نیترات آرشیو مقالات

نیترات

نیترات یک یون چند اتمی با فرمول مولکولی   NO₃⁻ و جرم مولکولی 62.0049 g/mol است. نیترات­ ها همچنین با گروه عاملی NO₂ در ترکیبات آلی مشخص می­ شوند. استرهای نیترات جزء گروه تخصصی مواد منفجره طبقه­ بندی می­شوند.

ساختار نیترات

این آنیون باز مزدوج اسید نیتریک بوده و متشکل از یک اتم نیتروژن مرکزی است که توسط سه پیوند یکسان با سه اتم اکسیژن احاطه شده و شکل ساختاری مثلث مسطح دارد. یون نیترات دارای یک بار منفی است.

بار خالص یون نیترات یک بار منفی است.

بار این ترکیب مولکولی نشان می ­دهد که هر اتم اکسیژن دارای بار -2/3  و اتم نیتروژن دارای بار +1 است که نتیجه جمع بار اتم ­ها بار یون چند اتمی نیترات (بار -1) را نتیجه می ­دهد. چنین ترکیبی معمولا به عنوان ساختار رزونانس به کار گرفته می­ شود. یون نیترات را همانند یون ایزوالکترونیک کربنات می­توان به وسیله ساختار رزونانس نشان داد.

خصوصیات نیترات

تقریبا تمامی نمک ­های نیترات غیرآلی، در دما و فشار استاندارد در آب محلول هستند. نیترات پتاسیم (شوره) یک مثال رایج از نمک نیترات غیرآلی است. منبع غنی تامین کننده نیترات­ های غیرآلی مورد نیاز بدن انسان، در رژیم­ های غذایی سرشار از غذاهای گیاهی سبز نظیر اسفناج و گیاهان گلدار است.

هم اکنون این حقیقت که نیترات موجود در رژیم غذایی که از منابع غذایی گیاهی تهیه می­ شوند، در بدن به نیتریت تبدیل می­شوند، پذیرفته شده است. اغلب نیتریت هضم شده در رژیم غذایی مردم ایالات متحده آمریکا از تبدیل نیترات در گیاهان بوده نه از مصرف نیتریت موجود در گوشت فراوری شده.

نیتریت در حضور آب به اکسید نیتریک تبدیل می­ شود و قادر به کاهش فشار خون است. رژیم غذایی ضد فشار خون بالا، نظیر رژیم غذایی DASH، سطح اکسید نیتریک را افزایش داده و از طریق یک آزمایش بزاق مشخص شده که قبل از تشکیل اکسید نیتریک ابتدا در بزاق به نیتریت کاهش می ­یابند.    

نمایش یون نیترات با بارهای جزئی منفی.

تشکیل نیترات

نمک ­های نیترات به طور طبیعی بر روی زمین به شکل رسوب وجود دارد، به ویژه نیترات سدیم یک منبع عمده از نیترا ت­ها هستند. نیتریت ­ها توسط یکسری از گونه ­های باکتری­ های شوره­ ساز تولید می­ شوند. ترکیبات نیترات­­­ جهت تولید باروت ساخته شده ­اند و در طول تاریخ در صورت عدم وجود منابع معدنی نیترات، توسط فرایندهای تخمیر مختلف در ادرار و مدفوع تولید می­ شده ­اند.

نیترات­ ها در کودهای شیمیایی تولید شده توسط انسان ها یافت می­ شوند. طی وقوع رعد و برق در اتمسفر غنی از اکسیژن و نیتروژن زمین، هنگامیکه دی اکسید نیتروژن با بخار آب واکنش می­دهد، اسید نیتریک به عنوان یک محصول فرعی تولید می­ شود.      

موارد استفاده نیترات

نیترات ­ها به دلیل انحلال پذیری بالا و قابلیت تجزیه زیستی به طور عمده به عنوان کود در کشاورزی تولید می­ شوند. ترکیبات عمده و اصلی نیترات­ ها، نمک­ های آمونیوم، سدیم، پتاسیم و کلسیم می­ باشد. سالانه چندین میلیون کیلوگرم از این ترکیبات به این منظور تولید می­ شود.

دومین کاربرد اصلی نیترات­ ها استفاده از آنها به عنوان عامل اکسید کننده است، به ویژه در مواد منفجره که اکسیداسیون سریع ترکیبات کربنی حجم بالایی از گازها را آزاد می­سازد (به عنوان مثال در باروت). نیترات سدیم جهت زدودن حباب­های هوا در ذوب شیشه و برخی از سرامیک ­ها به کار گرفته می­ شود. مخلوطی از نمک مذاب جهت سخت­ تر شدن برخی از فلزات استفاده می ­شود. مواد منفجره و حتی توپ تنیس از سلولید ساخته شده­ اند.  

کاربرد جانبی در فرایند پخت گوشت: اگرچه نیترات ­ها ترکیبات نیتروژن ­داری هستند اما در زمینه آشپزی جهت پخت محصولات گوشتی مورد استفاده قرار می­گیرند. استفاده از نیترات­ ها در حفظ مواد غذایی مورد بحث است. در طی فرایند پخت‌، غلظت بالای نیترات ­ها و دمای بالای محیط، شرایط مناسبی را برای تولید نیتروزآمین ها فراهم می­ سازد. این ویژگی در گوشت قرمز یا گوشت فرآوری شده دیده می­ شود و در گوشت سفید یا ماهی مشاهده نمی­ شود.

با استفاده از آنتی اکسیدان ویتامین C و فرم آلفا توکوفرول ویتامین E در طول پخت و فرآوری محصولات گوشتی می­توان به طور موثری از تولید نیتروزآمین سرطان­زا جلوگیری کرد.

تحت شرایط شبیه ­سازی معده، مشخص شده که تایونیتریت­ها (nitrosothiol) نسبت به نیتروسامین ­ها، گونه اصلی از بین گونه­ های نیتروز تشکیل شده در معده هستند. میزان مصرف هر یک از ترکیبات تنظیم شده است، برای مثال: در ایالات متحده، غلظت نیترات­ ها و نیتریت ­ها به طور معمول در حدود 200ppm و یا کمتر محدود شده است. توجه داشته باشید از طریق جلوگیری از جوانه ­زنی اسپور (قارچ) می­توان از مسمویت بوتولینوم ناشی از مصرف سوسیس پیشگیری کرد. 

تشخیص نیترات

روش استاندارد و سنتی تست نیترات، روش کاهش کادمیم است. با وجود اینکه این روش دقیق و قابل اطمینان است اما وابسته به فلز سمی کادمیم بوده و برای همه موارد مناسب نیست.

روش احیاء آنزیمی، نیترات رودکتاز، روشی جایگزین برای تجزیه و تحلیل نیترات و نیتریت است که اخیرا توسط آژانس حفاظت از محیط زیست آمریکا به عنوان روشی جایگزین برای اندازه­ گیری نیترات پیشنهاد شده است. نور سنج منبع باز جهت گسترش و بهبود این روش برای تشخیص صحیح نیترات در آب، خاک، علوفه و غیره به کار گرفته می ­شود. بر طبق اسناد Hackaday این وسیله را می­توان با 65 دلار ساخت و این روشی دقیق برای اندازه ­گیری مقدار نیترات می­ باشد.

یون­ های آزاد نیتریت موجود در محلول را می­توان توسط الکترود انتخابگر یون نیترات شناسایی کرد. چنین الکترودی عملکردی شبیه به الکترود انتخابگر pH دارد. توسط معادله نرنست می­توان آن را توضیح داد.     

سمیت نیترات

ایجاد مسمویت

مسمویت نیترات در طی متابولیسم روده و تبدیل شدن نیترات به نیتریت رخ دهد. نیتریت­ ها اتم­ های آهن موجود در هموگلوبین خون را از آهن فروس (2+) به آهن فریک (3+) اکسید می ­کنند و این اتم­ ها دیگر قادر به حمل اکسیژن نیستند. این فرایند ممکن است منجر به فقدان اکسیژن رسانی به بافت­ ها و اندام­ ها شده و منجر به بروز بیماری خطرناکی به نام متهموگلوبینمی  methemoglobinemia گردد. اگرچه نیتریت به آمونیاک تبدیل می­شود اما در شرایطی که مقدار نیتریت بیشتر از حدی باشد و نتواند به آمونیاک تبدیل شود، حیوان به آرامی از کمبود اکسیژن رنج خواهد برد.    

تاثیر نیترات بر روی سلامتی انسان

افراد بالغ و کودکان در معرض مسمومیت نیترات قرار دارند به خصوص در متهموگلوبینمی ناشی از متابولیسم تری گلیسریدها با غلظت بالا، آسیب پذیر هستند. متهموگلوبینمی methemoglobinemia در کودکان به عنوان سندرک کودکان آبی شناخته شده است. اگرچه نیترات موجود در آب آشامیدنی به عنوان یک عامل موثر تصور می­شده، اما امروزه از لحاظ علمی در مورد این موضوع که آیا رابطه علیتی وجود دارد یا خیر، شک و تردید وجود دارد.

امروزه تصور می ­شود که سندرم کودکان آبی از چندین عوامل مختلف که باعث بروز ناراحتی معده می­ شود، نظیر عفونت اسهالی، عدم پذیرش پروتئین، مسمویت با فلزات سنگین و غیره، که نیترات­ ها نقش جزئی در بروز این ناراحتی­ ها را دارند، ناشی می­شود.

در یک حالت خاص هنگامی که مقدار نیترات ­ها در آب آشامیدنی کودکان بالا باشد به عنوان یک عامل، موثر خواهد بود. با این حال ممکن است از طریق خوردن نظیر مصرف سبزیجات با میزان بالای نیترات در معرض آن قرار گرفت.  کاهو اگر در هنگام رشد تحت شرایطی نظیر کمبود نور خورشید، تغذیه از عناصر غذایی کم مصرف مولیبدن (Mo) و آهن (Fe)  قرار داشته باشد می­تواند حاوی میزان بالایی از نیترات باشد و یا غلظت بالای نیترات در نتیجه کاهش جذب نیترات در گیاه رخ دهد. سطوح بالا از کود نیترات به افزایش سطح نیترات در محصول کمک می­ کند.     

در بین افراد بالغ برخی بیشتر مستعد ابتلا به اثرات نیترات هستند. آنزیم متهموگلوبین ردوکتاز ممکن است در برخی افرادی که دچار جهش ژنی شدند، تولید نشود. چنین افرادی قادر نیستند تا متهموگلوبین را به همان سرعتی که افراد دارای این آنزیم بشکنند و در نتیجه سطح متهموگلوبین این افراد افزایش می­ یابد ( و این بدان معنا است که خون این افراد غنی از اکسیژن نیست). افرادی با نارسایی اسید معده (برخی از گیاه خواران) ممکن است در معرض این خطر باشند.

در این افراد افزایش مصرف گیاهان دارای برگ سبز که به طور معمول در رژیم غذایی آنها وجود دارد، باعث افزایش سطح نیترات مصرفی می­گردد. طیف گسترده ­ای از بیماری ­ها از جمله آلرژی غذایی، آسم، هپاتیت، سنگ صفرا احتمالا با کمبود اسید معده مرتبط هستند از این رو این افراد نسبت به اثرات نیترات بسیار حساس ­تر هستند.

متهموگلوبینمی را می­توان با متیلن بلو که باعث کاهش فریک آهن (+3) در سلول­ های خونی آسیب دیده به فروس آهن (+2) بهبود و درمان کرد.

سمیت دریایی نیترات

در سیستم ­های آب شیرین و دهانه رودخانه ­های نزدیک به سطح زمین نیترات می­توانند در سطح بالایی وجود داشته باشد و باعث مرگ ماهیان شود. در حالیکه سمیت نیترات­ ها از آمونیاک بسیار کمتر است، سطوح بالاتر از 30 ppm نیترات می­تواند منجر به مهار رشد، اختلال در سیستم ایمنی بدن و ایجاد شک در برخی از گونه­ های آبزی گردد. در پروتکل­ های گذشته بررسی و آزمایش میزان سمیت نیترات موضوع اصلی بحث­ های اخیر بوده است.  

سطح نیترات دریاها و اقیانوس ها

در اغلب موارد، علت اصلی غلظت بیش از حد نیترات در سیستم ­های آبی، رواناب سطحی آب از مناطق کشاورزی یا باغ ­هایی که کود نیترات بیش از حد استفاده کرده ­اند، بوده است. این به نام اتروفیکاسیون شناخته می ­شود و می­تواند منجر به تولید خزه و جلبک گردد. و همینطور می­تواند منجر به ایجاد مناطقی با کمبود اکسیژن و مرده گردد.

رشد این جلبک ­ها ممکن است باعث تغییر اکوسیستم­­ شده و رشد برخی از اورگانیسم ­ها نسبت به سایرین افزایش یابد. در نتیجه نیترات­ ها کل ترکیبات جامد حل شده در آب را تشکیل می ­دهند و به عنوان شاخصی برای کیفیت آب استفاده می­ شوند.

از جمله علائم مسمویت نیترات ­ها، افزایش ضربان قلب و تنفس و در موارد پیشرفته تغییر رنگ خون و یا بافت به رنگی آبی یا قهوه ­ای می ­باشد. خوراکی­ ها را از لحاظ میزان نیترات آنها می­توان مورد آزمایش قرار داد و جهت بهبود میتوان منابع را با انواع دارای نیترات پایین ­تر جایگزین کرد. سطح ایمن برای انواع مختلف دام­ ها در جدول زیر ارائه شده است:      

تمامی مقادیر بالا بر اساس خشک بودن (فاقد رطوبت) اندازه ­گیری شده ­اند.

نگاه کلی به نیترات­ها

نیترات ­ها متشکل از عناصر جدول تناوبی هستند.

 *ن