Nitrate
硝酸盐是一种用于肥料和炸药的多原子离子。
硝酸根是一种多原子离子，化学式为NO3−。含有该离子的盐称为硝酸盐，是肥料和炸药的常见成分。几乎所有无机硝酸盐都溶于水，而碱式硝酸铋则是不溶性无机硝酸盐的一个例子。在自然界中，各种硝化细菌利用氨或尿素作为氮源和自由能来源产生硝酸盐。历史上，当矿物硝酸盐来源匮乏时，火药化合物通过尿液和粪便的发酵过程生产。现代硝酸盐生产主要面向肥料和化学品制造，应用于药物合成、陶瓷和肉类保鲜等领域。全球每年约使用1.95亿公吨合成氮肥，其中硝酸盐占很大比例。由于硝酸盐高度可溶，易被降水从土壤中冲刷；因此，农业过量使用与养分径流、水污染及水生死亡区的形成有关。人类直接接触，尤其是过量摄入腌制肉类中的硝酸盐，与肠道癌症相关。硝酸根离子是硝酸的共轭碱，中心氮原子与三个氧原子以平面三角形排列，带有-1形式电荷。该结构是共振的经典例子。硝酸盐中氮的氧化态为+5，是氮的最高可能氧化态，使其成为强氧化剂，如硝酸铵或黑火药引爆时的爆炸行为所示。在中性或高pH水溶液中，硝酸盐仅是弱氧化剂，除非还原剂产生氢离子，此时其氧化性变强。在缺乏微生物或有机还原剂时，硝酸盐稳定。反硝化细菌在厌氧条件下利用硝酸盐作为强末端电子受体，使其在天然水中不稳定；用于硝酸盐分析的水样必须冷藏并快速分析以防止损失。反硝化第一步将硝酸盐还原为亚硝酸盐，后者是更强的氧化剂。进一步还原产生一氧化氮，这是一种参与血管舒张的信号分子，但也能产生自由基，
Quick Facts
- Chemical formula
- NO3−
- Charge
- −1
- Oxidation state of nitrogen
- +5
- Common uses
- fertilizers
- explosives
- medicine synthesis
- ceramics
- meat preservation
- Natural source
- nitrifying bacteria using ammonia or urea
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背景与渊源
硝酸根是硝酸的共轭碱，中心氮原子与三个氧原子以平面三角形排列。该离子带有-1形式电荷，每个氧原子带-2/3电荷，氮原子带+1电荷。这种排列常被用作共振的例子，类似于等电子的碳酸根离子。在自然界中，硝酸盐由硝化细菌利用氨或尿素作为氮源和自由能产生。历史上，在缺乏矿物来源时，火药用的硝酸盐化合物通过尿液和粪便的发酵过程生产。现代生产侧重于肥料和化学品制造，应用于药物合成、陶瓷和肉类保鲜等领域。硝酸盐是潜在的强氧化剂，如硝酸铵或黑火药引爆时的爆炸行为所示。在中性或高pH水溶液中，它仅是弱氧化剂，除非还原剂产生氢离子。在缺乏微生物或还原剂时，硝酸盐稳定，但在天然水中由于反硝化细菌将其用作末端电子受体而不稳定。
阅读指南
其在农业中的作用与养分径流、水污染和水生死亡区有关，因其可溶性且易被降水冲刷。直接的人类健康后果包括过量摄入腌制肉类中的硝酸盐与肠道癌症的关联。在生物化学中，硝酸盐在厌氧条件下作为反硝化细菌的强末端电子受体，在厌氧呼吸的氧化还原尺度上仅次于氧。这使其成为氮循环中的关键角色，在其中被代谢，在自然界中不会积累到高水平。该离子的氧化特性也使其在炸药和工业应用中重要。硝酸盐的遗产在于其双重角色：既是重要的农业投入品，又是环境和健康问题的来源。其在缺乏微生物时的化学稳定性与在生物系统中的反应性形成对比，突显了现代社会管理其使用的复杂性。