Natriumnitrat

Natriumnitrat ⓘ

Bezeichnungen
IUPAC-Bezeichnung Natriumnitrat
Andere Namen Peru-Salpeter Natriumnitrat kubischer Niter
Bezeichner
CAS-Nummer	7631-99-4
3D-Modell (JSmol)	Interaktives Bild
ChEMBL	ChEMBL1644698
ChemSpider	22688
EC-Nummer	231-554-3
PubChem CID	24268
RTECS-Nummer	WC5600000
UNII	8M4L3H2ZVZ
UN-Nummer	1498
InChI InChI=1S/NO3.Na/c2-1(3)4;/q-1;+1  Schlüssel: VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N  InChI=1/NO3.Na/c2-1(3)4;/q-1;+1 Schlüssel: VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYAL
SMILES [Na+].[O-][N+]([O-])=O
Eigenschaften
Chemische Formel	NaNO3
Molekulare Masse	84,9947 g/mol
Erscheinungsbild	Weißes Pulver oder farblose Kristalle
Geruch	süß
Dichte	2.257 g/cm3, fest
Schmelzpunkt	308 °C (586 °F; 581 K)
Siedepunkt	380 °C (716 °F; 653 K) zersetzt sich
Löslichkeit in Wasser	73 g/100 g Wasser (0 °C) 91,2 g/100 g Wasser (25 °C) 180 g/100 g Wasser (100 °C)
Löslichkeit	gut löslich in Ammoniak, Hydrazin löslich in Alkohol schwer löslich in Pyridin unlöslich in Aceton
Magnetische Suszeptibilität (χ)	-25,6-10-6 cm3/mol
Brechungsindex (nD)	1,587 (trigonal) 1,336 (rhomboedrisch)
Viskosität	2,85 cP (317 °C)
Struktur
Kristallstruktur	trigonal und rhomboedrisch
Thermochemie
Wärmekapazität (C)	93,05 J/(mol K)
Std. molare Entropie (So298)	116 J/(mol K)
Std. Bildungsenthalpie Bildung (ΔfH⦵298)	-467 kJ/mol
Gibbssche freie Energie (ΔfG˚)	-365,9 kJ/mol
Gefahren
Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz (OHS/OSH):
Hauptgefahren	Gesundheitsschädlich (Xn) Oxidationsmittel (O)
GHS-Kennzeichnung:
Piktogramme
NFPA 704 (Feuerdiamant)	1 0 0 OX
Flammpunkt	Nicht brennbar
Tödliche Dosis oder Konzentration (LD, LC):
LD50 (Mittlere Dosis)	3236 mg/kg
Sicherheitsdatenblatt (SDS)	ICSC 0185
Verwandte Verbindungen
Andere Anionen	Natriumnitrit
Sonstige Kationen	Lithiumnitrat Kaliumnitrat Rubidiumnitrat Cäsiumnitrat
Verwandte Verbindungen	Natriumsulfat Natriumchlorid
Wenn nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).  verifizieren (was ist  ?) Infobox Referenzen

Werbung für Natriumnitratdünger aus Chile an der Wand eines Dorfes an der Algarve in Portugal ⓘ

Natriumnitrat ist die chemische Verbindung mit der Formel NaNO
₃. Dieses Alkalimetallnitratsalz wird auch Chilesalpeter genannt (große Vorkommen wurden früher in Chile abgebaut), um es vom gewöhnlichen Salpeter, dem Kaliumnitrat, zu unterscheiden. Die mineralische Form ist auch als Nitratin, Nitratit oder Soda-Niter bekannt. ⓘ

Natriumnitrat ist ein weißer, flüssiger Feststoff, der sehr gut in Wasser löslich ist. Natriumnitrat ist eine leicht verfügbare Quelle für das Nitratanion (NO₃-), das in mehreren Reaktionen in industriellem Maßstab für die Herstellung von Düngemitteln, Pyrotechnik, Rauchbomben und anderen Sprengstoffen, Glas- und Töpferemails, Lebensmittelkonservierungsmitteln (insbesondere Fleisch) und festen Raketentreibstoffen verwendet wird. Zu diesen Zwecken wurde es in großem Umfang abgebaut. ⓘ

Natriumnitrat (auch Natronsalpeter oder Chilesalpeter), NaNO₃, ist das Natriumsalz der Salpetersäure. Die chemische Verbindung liegt im reinen Zustand in Form einer hygroskopischen weißen Substanz oder farblosen Kristallen vor. ⓘ

Natriumnitrat findet vielfältige Anwendung als Stickstoffdünger und in der Lebensmittelkonservierung sowie in geringerem Maße für die Herstellung von Glas oder Emaille. Ferner wird es auch für pyrotechnische Erzeugnisse oder Festtreibstoff für Raketenantriebe verwendet – allerdings nur eingeschränkt, denn obwohl Natriumnitrat in seiner Molekülstruktur dem auch heute noch häufig verwendeten Kaliumnitrat ähnelt, schränkt die hygroskopische Eigenschaft den Einsatz für die Pyrotechnik deutlich ein, primär der verminderten Lagerbarkeit und Stabilität wegen. ⓘ

Geschichte

Im Jahr 1736 stellte Duhamel Natriumnitrat erstmals synthetisch dar. Die ersten Ladungen von Chilesalpeter erreichten England in den 1820er Jahren. Im Laufe der Zeit stieg der Verbrauch und 1859 importierte England bereits 47.000 Tonnen. Schon 1870 wurden von Iquique, einer Hafenstadt im Norden Chiles, bereits 147.000 Tonnen Chilesalpeter nach Liverpool und Hamburg verschifft. ⓘ

Die zunehmende Profitabilität der Salpeterexporte führte zwischen 1879 und 1884 schließlich zum Salpeterkrieg, auch Pazifischer Krieg genannt, zwischen Chile einerseits und Peru und Bolivien andererseits um die Gebiete Región de Arica y Parinacota, Región de Tarapacá und Región de Atacama, im heutigen Norden Chiles, wo die ergiebigsten Vorkommen von Chilesalpeter zu finden waren. Mit der Erfindung des Haber-Bosch-Verfahrens und der damit verbundenen Erzeugung von synthetischem Natriumnitrat verlor die Gewinnung von Chilesalpeter aus den chilenischen Vorkommen ständig an Bedeutung. ⓘ

Die erste Salpeterlieferung aus Peru nach Europa kam 1820 oder 1825, gleich nach der Unabhängigkeit des Landes von Spanien, in England an, fand aber keine Abnehmer und wurde auf See versenkt, um Zollgebühren zu vermeiden. Mit der Zeit wurde der Abbau von südamerikanischem Salpeter jedoch zu einem profitablen Geschäft (1859 verbrauchte allein England 47.000 Tonnen). Chile kämpfte im Pazifikkrieg (1879-1884) gegen die Verbündeten Peru und Bolivien und übernahm deren reichste Salpetervorkommen. Im Jahr 1919 bestimmte Ralph Walter Graystone Wyckoff seine Kristallstruktur mit Hilfe der Röntgenkristallographie. ⓘ

Vorkommen

Die größten natürlichen Natriumnitratvorkommen befinden sich in Chile und Peru, wo Nitratsalze in mineralischen Ablagerungen, so genannten Caliche-Erzen, gebunden sind. Nitrate reichern sich an Land durch Meeresnebelniederschlag und Oxidation/Desikkation durch Meeressprays an, gefolgt von der Ablagerung von NaNO₃, KNO₃, NaCl, Na2SO₄ und I durch die Schwerkraft in der heißen und trockenen Wüstenatmosphäre. El Niño/La Niña-Zyklen mit extremer Trockenheit und ergiebigen Regenfällen begünstigen die Anhäufung von Nitraten durch Trockenheit und Wasserlösung/Remobilisierung/Transport an Hängen und in Becken; durch die Bewegung der Kapillarlösung bilden sich Schichten von Nitraten; reines Nitrat bildet seltene Adern. Mehr als ein Jahrhundert lang wurden die weltweiten Vorräte an dieser Verbindung fast ausschließlich in der Atacama-Wüste im Norden Chiles abgebaut, bis die deutschen Chemiker Fritz Haber und Carl Bosch um die Jahrhundertwende ein Verfahren entwickelten, um Ammoniak in industriellem Maßstab aus der Atmosphäre zu gewinnen (siehe Haber-Verfahren). Mit Beginn des Ersten Weltkriegs begann man in Deutschland, das Ammoniak aus diesem Verfahren in einen synthetischen chilenischen Salpeter umzuwandeln, der für die Herstellung von Schießpulver und anderer Munition ebenso praktisch war wie die natürliche Verbindung. In den 1940er Jahren führte dieser Umwandlungsprozess zu einem dramatischen Rückgang der Nachfrage nach Natriumnitrat aus natürlichen Quellen. ⓘ

Chile verfügt noch immer über die größten Caliche-Vorkommen mit aktiven Minen in Valdivia, María Elena und Pampa Blanca, wo es früher als weißes Gold bezeichnet wurde. Natriumnitrat, Kaliumnitrat, Natriumsulfat und Jod werden bei der Verarbeitung von Caliche gewonnen. Die ehemaligen chilenischen Salpeterabbaugemeinden Humberstone und Santa Laura wurden 2005 zum UNESCO-Weltkulturerbe erklärt. ⓘ

Nitronatrit ⓘ

Natriumnitrat ist das wichtigste natürlich vorkommende Nitrat. Als Mineral kommt es als Nitronatrit vor. Hauptfundort ist Chile, daher auch der Trivialname Chilesalpeter. Die Lagerstätten in der Atacama-Wüste sind die Reste von abgelagertem Vogelkot (Guano), dessen organische Anteile verwittert sind. Weitere natürliche Vorkommen gibt es in Ägypten, Kleinasien, Kolumbien und Kalifornien. ⓘ

Synthese

Natriumnitrat wird auch industriell synthetisiert, indem Salpetersäure mit Natriumcarbonat oder Natriumbicarbonat neutralisiert wird:

2 HNO₃ + Na₂CO₃ → 2 NaNO₃ + H₂O + CO_{2 ⓘ}

HNO₃ + NaHCO₃ → NaNO₃ + H₂O + CO_{2 ⓘ}

oder auch durch Neutralisation mit Natriumhydroxid (diese Reaktion ist jedoch sehr exotherm):

HNO₃ + NaOH → NaNO₃ + H₂O ⓘ

oder durch Mischen stöchiometrischer Mengen von Ammoniumnitrat und Natriumhydroxid, Natriumbicarbonat oder Natriumcarbonat:

NH₄NO₃ + NaOH → NaNO₃ + NH₄OH ⓘ

NH₄NO₃ + NaHCO₃ → NaNO₃ + NH₄HCO_{3 ⓘ}

2NH₄NO₃ + Na₂CO₃ → 2NaNO₃ + (NH₄)₂CO_{3 ⓘ}

Verwendungen

Das meiste Natriumnitrat wird in Düngemitteln verwendet, wo es eine wasserlösliche Form von Stickstoff liefert. Seine Verwendung, die hauptsächlich außerhalb der westlichen Welt stattfindet, ist attraktiv, da es den pH-Wert des Bodens nicht verändert. Ein weiterer wichtiger Verwendungszweck ist die Verwendung als Ergänzung zu Ammoniumnitrat in Sprengstoffen. Geschmolzenes Natriumnitrat und seine Lösungen mit Kaliumnitrat haben eine gute thermische Stabilität (bis zu 600 °C) und eine hohe Wärmekapazität. Diese Eigenschaften eignen sich zum thermischen Glühen von Metallen und zur Speicherung von Wärmeenergie in Solaranwendungen. ⓘ

Lebensmittel

Natriumnitrat ist auch ein Lebensmittelzusatzstoff, der als Konservierungsmittel und Farbfixierer in gepökeltem Fleisch und Geflügel verwendet wird; es ist unter seiner INS-Nummer 251 oder E-Nummer E251 aufgeführt. Es ist in der EU, den USA, Australien und Neuseeland zugelassen. Natriumnitrat ist nicht mit Natriumnitrit zu verwechseln, das ebenfalls ein gängiger Lebensmittelzusatzstoff und Konservierungsstoff ist, der beispielsweise in Wurstwaren verwendet wird. ⓘ

Thermische Lagerung

Natriumnitrat wurde aufgrund seiner relativ hohen Schmelzenthalpie von 178 J/g auch als Phasenwechselmaterial für die thermische Energierückgewinnung untersucht. Beispiele für die Verwendung von Natriumnitrat zur Wärmespeicherung sind solarthermische Energietechnologien und Parabolrinnen zur direkten Dampferzeugung. ⓘ

Stahlbeschichtung

Natriumnitrat wird in einem Stahlbeschichtungsverfahren verwendet, bei dem es eine Oberflächenmagnetitschicht bildet. ⓘ

Gesundheitliche Bedenken

Studien haben einen Zusammenhang zwischen erhöhten Nitratwerten und der Zunahme von Todesfällen durch bestimmte Krankheiten wie Alzheimer, Diabetes mellitus, Magenkrebs und Parkinson aufgezeigt: möglicherweise durch die schädigende Wirkung von Nitrosaminen auf die DNA; es wurde jedoch wenig getan, um andere mögliche Ursachen in den epidemiologischen Ergebnissen zu berücksichtigen. Nitrosamine, die sich in Wurstwaren bilden, die Natriumnitrat und Nitrit enthalten, werden mit Magen- und Speiseröhrenkrebs in Verbindung gebracht. Natriumnitrat und Nitrit werden mit einem höheren Risiko für Darmkrebs in Verbindung gebracht. ⓘ

In den letzten Jahrzehnten hat sich dank eines besseren Verständnisses der pathologischen Vorgänge und der Wissenschaft eine Vielzahl von Beweisen für die These ergeben, dass verarbeitetes Fleisch das Darmkrebsrisiko erhöht und dass dies auf den Nitratgehalt zurückzuführen ist. Ein kleiner Teil des Nitrats, das dem Fleisch als Konservierungsmittel zugesetzt wird, zerfällt in Nitrit, zusätzlich zu dem Nitrit, das ebenfalls zugesetzt werden kann. Das Nitrit reagiert dann mit eiweißhaltigen Lebensmitteln (wie Fleisch) und bildet krebserregende NOC (Nitroso-Verbindungen). NOCs können entweder beim Pökeln von Fleisch oder im Körper bei der Verdauung von Fleisch gebildet werden. ⓘ

Mehrere Faktoren erschweren jedoch das ansonsten einfache Verständnis der Aussage "Nitrate in Lebensmitteln erhöhen Ihr Krebsrisiko": Es ist bekannt, dass häufig verzehrte Pflanzen reichhaltige Nitratquellen sind. Tatsächlich kann die Nitratbelastung durch Pflanzen für die meisten Menschen sogar höher sein als durch Fleisch. Verarbeitetes Fleisch enthält keine Ballaststoffe, Vitamine oder phytochemischen Antioxidantien, hat einen hohen Natriumgehalt, kann viel Fett enthalten und wird oft bei einer Temperatur gebraten oder gekocht, die ausreicht, um Eiweiß in Nitrosamine umzuwandeln, und wird in der Regel nicht als Teil einer nahrhaften, ausgewogenen Ernährung mit vielen Ballaststoffen, Vitaminen, Mineralien usw. verzehrt. Nitrate sind wichtige Zwischenprodukte und Effektoren bei der primären Gefäßsignalgebung, die für alle Säugetiere überlebenswichtig ist. ⓘ

Pökelsalz besteht aus Kochsalz, dem geringe Mengen Natriumnitrat E 251, Natriumnitrit E 250, Kaliumnitrit E 249 und/oder Kaliumnitrat E 252 zugesetzt sind. Die Nitrate selbst wirken nicht antibakteriell. Sie werden jedoch im Pökelprozess enzymatisch in Nitrite umgewandelt, die gegen Bakterien, vor allem gegen den Botulismus-Erreger Clostridium botulinum, wirken. Bei diesem Prozess wird der chemisch wenig beständige Muskelfarbstoff Myoglobin in eine stabilere Variante umgewandelt (Umrötung). Als Folge davon behält das Fleisch seine rote Farbe. Ungepökelte Fleisch- und Wurstwaren nehmen bald nach der Schlachtung eine graue Farbe an, durch das Pökeln sieht auch alte Fleischware frisch aus. Zudem wird beim Pökeln ein typisches Aroma ausgebildet. ⓘ

Natriumnitrat wird für Wurstwaren, Hartkäse, Schnittkäse, eingelegte Heringe und Sprotten verwendet. ⓘ

Eigenschaften

Chilesalpeter (Handelsform) ⓘ

Physikalische Eigenschaften

wichtige thermodynamische Eigenschaften

• Δ_fH⁰_s = 15,5 kJ/mol
• S⁰_s = 116 J/(mol·K) ⓘ

Chemische Eigenschaften

In heißer Schwefelsäure wird es unter Bildung von Salpetersäure zu Natriumhydrogensulfat umgesetzt:

$\mathrm {NaNO_{3}+H_{2}SO_{4}\longrightarrow NaHSO_{4}+HNO_{3}}$ ⓘ

Bei Temperaturen oberhalb von 380 °C zersetzt es sich zu Natriumnitrit:

$\mathrm {2\ NaNO_{3}\longrightarrow 2\ NaNO_{2}+O_{2}}$ ⓘ

Bei Temperaturen oberhalb von 800 °C zu Natriumoxid:

$\mathrm {4\ NaNO_{3}\longrightarrow 2\ Na_{2}O+2\ N_{2}+5\ O_{2}}$ ⓘ

Verwendung

Werbung für Chilesalpeter als Düngemittel (La Palma)

Natriumnitrat wird als Düngemittel, in der Baustoffindustrie als Zementzusatz, als Hilfsstoff in chemischen Abflussreinigern, als Latentwärmespeicher und als Konservierungsmittel zum Pökeln von Fleisch- und Wurstwaren verwendet (siehe Pökelsalz). Außerdem dient es als Grundstoff zur Herstellung von Kaliumnitrat. ⓘ

Außerdem enthalten ist es in basischen Abflussreinigern, wo seine hygroskopische Eigenschaften a) einen Missbrauch des Reinigers unterbinden & b) die Flüssigkeit für eine schnellere Zersetzung des enthaltenen Natriumhydroxid etwa sorgt. ⓘ

Nachweis

Nachweisreaktionen

• Natrium: als hell leuchtend gelb in der blauen Bunsenbrennerflamme
• Nitrat: Spatelspitze Substanz mit verdünnter Schwefelsäure lösen und mit einer kalt gesättigten Eisen(II)-sulfatlösung versetzen. Mit etwas konzentrierter Schwefelsäure unterschichten. An der Grenzschicht entsteht ein brauner Ring, der als Nachweis für Nitrat gilt (Ringprobe). ⓘ