарным натром:

NaNO3 + Na2O → Na3NO4

Производство и получение

В лаборатории получение ведут несколькими путями. Прежде всего, приливанием каустической соды:

NaOH + HNO3 → NaNO3 + H2O

Другой способ – реакция подогретого гидроксида с тетраоксидом диазота при барботировании:

4NaOH + 4NO2 + O2 → 4NaNO3 + H2O

При внесении в двуокись азота металлического натрия улетучивается нитрозил-радикал:

2NO2 + Na → NO↑ + NaNO3

Возможен синтез нитрата натрия из реакции нитрита и перекиси водорода:

NaNO2 + H2O2 → NaNO3 + H2O

В связи со сложной воспроизводимостью, необходимостью закупать дорогостоящие реактивы и тщательно соблюдать молекулярные массы, применение этих методов для промышленного выпуска экономически невыгодно. Исторически первая технология добыча из отложений в пустынях Эль-Ниньо. Однако концентрация соединения там колеблется и не всегда бывает достаточной для получения крупного выхода. Для этого каличе обрабатывают противоточным выщелачиванием, затем выпаривают, отправляют в кристаллизатор, кристаллизуют и перекристаллизуют для усиленного очищения от примесей.

Наиболее распространённая и экономичная методика заключается в нейтрализации карбонатами, которые имеют пористую структуру и абсорбируют окислы. Взаимодействие ступенчато и протекает в две стадии:

Na2CO3 + HNO3 → 2NaNO3 + H2O + CO2↑

NaHCO3 + HNO3 → NaNO3 + H2O + CO2↑

Вливание едкого натра приводит к похожему результату, однако на производстве редко используется из-за большой экзотермичности, сопровождается бурным выделением тепла:

HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O

Процесс выпуска включает несколько этапов

Нитрит-нитратные щелоки перерабатываются, фильтруются на фильтрпрессе. Раствор подают в специализированное устройство – инвертор, который запускает непрерывную инверсию (превращение). Внутрь механизма нагнетается воздух, за счет чего удаляются ненужные примеси. Проводят нейтрализацию жидкости содой. Смесь выпаривается в двухкомпонентной вакуумной установке при 50-60 °С. Суспензия подвергается кристаллизации и охлаждению. В ходе центрифугирования отделяются кристаллы, высушиваемые в сушильном барабане. Польза и вред, ограничения при использовании

Пищевая добавка Е251 содержится в многих товарах, однако в следовых количествах, поэтому не представляет биологической ценности. Концентрация слишком мала, чтобы повлиять на осмотическое давление крови, он быстро выводится с мочой. Основной источник полезного элемента – хлорид натрия, а также консервация. Опасность представляют потребляемые овощи и фрукты, пересыщенные нитратами при нерациональной подкормке растений.

Существуют данные о вреде избыточного приёма нитратов, последствия могут выражаться в нейродегенеративных болезнях, сахарном диабете, злокачественных опухолях (колоректальный рак, онкология желудка). Попадая в организм, они расщепляются до нитрозаминов, которые повреждают нейроны и ДНК клеток. Высокая концентрация нитрата натрия в мясе и последующая его термическая обработка негативно влияет на человека, формируются канцерогенные нитрозосоединения.

Тем не менее, эта группа веществ необходима для метаболизма, передачи сигналов по нервным волокнам, поэтому нельзя полностью исключать их из рациона питания.

Применение

Применение натрия нитрата проникло во многие сферы: это незаменимый компонент стекольной массы, пиротехнических изделий. В пище он закрепляет окрас, не влияя при этом на текстуру и другие свойства, проявляет слабое консервирующее действие. Селитра важна для сельского хозяйства, поскольку обогащает субстрат, улучшает урожайность и продуктивность зелёной растительности.

Применение в пищевой промышленности

Применение натрия нитрата в пищевой промышленности обусловлено его безопасностью и натуральностью. Он не придаёт еде специфического запаха, однако солёность не позволяет вносить его в сладости. Чаще всего Е251 обнаруживают на упаковке таких продуктов:

колбаса; сосиски; мясные деликатесы; овощные и рыбные консервы (шпроты); красная и маринованная рыба (лосось, сельдь); икра; сало; твёрдые, плавленные сыры.

В колбасных изделиях допустимая концентрация пищевой добавки ограничивается 200-250 мг/кг. В сырных продуктах – 50 мг/кг.

Добавка улучшает товарный вид, стабилизирует пигмент, не позволяя ему тускнеть или изменяться со временем. Без неё колбасный отрез менее аппетитный и хуже продаётся. Антимикробное действие обусловлено отрицательным влиянием на клеточные мембраны бактерий и микроскопических грибков. Применение натрия нитрата затормаживает их рост, предотвращая развитие плесени, продлевает срок годности. Чаще всего его комбинируют с другими консервантами (Е252), так эффект усиливается.

Применение в сельском хозяйстве и других областях

Нитрат натрия — это эффективное азотное удобрение, выполняющее две важные функции: пополнение почвы азотом, необходимым растению для роста и развития, и восполнение дефицита натрия, без которого невозможна работ калий-натриевого насоса.

В качестве удобрения применяется техническая марка «СХ». Она обладает комплексом полезных свойств:

Способствует скорому созреванию плодов ягодных культур. Увеличивает содержание в листьях хлорофилла, усиливает фотосинтез, позволяет быстрее набрать растительную массу. Цветение становится длительным и обильным, влияет на количество новых бутонов. Формирует стойкий иммунитет против вредителей и вирусов. Повышает устойчивость к агрессивным факторам внешней среды: холоду, УФ-излучению. Улучшает морозостойкость, ветроустойчивость. Нормализует транспорт углеводов из листовых пластин в плодовую мякоть, за счет чего вкус более интенсивен. Подготавливает почву после осенне-зимнего периода, способствуя быстрому прорастанию семян и развитию черенков.

Важно правильно подобрать сельскохозяйственные культуры, которым подкармливание не повредит. К таким относится:

декоративные цветы: ночные фиалки, тюльпаны, лилии, гортензии, пионы, розы; чеснок; земляника садовая; смородина чёрная, красная; лук репчатый; зелень: шпинат, кинза, укроп, петрушка, салаты; сельдерей; свёкла; морковь; редис; томаты; картофель; болгарский перец; баклажаны.

Подкормка внекорневая либо прикорневая. В первом случае проводят опрыскивание листьев до плодоношения, во втором – проводят полив в вегетационный период. Садоводы практикуют предпосевную обработку, когда сухой нитронатрит закапывают в землю до высева, например, осенью. Весной это можно делать, если затем высажены паслёновые. Другой способ – длительный, заключается в регулярном подкармливании в течение вегетации.

Важно соблюдать допустимые дозировки, чтобы избежать гибели урожая и пресыщения его нитратами: не более 40 г/м2. Профессионалы не рекомендуют удобрять в холод: зимой, поздней осенью либо ранней весной, а также опрыскивать молодые ростки.

Нитрат натрия – это компонент стекол, делающий их чистыми, термостабильными, недопускающий образование трещен и мелких пузырей. В пиротехнической отрасли селитра применяется реже, т.к. активно поглощает водяные пары из воздуха, приводя к комкованию пороховой смеси. В осветительных составах она обуславливает желтизну пламени, составной элемент зажигательных смесей.

Производители

Крупная российская компания «УРАЛХИМ», созданная в 2007 году, занимает значительную часть рынка минеральных удобрений. Имеет множество филиалов по России, а также заграницей: в Бразилии, Латвии.

Отечественный «Промышленный холдинг АМК Групп», расположенный в Челябинске, синтезирует нитрит натрия, применение которого распространяется и на продукты, и на промышленность.

Импортное соединение поставляет Китай, фирма «Zouping Changshan Zefeng Fertilizer», занимающаяся поставками многих реактивов и пищевых добавок. Другой, менее массивный производитель – китайский «Qingdao Sonef Chemical Company Limited» занимается в основном синтезом удобрений в содружестве с Шаньдунским сельскохозяйственным университетом.

Где купить и сколько стоит

Селитру продают заводы-производители, оптовая цена колеблется от 50 до 110 руб/кг. Е251 можно приобрести в специальных интернет-магазинах, стоимость 200 грамм составляет 400 рублей.

Перевозка, хранение, класс опасности

Пищевой нитрат натрия упаковывают во влагонепроницаемую упаковку и перевозят в мешках по 25 кг. Дополнительно они защищаются картонными коробками, полиэтиленовыми пакетами, контейнерами.

Вещество относится к 3 классу (умеренно опасные). Вдыхание может вызвать тяжёлые проблемы с лёгкими, раздражение дыхательных путей, ожоги. Хранить следует в плотно закрытой таре, при относительной влажности 60%, ограничивать прямое воздействие солнечных лучей. Срок годности не ограничен.

Заключение

Нитрат натрия – это селитра, применяющаяся для поддержания привлекательности продукции, создания изделий из мяса и рыбы. Обладает солёным вкусом, при потреблении в умеренных дозах не токсично. Большая часть производимого вещества используется для улучшения азотного питания растений. Применение повышает урожайность, ускоряет рост и развитие.

Читайте также:

Дихлорметан: свойства, реакции, применение Алюмосиликаты: свойства, виды, получение, применение Стеарат кальция: свойства и применение Оксид магния: описание, польза и вред, применение, реакции