Нитрат натрия: свойства и применение¶
Нитрат натрия (натриевая селитра, азотнокислый натрий, химическая формула NaNO₃) — неорганическое соединение, средняя соль натрия и азотной кислоты. Представляет собой белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, с температурой плавления около 308 °C. Относится к классу нитратов и широко применяется в сельском хозяйстве, промышленности и пищевой отрасли.
¶Физические и химические свойства
Нитрат натрия образует бесцветные прозрачные кристаллы тригональной сингонии. Молярная масса составляет 84,99 г/моль, плотность — около 2,26 г/см³. Вещество гигроскопично, при хранении во влажной среде слёгка слёживается. Растворимость в воде высокая и сильно растёт с температурой: при 20 °C растворяется около 87 г на 100 г воды, при 100 °C — более 180 г.
При нагревании выше температуры плавления нитрат натрия разлагается с выделением кислорода:
2NaNO₃ → 2NaNO₂ + O₂
Эта способность выделять кислород лежит в основе использования вещества как окислителя. В водных растворах соль диссоциирует на ионы Na⁺ и NO₃⁻ и реакции среды практически не меняет. Нитрат натрия вступает в обменные реакции с солями и кислотами, а в присутствии восстановителей проявляет окислительные свойства.
¶История
Природная натриевая селитра издавна добывалась в засушливых районах Чили и Перу, где она образует крупные месторождения в пустыне Атакама. Именно чилийские залежи долгое время были главным мировым источником как самого нитрата натрия, так и связанного азота для производства удобрений и взрывчатых веществ. В конце XIX — начале XX века экспорт «чилийской селитры» играл ключевую роль в экономике региона и стал одним из поводов Тихоокеанской войны.
После разработки в 1910-х годах промышленного синтеза аммиака (процесс Габера — Боша) значение природного сырья снизилось: азотные удобрения и технические нитраты научились получать химическим путём. Сегодня нитрат натрия производят преимущественно синтетически — взаимодействием азотной кислоты с содой или гидроксидом натрия, а также как побочный продукт некоторых производств.
¶Получение
Основные промышленные способы получения:
- нейтрализация азотной кислоты карбонатом натрия (содой): Na₂CO₃ + 2HNO₃ → 2NaNO₃ + H₂O + CO₂;
- реакция азотной кислоты с гидроксидом натрия;
- обменные реакции между нитратами и солями натрия;
- поглощение нитрозных газов растворами соды в производстве азотной кислоты.
Полученный продукт очищают перекристаллизацией и сушат.
¶Применение
¶Сельское хозяйство
Нитрат натрия — физиологически щелочное азотное удобрение. Содержит около 16 % азота в нитратной форме, которая легко усваивается растениями. Применяется на кислых почвах, поскольку не подкисляет их, а напротив, способствует нейтрализации избыточной кислотности. Используется для подкормки корнеплодов, овощных и плодовых культур.
¶Промышленность
Вещество служит окислителем в пиротехнике и производстве дымных порохов, компонентом стекольных шихт и эмалей, применяется в металлургии для обработки поверхностей и в качестве флюса. Используется при производстве красителей и в химическом синтезе как источник нитрат-ионов.
¶Пищевая отрасль
В пищевой промышленности нитрат натрия зарегистрирован как добавка E251. Применяется при посоле мясных изделий — колбас, сосисок, копчёностей — для сохранения розово-красного цвета продукта и подавления роста некоторых микроорганизмов. В процессе созревания часть нитратов переходит в нитриты. Содержание добавки в готовой продукции строго нормируется.
¶Теплоносители и хранение энергии
Смеси нитрата натрия с нитратом калия и нитритом натрия применяются как теплоносители и среды для аккумулирования тепла в солнечной энергетике и на тепловых электростанциях, поскольку обладают высокой теплоёмкостью и работают в широком диапазоне температур.
¶Биологическое действие и безопасность
Нитрат натрия относится к веществам умеренной токсичности. При попадании в организм в больших количествах нитраты могут восстанавливаться до нитритов, которые способны вызывать метгемоглобинемию — нарушение переноса кислорода кровью. Особенно чувствительны к этому дети раннего возраста.
При работе с веществом необходимо соблюдать меры предосторожности: использовать средства индивидуальной защиты, избегать вдыхания пыли и попадания в пищеварительный тракт. Нитрат натрия — сильный окислитель, поэтому его нельзя хранить рядом с горючими материалами и восстановителями: смеси могут воспламеняться. При нагревании с органическими веществами возможны бурные реакции.
В Российской Федерации требования к содержанию нитратов в пищевых продуктах и питьевой воде устанавливаются санитарными нормами и правилами, а обращение удобрений регулируется нормативными актами в области безопасности химической продукции.
¶Экологические аспекты
Избыточное внесение нитратных удобрений ведёт к накоплению нитратов в почве и их вымыванию в грунтовые воды и водоёмы. Это вызывает эвтрофикацию — «цветение» водоёмов, разрастание водорослей и последующее снижение содержания кислорода. В сельском хозяйстве применяются дозы, рассчитанные по потребностям культур, чтобы снизить потери азота в окружающую среду.
¶Источники
- Химическая энциклопедия
- Справочник по неорганической химии
- Технология минеральных удобрений
- Санитарные нормы и правила по нитратам в пищевых продуктах
- Материалы по истории добычи чилийской селитры