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本发表于《高中数理化》，也是即将由山东科技出版社出版的《用原子的眼睛看世界——中学化学关键知识解读》中的一篇。 氮族元素是与生活密切相关的一族元素，特别是亚硝酸钠及磷酸的各种盐，无时无刻不跟我们的生活发生联系。 1. 亚硝酸钠使人中毒的机理是怎样的？如何解毒？ 亚硝酸钠（NaNO2）中的 +3价氮不稳定，具有很强的氧化性（当然也具有还原性，比如被酸性KMnO4氧化为NO3-），当人误食过量时，NO2-会迅速进入血液，把血液中的Fe2+ 氧化，使负责运输O2 的血红蛋白转化为“高铁血红蛋白”，从而丧失运输O2 的能力。 所以亚硝酸钠中毒的症状为口唇、指甲及全身皮肤、黏膜出现紫绀，同时会发生头晕、乏力、胸闷、心悸、恶心、腹痛等症状，严重时还会危及生命。 一般成年人食用0.2克NaNO2就可能出现中毒症状。一次性摄入3克以上则可能造成死亡。 在怀疑病人发生亚硝酸盐中毒时，应迅速做催吐处理，以免胃里残余的亚硝酸盐继续被血液吸收，然后尽快送医院救治。 医疗上一般采取静脉注射亚甲基蓝的办法救治，利用亚甲基蓝的还原性，将被NO2- 氧化的高铁血红蛋白中的铁还原为Fe2+，使其尽快恢复运输O2 的能力。 民间有亚硝酸钠致癌的传言，这并不准确。 亚硝酸钠并不直接导致癌症发生，它进入人体后，跟人体内的胺类化合物作用形成的亚硝基胺才是致癌的元凶。 国外早年的研究表明，在Vc等还原性维生素存在的条件下，这种转化会被抑制。 所以有些国家规定，肉类制品中（香肠、腊肉、午餐肉罐头等）必须含有至少550 ppm的Vc。 2. 为什么剩菜里会有亚硝酸盐？ 蔬菜中都含有硝酸盐，如果种植过程中过量施用化肥，可能导致NO3-在蔬菜中过量积蓄。 蔬菜活体具有新陈代谢能力，体内NO2-浓度会维持一定水平，不会过高，一旦蔬菜的生命力丧失（被炒熟、被腌制），代谢平衡破坏，它体内的NO3-会被维生素C等还原剂（对于腌菜来说，可能会有酶的促进作用）逐步还原为NO2-，所以一段时间内NO2- 浓度会逐渐升高，一般在48 小时（2天）升至最高。 其后，由于NO2- 具有氧化性，会被还原剂进一步还原为N2等，NO2- 浓度随着时间的延长而下降，大概2周后可以降低至无毒、无害水平，这就是为什么腌制的泡菜类食品要在2周后方可食用的原因。 所以，炒蔬菜、爆腌菜的隔夜剩菜，以及新腌制的泡菜等一般不宜食用，以防发生亚硝酸盐中毒。 3. 亚硝酸钠容易使人中毒，为什么还要那么普遍地使用它？ 亚硝酸钠具有十分广泛的用途。如，生产上用于染料制备、医药合成、印染业的媒染剂和漂白剂等。 由于NaNO2具有使肉类制品增色以及抑菌、防腐作用，还常常用于熟肉食品的防腐与发色添加剂。 另外，NaNO2作为价格相对便宜的工业盐，过去还被用于建筑业的冬季施工，把它掺入混凝土，可以大大降低水泥砂浆的结冰温度。 后因屡次引发工地中毒（工地食堂误用亚硝酸钠替代食盐）事故，目前一般使用尿素等无毒物质降低混凝土凝固点。 这就是为什么有些冬季建成的新房空气检测时会有氨气超标等问题，原来是尿素缓慢水解释放出的氨气。 对于亚硝酸钠的使用不必“谈虎色变”。 NaNO2是合法的食品添加剂，世界卫生组织1992年发布的人体安全摄入亚硝酸钠的标准为0～0.1mg/kg 体重。 依次标准，一个60 kg体重的人，一次摄入NaNO2的量不超过6.0 mg就是安全的，不会造成任何危害。 在亚硝酸钠用于食品添加剂时，国家也有明确的限制标准，肉食中NaNO2最大使用量是0.15 g/kg，肉类罐头中亚硝酸钠残留量在不得超过0.05 g/kg，其它肉制品中不得超过0.03 g/㎏。 有趣的是，亚硝酸钠虽然有致人中毒的危险，却也被用作氰化物（CN-）中毒的急救药品，医疗上发现氰化物中毒病人时，往往按照中毒程度，给予静脉注射一定剂量NaNO2 溶液的方法解毒。 这是利用了NO2- 中+3价氮的氧化性，将剧毒物CN- 中-3价的氮氧化为N2。 从NaNO2的性质和应用可见，化学就是如此神奇的一门科学。 4. 关于磷肥加工、施用中的一些问题 磷元素是植物生长必需的元素。 磷元素在自然界主要以磷矿石[Ca3(PO4)2]、氟磷灰石[Ca5F(PO4)3]等形式存在，这两种矿物均不易溶于水，难以被作物直接吸收。 自然状态下，这些矿物借助水、空气中CO2 等物质的作用，十分缓慢地发生风化、溶解作用，使得少量磷进入土壤中的溶液，供给植物吸收利用。所以，不施用化肥也能够产出庄稼，只是产量极低。 磷酸是三元酸，它可以形成两种酸式盐——磷酸一氢盐、磷酸二氢盐。其中绝大多数的磷酸二氢盐是易溶于水的。 于是人们想到，使磷矿石、磷灰石转化为磷酸二氢盐，提高作物的吸收效率。 一般可用浓硫酸处理磷矿石或磷灰石，把所得固体混合物直接用作肥料： Ca3(PO4)2+ 2H2SO4 = 2CaSO4 + Ca(H2PO4)2 2Ca5F(PO4)3+ 7H2SO4 = 7CaSO4 + 3Ca(H2PO4)2+ 2HF↑ CaSO4与Ca(H2PO4)2固体混合物称为“普通过磷酸钙”，简称“普钙”。 也可采用磷酸跟磷矿石反应，制取单一成分的“重过磷酸钙”（简称“重钙”）： Ca3(PO4)2+ 4H3PO4 = 3Ca(H2PO4)2 根据各类磷酸盐的性质可知，这些磷肥不宜直接施放到碱性土壤，因为其中的磷酸二氢钙遇碱易被转化为难溶性的CaHPO4或Ca3(PO4)2；同理，这类磷肥也不宜跟草木灰等碱性肥料混合施用。 5. 在一些食品或饮料配方中，常常看到“三聚磷酸钠”、“焦磷酸钠”等物质，它们有何作用？ 三聚磷酸、焦磷酸都是磷酸分子间作用脱水的产物： 三聚磷酸钠（Na5P3O10）、焦磷酸钠（Na4P2O7）分别是它们对应的正盐。 首先，根据P3O105-、P2O74-的结构可以判断，它们很容易跟水分子间形成氢键，所以三聚磷酸钠、焦磷酸钠都应该具有吸水、保水的性质，这也是它们用于肉类制品、牙膏等的主要作用。 其次，P3O105-、P2O74-都能跟Ca2+、Mg2+、Fe2+ 等形成可溶性配合物（螯合物），故有软化硬水的作用，尤其是三聚磷酸钠曾经作为优良的硬水软化剂广泛添加于合成洗涤剂中，结果由于生活污水的大量排放，造成了湖泊、近海水质因“富营养化（磷是植物营养素，水体富含磷会导致藻类大量繁殖，夜晚呼吸消耗溶O2，使鱼和贝类水生动物窒息）”而恶化，目前已被限制使用。 再次，它们的水解产物为HPO42-，对溶液的酸碱度具有缓冲作用，具有稳定溶液pH 的作用，所以三聚磷酸钠、焦磷酸钠常常用于电镀液配制，也被用作商品饮料的添加剂。 它们在饮料中还有另外一个重要作用——乳化作用，P3O105-、P2O74-等的存在使得饮料中的一些难溶物（脂类、蛋白质等）得以均匀分散开来。 三聚磷酸钠、焦磷酸钠被广泛应用的另一个原因可能是，其水解的最终产物为磷酸根离子（磷酸氢根、磷酸二氢根等），属于无毒、无害物质。 |
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