Нитрат калия
| Нитрат калия | |
|---|---|
 | |
 | |
| Общие | |
| Систематическое наименование |
Нитрат калия |
| Сокращения | в народе «КС» или «НК» |
| Традиционные названия | Ка́лиевая селитра, кали́йная селитра, инди́йская селитра́, Со́ль Петра́ (Salt of Peter, petersalt)[1] |
| Хим. формула | KNO3 |
| Рац. формула | KNO3 |
| Физические свойства | |
| Состояние | Твёрдое |
| Молярная масса | 101,1032 г/моль |
| Плотность | 2,109 (16 °C) |
| Твёрдость | 2 |
| Термические свойства | |
| Температура | |
| • плавления | 334 °C |
| • кипения | с разложением °C |
| • разложения | 400 °C |
| Тройная точка | Отсутствует |
| Мол. теплоёмк. | 95,06 Дж/(моль·К) |
| Энтальпия | |
| • образования | -494,00 кДж/моль |
| • плавления | 9,80 кДж/моль |
| • сублимации | 181,00 кДж/моль |
| Химические свойства | |
| Растворимость | |
| • в воде |
13,3 (0 °C) 36 (25 °C) 247 (100 °C) |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 7757-79-1 |
| RTECS | TT3700000 |
| Безопасность | |
| ЛД50 | 3750 мг/кг |
| Токсичность | Малотоксичен |
| NFPA 704 | |
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
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[2]:
| 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 KNO2 и кислорода O2[3] (выделение последнего увеличивает пожароопасность нитрата калия):
- [math]\displaystyle{ \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)[3]:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{Zn + 2HCl \longrightarrow ZnCl_2 + H_2^0}, }[/math]
- [math]\displaystyle{ \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]\displaystyle{ \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]\displaystyle{ \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]\displaystyle{ \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]\displaystyle{ \mathsf{KCl + NH_4NO_3 \longrightarrow KNO_3 + NH_4Cl} }[/math]
— наиболее применимая после реакции нитрата кальция с карбонатом или сульфатом калия.
- [math]\displaystyle{ \mathsf{KOH + HNO_3 \longrightarrow KNO_3 + H_2O} }[/math] — в основном, демонстрационная реакция соответствующей кислоты и основания
- [math]\displaystyle{ \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]\displaystyle{ \mathsf{K_2O + 2 \ HNO_3 \longrightarrow 2 \ KNO_3 + H_2O} }[/math] — демонстрационная реакция соответствующего щелочного оксида с соответствующей кислотой.
Также:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{2 \ KOH + N_2O_5 \longrightarrow 2 \ KNO_3 + H_2O}, }[/math]
- [math]\displaystyle{ \mathsf{NH_4NO_3 + KOH \longrightarrow NH_3\uparrow + KNO_3 + H_2O}, }[/math]
- [math]\displaystyle{ \mathsf{K_2CO_3 + 2 \ HNO_3 \longrightarrow 2 \ KNO_3+ H_2O + CO_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[4]. 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[5]
В очень малых количествах нитрат калия содержится в растениях[6], 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[7].
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[8]. 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[9].
См. также
Примечания
- ↑ Spencer, Dan. Saltpeter:The Mother of Gunpowder (неопр.). — Oxford, UK: Oxford University Press, 2013. — С. 256. — ISBN 9780199695751.
- ↑ Химия и технология редких и рассеянных элементов / Под ред. Большакова К. А.. — М.: Высшая школа, 1976. — Т. 1. — 91 с.
- ↑ Перейти обратно: 3,0 3,1 Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Реакции неорганических веществ: справочник. — 2-е изд., перераб. и доп.. — С. 251.
- ↑ Нитраты природные — Горная энциклопедия
- ↑ Калиевая селитра. Дата обращения: 10 апреля 2020. Архивировано 22 сентября 2020 года.
- ↑ С. П. Вуколов. Селитра // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1900. — Т. XXIX. — С. 357—362.
- ↑ Кубань-Агро-Альянс. Дата обращения: 13 декабря 2012. Архивировано 13 ноября 2012 года.
- ↑ Добавкам. Нет Архивная копия от 7 августа 2013 на Wayback Machine[неавторитетный источник?]
- ↑ OPINIONS OF THE SCIENTIFIC COMMITTEE FOR FOOD ON: Nitrates and Nitrite Архивная копия от 6 марта 2015 на Wayback Machine / REPORTS OF THE SCIENTIFIC COMMITTEE FOR FOOD; European Commission, 1997
Ссылки
