Nitrato

El nitrato es un ion poliatómico con la fórmula química NO ⁻
₃. Las sales que contienen este ion se denominan nitratos. Los nitratos son componentes comunes de fertilizantes y explosivos. Casi todos los nitratos inorgánicos son solubles en agua. Un ejemplo de un nitrato insoluble es el oxinitrato de bismuto.

Estructura

El nitrato ion con los cargos parciales mostrados

El ion es la base conjugada del ácido nítrico, que consta de un átomo de nitrógeno central rodeado por tres átomos de oxígeno unidos de forma idéntica en una disposición plana trigonal. El ion nitrato lleva una carga formal de -1. Esta carga resulta de una combinación de carga formal en la que cada uno de los tres oxígenos lleva un −2⁄3, mientras que el nitrógeno lleva una carga +1, todo lo cual se suma a la carga formal del ion nitrato poliatómico. Este arreglo se usa comúnmente como un ejemplo de resonancia. Al igual que el ion carbonato isoelectrónico, el ion nitrato se puede representar mediante estructuras de resonancia:

Nitrato dietético

Una rica fuente de nitrato inorgánico en la dieta humana proviene de los alimentos de hoja verde, como la espinaca y la rúcula. NO⁻
₃ (nitrato inorgánico) es el componente activo viable dentro del jugo de remolacha y otras verduras. El agua potable también es una fuente dietética.

La suplementación con nitrato en la dieta ofrece resultados positivos al evaluar el rendimiento del ejercicio de resistencia.

La ingestión de grandes dosis de nitrato, ya sea en forma de nitrato de sodio puro o jugo de remolacha, en personas jóvenes sanas, aumenta rápidamente la concentración de nitrato en plasma en un factor de 2 a 3, y esta concentración elevada de nitrato puede mantenerse durante al menos 2 semanas. El aumento de nitrato plasmático estimula la producción de óxido nítrico, NO. El óxido nítrico es una importante molécula de señalización fisiológica que se utiliza, entre otras cosas, en la regulación del flujo sanguíneo muscular y la respiración mitocondrial.

Embutidos

El consumo de nitrito está determinado principalmente por la cantidad de carnes procesadas consumidas y la concentración de nitratos en estas carnes. Aunque los nitritos son el compuesto nitrogenado que se utiliza principalmente en el curado de la carne, también se utilizan nitratos. Los nitratos conducen a la formación de nitrosaminas. La producción de nitrosaminas cancerígenas puede inhibirse mediante el uso de los antioxidantes vitamina C y la forma alfa-tocoferol de la vitamina E durante el curado.

Las dietas antihipertensivas, como la dieta DASH, suelen contener altos niveles de nitratos, que primero se reducen a nitrito en la saliva, según se detecta en las pruebas de saliva, antes de formar óxido nítrico.

Ocurrencia y producción

Las sales de nitrato se encuentran naturalmente en la tierra en ambientes áridos como grandes depósitos, particularmente de nitratina, una fuente importante de nitrato de sodio.

Los nitratos son producidos por una serie de especies de bacterias nitrificantes en el entorno natural utilizando amoníaco o urea como fuente de nitrógeno y fuente de energía gratuita. Históricamente, los compuestos de nitrato para la pólvora se producían, en ausencia de fuentes de nitrato mineral, mediante varios procesos de fermentación utilizando orina y estiércol.

La caída de rayos en la atmósfera rica en nitrógeno y oxígeno de la Tierra produce una mezcla de óxidos de nitrógeno, que forman iones nitrosos e iones de nitrato, que son arrastrados de la atmósfera por la lluvia o en depósitos ocultos.

Los nitratos se producen industrialmente a partir del ácido nítrico.

Usos

Agricultura

Los nitratos se utilizan como fertilizantes en la agricultura debido a su alta solubilidad y biodegradabilidad. Los principales fertilizantes de nitrato son las sales de amonio, sodio, potasio, calcio y magnesio. Varios millones de kilogramos se producen anualmente para este fin.

Armas de fuego

Los nitratos se utilizan como agentes oxidantes, sobre todo en explosivos, donde la rápida oxidación de los compuestos de carbono libera grandes volúmenes de gases (consulte la pólvora para ver un ejemplo). El nitrato de sodio se usa para eliminar las burbujas de aire del vidrio fundido y algunas cerámicas. Las mezclas de sal fundida se utilizan para endurecer algunos metales.

Cine

El nitrato también se utilizó como material de película a través de la nitrocelulosa. Debido a su alta combustibilidad, los estudios cambiaron a película de seguridad de acetato en 1950.

Medicina

En el campo de la medicina, los nitratos se utilizan en la profilaxis y el tratamiento de los síndromes coronarios agudos/IM/ataques cardíacos. Esta clase de fármacos también se conocen como nitrovasodilatadores.

Detección

Casi todos los métodos para la detección de nitrato se basan en su conversión a nitrito seguida de pruebas específicas de nitrito. La reducción de nitrato a nitrito se efectúa mediante material de cobre-cadmio. La muestra se introduce con un analizador de inyección de flujo y el efluente que contiene nitrito resultante se combina luego con un reactivo para la detección colorimétrica o electroquímica. El más popular de estos ensayos es la prueba de Griess, mediante la cual el nitrito se convierte en un tinte azoico de color intenso adecuado para el análisis espectroscópico UV-vis. El método explota la reactividad del ácido nitroso derivado de la acidificación del nitrito. El ácido nitroso reacciona selectivamente con aminas aromáticas para dar sales de diazonio, que a su vez se acoplan con un segundo reactivo para dar el colorante azoico. El límite de detección es de 0,02 a 2 μM. Dichos métodos han sido altamente adaptados a muestras biológicas.

Seguridad

La toxicidad aguda del nitrato es baja. "Desacuerdo sustancial" existe sobre los riesgos a largo plazo de la exposición a los nitratos. Las dos áreas de posible preocupación son que (i) el nitrato podría ser un precursor del nitrito en el intestino inferior, y el nitrito es un precursor de las nitrosaminas, que están implicadas en la carcinogénesis, y (ii) el nitrato está implicado en la metahemoglobinemia, un trastorno de hemoglobina en los glóbulos rojos.

Metahemoglobinemia

Los nitratos no afectan a los bebés ni a las mujeres embarazadas. El síndrome del bebé azul es causado por una serie de otros factores, como malestar gástrico, como infección diarreica, intolerancia a las proteínas, toxicidad por metales pesados, etc., y los nitratos juegan un papel menor.

Estándares de agua potable

A través de la Ley de Agua Potable Segura, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos ha establecido un nivel máximo de contaminantes de 10 mg/L o 10 ppm de nitrato en el agua potable.

El Joint Comité de Expertos FAO/OMS en Aditivos Alimentarios (JEFCA).

Toxicidad acuática

Nitrato de superficie de mar del Océano Mundial

En sistemas de agua dulce o estuarios cercanos a la tierra, el nitrato puede alcanzar concentraciones letales para los peces. Si bien el nitrato es mucho menos tóxico que el amoníaco, los niveles superiores a 30 ppm de nitrato pueden inhibir el crecimiento, dañar el sistema inmunológico y causar estrés en algunas especies acuáticas. La toxicidad del nitrato sigue siendo un tema de debate.

En la mayoría de los casos de concentraciones excesivas de nitrato en los sistemas acuáticos, las fuentes principales son las descargas de aguas residuales, así como la escorrentía superficial de áreas agrícolas o de jardines que han recibido un exceso de fertilizantes de nitrato. La eutrofización resultante y la proliferación de algas dan como resultado anoxia y zonas muertas. Como consecuencia, como los nitratos forman un componente de los sólidos disueltos totales, son ampliamente utilizados como indicadores de la calidad del agua.

Alimentación para animales domésticos

Los síntomas de envenenamiento por nitrato en animales domésticos incluyen aumento del ritmo cardíaco y de la respiración; en casos avanzados, la sangre y el tejido pueden volverse de color azul o marrón. El alimento puede analizarse para detectar nitrato; el tratamiento consiste en complementar o sustituir los suministros existentes con material más bajo en nitratos. Los niveles seguros de nitrato para varios tipos de ganado son los siguientes:

Los valores anteriores se refieren a una base seca (sin humedad).

Sales y derivados covalentes

Formación de nitratos con elementos de la tabla periódica: