Русская Википедия:Нитрат калия
Нитра́т ка́лия (азотноки́слый ка́лий, ка́лиевая сели́тра, кали́йная селитра, инди́йская селитра и др., химическая формула — KNO3) — неорганическая калиевая соль азотной кислоты.
В стандартных условиях, нитрат калия — это кристаллическое бесцветное вещество, нелетучее, слегка гигроскопичное, без запаха. Нитрат калия хорошо растворим в воде. Малотоксичен для живых организмов.
Физические свойства
Нитрат калия в нормальных условиях представляет собой бесцветные кристаллы (в измельчённом состоянии белый порошок) с ионной структурой и ромбической или гексагональной кристаллической решёткой. Слегка гигроскопичен, склонен несильно слеживаться со временем. Не имеет запаха, нелетуч.
Хорошо растворим в воде, в средней степени в глицерине, жидком аммиаке, гидразине, нерастворим в чистом этаноле и эфире (в разбавленных водой растворяется плохо). Таблица растворимости в некоторых растворителях, в граммах KNO3 на 100 г H2O[1]:
Растворитель / Температура, °С |
0 | 10 | 20 | 25 | 30 | 40 | 60 | 80 | 100 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Вода | 13,9 | 21,2 | 31,6 | 37,9 | 46,0 | 61,3 | 106,2 | 166,6 | 245,0 |
Жидкий аммиак | 10,52 | 10,4 | |||||||
Гидразин | 14 |
При медленной кристаллизации вырастают очень длинные игольчатые кристаллы. Нитрат калия хорошо поддаётся очистке перекристаллизацией, причём с небольшими потерями, благодаря сильному повышению растворимости с ростом температуры.
Химические свойства
- Разлагается при 400—520 °C с образованием нитрита калия Шаблон:Химическая формула и кислорода Шаблон:Химическая формула[2] (выделение последнего увеличивает пожароопасность нитрата калия):
- <math>\mathsf{2KNO_3 \longrightarrow 2KNO_2 + O_2\uparrow}</math>
- Является сильным окислителем, реагирует с горючими материалами и восстановителями, при измельчении активно и нередко со взрывом. Смеси нитрата калия с некоторыми органическими материалами склонны к самовоспламенению.
- Восстанавливается водородом в момент выделения (в реакции соляная кислота разбавленная)[2]:
- <math>\mathsf{Zn + 2HCl \longrightarrow ZnCl_2 + H_2^0},</math>
- <math>\mathsf{KNO_3 + H_2^0 \longrightarrow KNO_2 + H_2O}.</math>
- Расплав нитрата калия может быть использован для получения металлического калия электролизом, однако из-за высоких окислительных способностей нитрата калия в расплавленном состоянии предпочтительнее гидроксид калия.
Получение
В Средние Века и Новое Время (когда активно использовали порох) для получения нитрата калия служили селитря́ницы — кучи из смеси навоза (и других перегнивающих компонентов) с известняком, строительным мусором и прочим известняковым материалом с прослойками из соломы или хвороста, накрытые дёрном для удерживания образующихся газов.
При гниении навоза образовывался аммиак, который, накапливаясь в прослойках из соломы, подвергался нитрификации и превращался вначале в азотистую, а затем в азотную кислоту. Последняя, взаимодействуя с известняком, давала Ca(NO3)2, который выщелачивался водой. Добавка древесной золы (состоящей в основном из поташа) приводила к осаждению CaCO3 и получению раствора нитрата калия; нередко золу добавляли сразу в кучу вместо известняка, тогда калиевая селитра получалась сразу.
- <math>\mathsf{Ca(NO_3)_2 + K_2CO_3 \longrightarrow 2\ KNO_3 + CaCO_3\downarrow}</math>
Реакция поташа с кальциевой селитрой (нитратом кальция) является самой древней из используемых человеком для получения нитрата калия и популярна до сих пор. Вместо поташа, впрочем, сейчас в лабораториях чаще всего используют сульфат калия, реакция очень похожа:
- <math>\mathsf{Ca(NO_3)_2 + K_2SO_4 \longrightarrow 2\ KNO_3 + CaSO_4\downarrow}.</math>
Первый способ применялся вплоть до 1854 г., когда немецкий химик К. Нёльнер изобрёл производство нитрата калия, основанное на реакции более доступных и дешевых хлорида калия и нитрата натрия, доступного в виде чилийской селитры:
- <math>\mathsf{KCl + NaNO_3 \longrightarrow KNO_3 + NaCl}</math>
Существует несколько других способов получения нитрата калия. Это взаимодействие нитрата аммония и хлорида калия с образованием нитрата калия и хлорида аммония, последний легко отделяется:
- <math>\mathsf{KCl + NH_4NO_3 \longrightarrow KNO_3 + NH_4Cl}</math>
— наиболее применимая после реакции нитрата кальция с карбонатом или сульфатом калия.
- <math>\mathsf{KOH + HNO_3 \longrightarrow KNO_3 + H_2O}</math> — в основном, демонстрационная реакция соответствующей кислоты и основания
- <math>\mathsf{21 \ K + 26\ HNO_3 \longrightarrow 21 \ KNO_3 + NO\uparrow + N_2O\uparrow + N_2\uparrow + 13 \ H_2O}</math> — тоже демонстрационная реакция соответствующих кислоты и металла.
- <math>\mathsf{K_2O + 2 \ HNO_3 \longrightarrow 2 \ KNO_3 + H_2O}</math> — демонстрационная реакция соответствующего основного оксида с соответствующей кислотой.
Также:
- <math>\mathsf{2 \ KOH + N_2O_5 \longrightarrow 2 \ KNO_3 + H_2O},</math>
- <math>\mathsf{NH_4NO_3 + KOH \longrightarrow NH_3\uparrow + KNO_3 + H_2O},</math>
- <math>\mathsf{K_2CO_3 + 2 \ HNO_3 \longrightarrow 2 \ KNO_3+ H_2O + CO_2 \uparrow}.</math>
- <math>\mathsf{NH_3 + 4O_3 + KOH\longrightarrow KNO_3 + 2H_2O + 4O_2 \uparrow}.</math>
Природные источники и месторождения
В природе нитрат калия распространён в виде минерала нитрокалита, в Ост-Индии находится одно из крупнейших месторождений, отсюда второе название — индийская селитра. Природный нитрат калия образуется в результате разложения азотсодержащих веществ с последующим связыванием медленно выделяющегося аммиака нитробактериями, чему способствует влага и тепло, поэтому наиболее крупные залежи находятся в странах с жарким климатом[3]. Наиболее известные месторождения нитрата калия находятся в Индии, Боливии, Австралии, Чили, ЮАР, России, США и Шри-Ланке. Он также встречается в Китае, Мексике, и других странах[4]
В очень малых количествах нитрат калия содержится в растениях[5], является промежуточным продуктом при переработке ими почвенных сульфата и карбоната калия.
Применение
Основное применение на сегодняшний день нитрат калия находит в качестве ценного удобрения, так как совмещает в себе два элемента, частично блокирующих усвоение друг друга растениями, когда находятся в составе отдельных соединений.
Применяется при изготовлении дымного пороха и некоторых других горючих смесей (например, карамельного ракетного топлива), которые почти полностью сейчас используются в производстве пиротехнических изделий.
Применяется также в электровакуумной промышленности и оптическом стекловарении для обесцвечивания и осветления технических хрустальных стёкол и придания прочности изделиям из стекла[6].
Расплав иногда используется в химических лабораториях и у любителей химии для получения металлического калия электролизом, наряду с гидроксидом калия.
Используется в качестве сильного окислителя в металлургии, в частности, при переработке никелевых руд.
В пищевой промышленности нитрат калия применяется в качестве консерванта E252[7]. Сам по себе он не имеет существенного антибактериального действия, но его оказывает образующийся в результате восстановления нитрит калия в мясных продуктах, в которых нитрат калия наиболее широко используется в качестве консерванта[8].
См. также
Примечания
Ссылки
- ↑ Шаблон:Книга
- ↑ 2,0 2,1 Шаблон:Книга
- ↑ Нитраты природные — Горная энциклопедия
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Шаблон:ВТ-ЭСБЕ
- ↑ Шаблон:Cite web
- ↑ Добавкам. Нет Шаблон:WaybackШаблон:Не АИ
- ↑ OPINIONS OF THE SCIENTIFIC COMMITTEE FOR FOOD ON: Nitrates and Nitrite Шаблон:Wayback / REPORTS OF THE SCIENTIFIC COMMITTEE FOR FOOD; European Commission, 1997