Nitraat

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
De drie mesomeren van het nitraation

Nitraat is de algemene naam van een anion (NO3) of functionele groep (R-O-NO2) die één stikstofatoom en drie zuurstofatomen bevat. In nitraten heeft stikstof formeel een oxidatietoestand van +5. Chemisch gezien is salpeterzuur (HNO3) de stamverbinding van de nitraatgroep.

Nitraationen vormen met metalen altijd ionogene verbindingen, zeker met (aard-)-alkali-metalen. De verbindingen zilvernitraat en lood(II)nitraat zijn veelgebruikte stoffen in het laboratorium. Met alle metaalionen (en het ammonium-ion) vormt het nitraation opmerkelijk genoeg altijd een in water oplosbaar zout. Salpeterzuur is een krachtige oxidator. Nitraatesters zijn vaak zeer brandbaar en/of explosief.

Nitraten worden in de triviale naamgeving vaak als achtervoegsel salpeter genoemd:

Toepassingen[bewerken]

Gebruik in vuurwerk en explosieven[bewerken]

Er bestaan pyrotechnische knallers die "nitraat" worden genoemd. Dit is echter een incorrecte benaming want deze bevatten altijd een mengsel van kaliumchloraat of kaliumperchloraat, aluminiumpoeder en soms zwavel en salpeter, ook wel kaliumnitraat genoemd.

Nitraatzouten vormen vaak de oxidator en/of het vlamkleurend ingrediënt in pyrotechnische sassen. Het meest gebruikt worden kalium-, barium- en strontiumnitraat. Strontium kleurt rood wanneer een chloordonor in de sas aanwezig is. Hiervoor wordt meestal PVC gebruikt. Barium kleurt helder groen (zie ook vlamkleuring). Ammonium- en natriumnitraat worden zelden gebruikt in sassen omdat ze zeer hygroscopisch zijn.

Ammoniumnitraat en zilvernitraat (NH4NO3) zijn de enige nitraatzouten die zonder enige bewerkingen kunnen worden gebruikt als secundaire explosieven. Ammoniumnitraat is echter zeer stabiel en dus zeer moeilijk te detoneren. Om de stof gevoeliger te maken wordt soms benzine, kerosine of dieselolie met de stof gemengd. Het zo verkregen explosief heet ANFO. Het is een veilig en zeer krachtig explosief. Om die reden heeft het in de mijnbouw dynamiet al bijna verdrongen. Er is echter nog wel een booster nodig om het explosief te detoneren. Hiervoor wordt meestal nog wel dynamiet gebruikt. Zilvernitraat daarentegen is een drukgevoelig explosief en is dus te detoneren met de klap van een hamer. Zilvernitraat wordt in de pyrotechniek niet zoveel gebruikt omdat het heel snel detoneert; het wordt wel gebruikt in zogenoemde knalerwten. Soms worden nitraatzouten gemengd met nitromethaan. Hiervoor wordt meestal ammonium- of kaliumnitraat gebruikt. Het nadeel van deze explosieven is dat ze veel minder stabiel zijn dan ANFO. De verkregen explosieven heten respectievelijk ANNM (bij ammoniumnitraat) en PNNM (bij kaliumnitraat).

Gebruik als kunstmest[bewerken]

Nitraatzouten worden ook gebruikt als kunstmest, omdat het anion stikstof bevat. Meestal gaat het hier om ammonium- en natriumnitraat. KAS (kalkammonsalpeter) bestaat uit zo'n 70% ammoniumnitraat (NH4NO3), 25% calciumcarbonaat (CaCO3) en de rest uit magnesiumoxide (MgO). Ook chilisalpeter (voor circa 95% NaNO3) wordt gebruikt. De naam verwijst naar de vroegere vindplaats. Het werd alleen maar in de Chileense woestijn gevonden, omdat er daar zo goed als geen neerslag valt en de lucht zeer droog is. Chilisalpeter is namelijk zeer hygroscopisch en wordt daarom in andere klimaten niet in de natuur gevonden.

Gebruik in het laboratorium[bewerken]

Nitraten worden in het laboratorium veel gebruikt omdat er geen onoplosbare verbindingen gevormd worden met metaalionen. Kaliumnitraat wordt toegepast in zoutbruggen, lood(II)nitraat is het loodzout en zilvernitraat speelt een belangrijke rol in de bepaling van halogeniden, met name chloride. Ook worden er veel fotografische proeven mee gedaan. Als men een oplossing natriumchloride (NaCl) toevoegt aan een oplossing van zilvernitraat (AgNO3) ontstaat zilverchloride (AgCl) dat niet oplosbaar is in water en direct zal neerslaan, waardoor het makkelijk is af te filtreren. Gezien de eigenschap van zilverchloride om direct te ontleden bij blootstelling aan daglicht in zilver (Ag) en chloorgas, (Cl2) wordt zilvernitraat gebruikt als basis voor deze proeven.

Productie[bewerken]

In de industrie wordt meestal salpeterzuur als beginstof genomen om een nitraatzout te maken. Salpeterzuur wordt gevormd uit ammoniak en zuurstofgas via de volgende globale reactie:

NH3 + 2 O2 → HNO3 + H2O

Deze reactie verloopt in werkelijkheid in een drietal stappen:

1. 4 NH3 + 7 O2 → 4 NO2 + 6 H2O

2. 3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO

3. 2 NO + O2 → 2 NO2

Er is een Pt-katalysator nodig voor reactiestap 1, omdat anders in plaats van HNO3 het onbruikbare N2 gevormd wordt.Het in stap 3 gevormde NO2 laat men via recirculatie van het gas weer stap 2 ondergaan.

Daarna kan salpeterzuur worden omgezet in nitraten. In de meeste gevallen laat men het ontstane salpeterzuur nogmaals reageren met ammoniak waardoor ammoniumnitraat ontstaat. In het lab kan kaliumnitraat meestal uit kaliumcarbonaat (K2CO3) of kaliumchloride (KCl) worden gemaakt of in sommige gevallen uit metallisch kalium, maar dit reageert zeer agressief met het HNO3. In de industrie maakt men simpel gebruik van een zuur-base reactie tussen een carbonaat of hydroxide met ammoniumnitraat.

Bij de productie van nitraatesters wordt nitreerzuur gebruikt, een 50/50-mengsel van zwavelzuur en salpeterzuur. Organisch materiaal (koolhydraten, niet-aromatische amines) wordt in het zuur gelegd waardoor in een chemische reactie de ONO2-groep zich aan het organische molecuul hecht. Zo'n reactie wordt een nitrering genoemd (niet te verwarren met aromatische nitrering). Aromatische gesubstitueerde verbindingen kunnen ook genitreerd worden maar vormen nitroverbindingen (RNO2). Esters van salpeterzuur zijn zeer brandbaar of explosief. Hooggenitreerde varianten kunnen in de open lucht in bepaalde hoeveelheden al tot detonatie overgaan (voorbeelden: cellulosenitraat en nitrozetmeel). Ook suikers als sacharose kunnen genitreerd worden.

Nitraat in de plantenstofwisseling[bewerken]

Nitraten spelen een belangrijke rol bij de stikstofopname door de plant uit de bodem. Bemesting levert een stikstofvoorraad voor de plant, die deels onder de vorm van nitraat opgenomen wordt. De plant zet nitraten om in eiwitten voor zijn groei.

De plant neemt makkelijk de aanwezige stikstof in de vorm van nitraat uit de grond op. De hoeveelheid nitraat in groenten wordt beïnvloed door:

  • Licht
  • Temperatuur
  • Bemesting. Bij overvloedige bemesting komt er veel nitraat in de grond voor. kan de plant deze niet meer omzetten, zodat het zich opstapelt. Dit speelt met name een rol onder omstandigheden van weinig groei (weinig productie van assimilaten (suikers) en eiwitten). Dit verschijnsel treedt op bij diverse groenten, zowel blad- als knolgewassen.

Door langdurige overbemesting vormt nitraat een bedreiging voor de kwaliteit van het drinkwater. Dit vormt op de lange termijn een gevaar voor de mens. Als er meer nitraten worden opgenomen dan omgezet, ontstaat er een overmaat aan nitraat in de plant. Uiteindelijk worden zo groenten gevormd met een hoog nitraatgehalte.

Nitraat in voeding[bewerken]

Er zijn drie belangrijke bronnen van nitraat in de voeding:

  • Groenten: Nitraten komen van nature veel voor in groen voedsel. In de winter is de hoeveelheid nitraat in groenten ongeveer anderhalf keer zo groot als in de zomer. De gemiddelde hoeveelheid nitraat in bijvoorbeeld kropsla is in de winter gemiddeld 3,2 gram tegen 2,2 gram per kilogram in de zomer[bron?]. Maar ook bij voorjaarsspinazie en veldsla kunnen hoge nitraatgehaltes voorkomen, evenals bij andijvie, raapstelen, kool, bietjes, rucola, postelein en selderij. Er zijn dan ook per gewas en tijdsperiode van het jaar nitraatnormen opgesteld, waarbinnen het geoogste product moet blijven wil het op de markt gebracht mogen worden. Zo mag sla 's-zomers 2500 mg nitraat/kg bevatten en van 1 november tot 1 mei 4500[bron?]. De overheid streeft naar een nitraatnorm van maximaal 2500 mg per kg groente.
  • Conserveermiddelen: Nitraten worden tevens toegevoegd als conserveringsmiddel aan kaas en vleeswaren. Daarbij gaat het om natriumnitraat en kaliumnitraat (E-nummers respectievelijk E251 en E252). De nitraatzouten voorkomen de ontwikkeling van de bacterie die botulisme veroorzaakt. In vleeswaren zorgen ze bovendien voor de mooie roze kleur van het product.
  • Drinkwater. Wanneer de bodem intensief bemest wordt, komt het nitraat na verloop van jaren uiteindelijk in het grondwater terecht. In gebieden waar grondwater wordt gebruikt als grondstof voor drinkwater blijkt dit water steeds meer nitraat te bevatten. Boven zandgronden in zuid- en oost Nederland komen nitraatgehaltes van 20-50 mg per liter voor.

Gemiddeld krijgen we 75 tot 150 milligram nitraten per dag binnen[bron?]. Deze hoeveelheid is voor 75 tot 90% afkomstig van groenten. Conserveermiddelen en drinkwater maken samen gemiddeld ongeveer 15 tot 20% van de inname uit.

Nitraat wordt in het lichaam van de mens gerecirculeerd tussen de darm, het bloed en het speeksel omwille van de antibacteriële werking van nitriet.

Risico's[bewerken]

De schadelijkheid van nitraat is op zich niet hoog. Een probleem kan echter wel ontstaan bij de omzetting in het veel giftiger nitriet door bacteriën. De omzetting van nitraat naar nitriet vindt in de levensmiddelen zelf al plaats, maar dit gaat heel langzaam. Deze reactie verloopt echter sneller bij een hogere temperatuur, vooral tussen de tien en zestig graden Celsius. Boven een temperatuur van 60 graden gaan de bacteriën dood en vindt geen nieuwe nitrietvorming meer plaats[bron?]. Omdat de temperatuur tijdens het kookproces echter langzaam oploopt is vorming van nitriet bij het koken van groenten dan ook niet te voorkomen. Een kleine fractie (ongeveer 5%) van het ingenomen nitraat wordt tijdens de spijsvertering, door de bacteriën in het maag-darmkanaal omgezet in nitriet.

  • Enerzijds kunnen deze nitrieten in bepaalde omstandigheden omgezet worden in nitrosaminen die mogelijk kankerverwekkend (met name maagkanker) zijn. Men is het er nog niet over eens of nitraatinname via de voeding inderdaad leidt tot een verhoogd risico op maagkanker.
  • Anderzijds kunnen ze in het bloed hemoglobine omvormen tot metahemoglobine. Dit kan leiden tot anemie en cyanose. Bij baby's kan het percentage nitraat dat in het lichaam wordt omgezet in nitriet, oplopen tot tachtig procent. Bij zuigelingen kan daarom relatief gemakkelijk een zuurstoftekort (cyanose, blauwzucht of blauwe-baby-ziekte) ontstaan. Babyvoeding is daarom uit voorzorg zeer nitraatarm. Bij de bereiding van zuigelingenvoedsel behoort ook geen nitraatrijk water te worden gebruikt.

Nochtans vormen deze risico's geen grote bedreiging voor de voedselveiligheid en komen ze zelden voor. [1]

De "aanvaardbare dagelijkse inname" (ADI) van nitraat is 3,65 mg/kg lichaamsgewicht per dag[2].

Veel voorkomende nitraten[bewerken]

Organische nitraten[bewerken]

Bij een molecuulformule van een organisch nitraat wordt nooit NO3 geschreven, maar ONO2, daar één zuurstofatoom deel uit maakt van een esterbinding. Een organisch nitraat kan bijgevolg opgevat worden als een nitro-ester.

Externe link[bewerken]

  • Mest Actieplan (Kaarten met nitraatconcentraties in het oppervlaktewater in Vlaanderen)
Bronnen, noten en/of referenties
  1. 1. John Emsley, The Consumer's good chemical guide (1994), Corgi Books, blz. 238-245
  2. http://www.voedingscentrum.nl/nl/eten-veiligheid/schadelijke-stoffen/nitraat-en-nitriet/normen-en-regels.aspx?highlight=nitraat