Nitrat

Nitrat

Substància química	classe estructural d'entitats químiques

L'anió nitrat NO₃^–.

En química inorgànica, un nitrat és un anió derivat per descomposició de l'àcid nítric, format per un àtom de nitrogen i tres d'oxigen (NO₃^–). En química orgànica s'anomenen nitrats als èsters de l'àcid nítric i diversos alcohols. El nitrat és una espècia iònica natural que forma part del cicle del nitrogen de la Terra. Existeixen en l'ambient en formes solubles en aigua, en associació amb altres ions com ara el sodi i el potassi. Les sals es dissocien completament en ambients aquàtics. Generalment, el nitrat és estable en l'ambient; no obstant això, pot ser reduït a nitrit mitjançant processos biològics que involucren plantes, microbis, etc. A la natura, les plantes utilitzen el nitrat com a element nutritiu essencial. En el comerç, la major part del nitrat s'utilitza en adobs inorgànics. Altres usos comercials del nitrat són la preservació d'aliments i la manufactura de municions i explosius.

Estat natural

Cicle del nitrogen.

Els anions nitrat es troben en sòls i aigües com a part del cicle del nitrogen de la Terra. El nitrat es forma de forma natural com a producte final de la descomposició de restes animals i vegetals, fet que converteix aquest procés en la font principal d'anions nitrat en el medi terrestre i en l'aquàtic. El nitrat també pot ser alliberat a l'aire, a l'aigua i al sòl en llocs on es produeixen o s'utilitzen adobs o productes similars. Els residus d'éssers humans i d'animals també són fonts importants d'amoníac NH₃. En ambients aeròbics, els bacteris oxiden ràpidament l'amoníac a nitrit NO₂^– i aquest a nitrat. És un procés de dues etapes que es coneix com a nitrificació.

Les fonts humanes i naturals contribueixen a la presència d'aerosols de nitrat a l'atmosfera. El nitrat s'ha detectat en aigües superficials, aigua potable (fins i tot en pous públics i privats) i en aigües subterrànies. El nitrat constitueix la major part de la quantitat total de nitrogen disponible en les aigües superficials. La contaminació de les aigües és causada per aigües de desguàs agrícoles (per ús d'adobs químics o animals) i descàrregues des de sistemes sèptics i plantes de tractament d'aigües residuals municipals. A la natura, hom pot trobar el nitrat en roques ígnies i volcàniques. El nitrogen es troba en sòls lligat a matèria orgànica i mineral del sòl. Les formes disponibles de nitrogen, inclòs el nitrat, es troben presents en el sòl en concentracions de pocs quilograms per hectàrea. El nitrat forma part normal de la dieta dels éssers humans i es pot trobar en vegetals, fruites, carns curades, peix, productes làctics, cerveses i cereals. El nitrat es converteixen en l'aparell digestiu humà en nitrit, que reacciona amb les amines per a formar nitrosamines carcinogèniques.

Estructura

La geometria de l'anió nitrat és trigonal plana i està centrada en el nitrogen que es troba enllaçat als tres oxígens mitjançant enllaços covalents (un de doble i dos de simples). El nitrogen empra orbitals híbrids sp² per formar enllaços σ amb els oxígens, i l'orbital p que queda no hibridat és perpendicular al pla que conté tots els àtoms i permet formar un enllaç π entre el nitrogen i els oxígens. Aquests enllaços σ es troben formant angles de 120°. Com que s'observa que els tres enllaços són equivalents, Les distàncies d'enllaç són totes de 126 pm, cal visualitzar aquesta estructura mitjançant tres formes ressonants (l'ordre d'enllaç és 1,5):

Reactivitat

L'oxidació del coure amb àcid nítric dona tetraòxid de dinitrogen, dímer del diòxid de nitrogen

L'anió nitrat conté nitrogen en estat d'oxidació +5, la qual cosa fa que sigui un bon agent oxidant. En funció de la seva concentració i de la naturalesa de l'agent reductor, el nitrogen pot reduir-se als estats +4, +3, +2, +1, 0 i –3. Les semireaccions són:

$${\ce {NO3^{-}(aq) +2H+(aq) + e- -> NO2(g) + H2O(l)}}$$