Νιτρικό κάλιο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Νιτρικό κάλιο σε μορφή σκόνης
Η δομή του μορίου του νιτρικού καλίου

Το νιτρικό κάλιο είναι ανόργανη χημική ένωση με μοριακό τύπο KNO3 και μοριακό βάρος 101,1032. Είναι ένα άλας του καλίου.

Απαντάται στη φύση ως το ορυκτό νίτρο και αποτελεί φυσική στερεά πηγή αζώτου. Χρησιμοποιείται ως λίπασμα, στην παραγωγή της πυρίτιδας, στα πυροτεχνήματα και ως προωθητικό πυραύλων. Από τον Μεσαίωνα χρησιμοποιείται επίσης ως συντηρητικό τροφίμων.

Φυσικές ιδιότητες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το νιτρικό κάλιο είναι λευκό άοσμο κρυσταλλικό στερεό με πυκνότητα 2,11 γραμμάρια ανά cm3 και ορθορομβική κρυσταλλική δομή σε θερμοκρασία δωματίου, που μεταπίπτει σε τριγωνική στους 129 °C. τήκεται σε θερμοκρασία 334 °C και διασπάται πριν βράσει, σε θερμοκρασία άνω των 400 °C. Είναι μετρίως διαλυτό στο νερό, αλλά η διαλυτότητά του αυξάνεται πολύ με τη θερμοκρασία. Το υδατικό του διάλυμα είναι σχεδόν ουδέτερο, με pH 6,2 στους 14 °C για διάλυμα 10%. Δεν είναι ιδιαίτερα υγροσκοπικό, απορροφώντας νερό ίσο με περίπου 0,03% του βάρους του σε περιβάλλον με σχετική υγρασία 80% μέσα σε 50 ημέρες. Είναι αδιάλυτο στο οινόπνευμα και δεν είναι δηλητηριώδες. Μπορεί να αντιδράσει εκρηκτικά με αναγωγικές ουσίες, αλλά το ίδιο δεν είναι εκρηκτικό.

Ιστορία παραγωγής[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Από ορυκτές πηγές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η αρχαιότερη γνωστή διαδικασία επεξεργασίας νιτρικού καλίου περιγράφηκε το 1270 από τον χημικό και μηχανικό Χασάν αλ-Ραμά. Ο αλ Ραμά περιγράφει πρώτα τον καθαρισμό του barud (ορυκτού νίτρου) με βρασμό του με την ελάχιστη δυνατή ποσότητα νερού, και μετά τη χρήση ανθρακικού καλίου (με τη μορφή στάχτης ξύλου) για την αφαίρεση του ασβεστίου και του μαγνησίου με καθίζηση των ανθρακικών τους αλάτων σε αυτό το θερμό διάλυμα, αφήνοντας καθαρό διάλυμα KNO3 που μπορούσε μετά να αποξηρανθεί[1]. Τότε το νιτρικό κάλιο μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή πυρίτιδας και εκρηκτικών. Η ορολογία στο σχετικό έργο του Ραμά υποδεικνύει την κινεζική προέλευση της πυρίτιδας[2]

Από σπήλαια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Σημαντική φυσική πηγή νιτρικού καλίου αποτελούσαν τα αποθέματα που κρυσταλλώνονταν σε τοιχώματα σπηλαίων και οι συγκεντρώσεις γκουανό (κοπριάς νυχτερίδων) από αυτά.[3]. Η εξαγωγή της ουσίας γίνεται με τη βύθιση του γκουανό σε νερό για μία ημέρα, τη διήθησή του και τη συλλογή των κρυστάλλων από το νερό. Παραδοσιακά το γκουανό ήταν η πηγή που χρησιμοποιούσαν στο Λάος για την παρασκευή πυρίτιδας για την Εορτή των πυραύλων (Bang Fai).

Περιγραφή του Λεκόντ[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η πληρέστερη ίσως περιγραφή της παραγωγής του KNO3 στους ιστορικούς χρόνους είναι το πολύτιμο κείμενο του Τζόζεφ Λεκόντ (1862).[4] Ο Λεκόντ έγραφε με τον διακηρυγμένο σκοπό να αυξήσει την παραγωγή στις Συνομόσπονδες Πολιτείες της Αμερικής για να ικανοποιήσουν τις ανάγκες τους σε μπαρούτι κατά τον Αμερικανικό Εμφύλιο Πόλεμο. Επειδή αναζητούσε τη βοήθεια αγροτικών κοινοτήτων, η περιγραφή και οι οδηγίες του είναι απλές και κατανοητές από τον καθένα. Περιγράφει τη «γαλλική μέθοδο» με αρκετές παραλλαγές της, και μία λεγόμενη «ελβετική μέθοδο».

Η γαλλική μέθοδος[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Αναμιγνύουμε κοπριά με κονίαμα ή στάχτη ξύλου, απλό χώμα και οργανικά υλικά, όπως το άχυρο, για να προσδώσουμε πορώδη υφή σε ένα σωρό με διαστάσεις χονδρικά 1 μέτρο ύψος, 2 πλάτος και 4-5 μήκος[4]. Ο σωρός καλύπτεται συνήθως για προστασία από τη βροχή, αλλά διατηρείται υγρός με ούρα, αναστρέφεται συχνά για την επιτάχυνση της αποσυνθέσεως, και τελικώς, μετά από ένα έτος περίπου αποπλένεται με νερό. Το νερό διαλύει το νιτρικό ασβέστιο από τον σωρό, που δίνει νιτρικό κάλιο με φιλτράρισμα του νερού αυτού μέσα από ορυκτά του καλίου.

Η «ελβετική μέθοδος»[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Με τον όρο «ελβετική μέθοδος» o Λεκόντ περιγράφει μία διαδικασία που χρησιμοποιεί μόνο ούρα και καθόλου κοπριά. Τα ούρα συλλέγονται από τα ζώα μέσα σε έναν λάκκο κάτω από έναν στάβλο. Ο λάκκος έχει επίστρωση άμμου στον πυθμένα. Η άμμος συλλέγεται και τα διαλυμένα νιτρικά άλατα μετατρέπονται σε νιτρικό κάλιο όπως παραπάνω.

Από νιτρικό οξύ[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Από το 1903 μέχρι τον Α΄ Παγκόσμιο Πόλεμο το νιτρικό κάλιο παραγόταν σε βιομηχανική κλίμακα από νιτρικό οξύ, το οποίο με τη σειρά του παραγόταν με τη διαδικασία Birkeland-Eyde. Κατά τον Α΄ Παγκόσμιο Πόλεμο η νέα βιομηχανοποιημένη μέθοδος Χάμπερ-Μπος (1913) συνδύασθηκε με τη μέθοδο Ostwald μετά το 1915, επιτρέποντας στη Γερμανία να παράγει νιτρικό οξύ για τις πολεμικές ανάγκες και μετά την αποκοπή της από τον εφοδιασμό με νίτρο από τη Χιλή.

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το νιτρικό κάλιο μπορεί να παρασκευασθεί χημικά από την ανάμιξη νιτρικού αμμωνίου και υδροξειδίου του καλίου.

NH4NO3 (aq) + KOH (aq) → NH3 (g) + KNO3 (aq) + H2O (l)

Αν δεν είναι επιθυμητή η έκλυση αμμωνίας, η ουσία μπορεί να παραχθεί από νιτρικό αμμώνιο και χλωριούχο κάλιο:

NH4NO3 (aq) + KCl (aq) → NH4Cl (aq) + KNO3 (aq)

Το νιτρικό κάλιο μπορεί να παραχθεί επίσης από την εξουδετέρωση του νιτρικού οξέος με υδροξείδιο του καλίου. Αυτή η αντίδραση είναι πολύ εξώθερμη.

KOH (aq) + HNO3 → KNO3 (aq) + H2O (l)

Σε βιομηχανική κλίμακα το KNO3t παράγεται με την αντίδραση διπλής αντικαταστάσεως μεταξύ νιτρικού νατρίου και χλωριούχου καλίου:

NaNO3 (aq) + KCl (aq) → NaCl (aq) + KNO3 (aq)

Χρήσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το νιτρικό κάλιο έχει μία ευρεία ποικιλία χρήσεων:

Παραγωγή νιτρικού οξέος[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ιστρικώς το νιτρικό οξύ παραγόταν από την επίδραση θειικού οξέος σε νιτρικά άλατα. Από τις αρχές του 20ού αιώνα ισχύει το αντίστροφο: νιτρικά άλατα παράγονται από το νιτρικό οξύ που παράγεται με τη μέθοδο Όστβαλντ.

Οξειδωτικό μέσο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η γνωστότερη χρήση του νιτρικού καλίου είναι μάλλον ως οξειδωτικού μέσου στην παραγωγή μαύρης πυρίτιδας (είναι γνωστή και ως μπαρούτι ακριβώς από την αραβική λέξη barud = ορυκτό νίτρο). Από την αρχαιότητα μέχρι και τη δεκαετία του 1880 η μαύρη πυρίτιδα παρείχε την εκρηκτική ισχύ για όλα τα πυροβόλα όπλα του κόσμου. Στη συνέχεια άρχισε η αυξανόμενη χρήση του κορδίτη, της βρετανικής άκαπνης πυρίτιδας. Η μαύρη πυρίτιδα παραμένει σε χρήση σήμερα ως προωθητικό πυραύλων πυροτεχνημάτων, μόνη της η σε συνδυασμό με ζάχαρη, σε έθιμα όπως τα χαλκούνια και ως πρόσθετο σε τσιγάρα για τη διατήρηση σταθερού ρυθμού καύσεως του καπνού[5].

Συντηρητικό τροφίμων[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Στη συντήρηση τροφίμωνon το νιτρικό κάλιο προστίθεται στο παστό κρέας ήδη από την εποχή του Μεσαίωνα,[6], αλλά σήμερα η χρήση του έχει ελαχιστοποιηθεί εξαιτίας της μεγαλύτερης αξιοπιστίας άλλων νιτρικών κ.ά. αλάτων. Χρησιμοποιείται ακόμα σε επεξεργασμένα κρέατα και στην άλμη που χρησιμοποιείται για την παρασκευή κορν-μπιφ[7]. Στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ενώσεως, όταν χρησιμοποιείται ως προσθετικό τροφίμων[8], το νιτρικό κάλιο αναφέρεται με την κωδική ονομασία E252 (είναι εγκεκριμένο ως πρόσθετο τροφίμων και στις ΗΠΑ[9]), την Αυστραλία και τη Νέα Ζηλανδία[10] (όπου αναφέρεται ως INS 252)[11]. Παρά το ότι τα νιτρικά άλατα γενικώς έχουν κατηγορηθεί ότι απελευθερώνουν τις καρκινογόνες ουσίες νιτροζαμίνες, εξακολουθούν να προστίθενται στα προϊόντα κατεργασμένου κρέατος, όπως τα λουκάνικα, επειδή καταστέλλουν την επώαση των ενδοσπορίων του βακτηριδίου C. botulinum και έτσι προφυλάσσουν από τον βοτουλισμό που προκαλείται από τις τοξίνες τους[12] [13]

Μαγειρική[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Στη μαγειρική της Δυτικής Αφρικής το ορυκτό νιτρικό κάλιο χρησιμοποιείται αρκετά ως παράγοντας πυκνώσεως στις σούπες[14] και άλλα φαγητά. Επίσης, για το μαλάκωμα της τροφής και τη μείωση του χρόνου του βρασμού φασολιών και σκληρών κρεάτων. Αποτελεί επίσης ουσιώδες συστατικό στην παρασκευή ειδικών χυλών, όπως ο kunun kanwa[15], που μεταφράζεται κατά λέξη (γλώσσα χάουσα) ως «χυλός νίτρου».

Λίπασμα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το νιτρικό κάλιο είναι συστατικό των λιπασμάτων ως πηγή αζώτου και καλίου – δύο μακροθρεπτικών στοιχείων για τα φυτά. Από μόνο του, έχει τιμές NPK 13-0-44.[16][17]

Φαρμακολογία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Διάφορες άλλες χρήσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Ηλεκτρολύτης σε γέφυρα άλατος
  • Ενεργό συστατικό σε πυροσβεστικά συστήματα συμπυκνωμένου αεροδιαλύματος. Καιόμενο με τις ελεύθερες ρίζες μιας φλόγας παράγει ανθρακικό κάλιο.[24]
  • Καθαριστικό αλουμινίου
  • Σε λουτρό τηγμένου άλατος μέσης θερμοκρασίας για τη θερμική κατεργασία μετάλλων, συνήθως σε συνδυασμό με νιτρώδες νάτριο. Παρόμοιο λουτρό παράγει ανθεκτικό μελανόμαυρο φινίρισμα που γίνεται συνήθως σε όπλα. Η διαλυτότητά του στο νερό και το μικρό κόστος του το καθιστούν ιδανικό βραχυπρόθεσμο αντισκωριακό[25].
  • Επάγει την ανθοφορία των δένδρων μάνγκο στις Φιλιππίνες[26][27], πράξη που αυξάνει την παραγωγή μέχρι και στο τριπλάσιο.
  • Μέσο αποθηκεύσεως θερμότητας σε συστήματα παραγωγής ενέργειας. Τηγμένα άλατα όπως το νιτρικό κάλιο αποθηκεύονται μετά τη θέρμανσή τους από ηλιακή ενέργεια που συγκεντρώνεται από κοίλα κάτοπτρα, όπως στο Gemasolar Thermosolar Plant στην Ισπανία.

Δείτε επίσης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Παραπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Ahmad Y Hassan: «Potassium Nitrate in Arabic and Latin Sources», History of Science and Technology in Islam.
  2. Jack Kelly (2005). Gunpowder: Alchemy, Bombards, and Pyrotechnics: The History of the Explosive that Changed the World. Basic Books, σελ. 22. ISBN 978-0-465-03722-3. https://books.google.com/books?id=8xfs8tC8Ow0C&pg=PA22. «Around 1240 the Arabs acquired knowledge of saltpeter ("Chinese snow") from the East, perhaps through India.» 
  3. Major George Rains (1861). Notes on Making Saltpetre from the Earth of the Caves. New Orleans, LA: Daily Delta Job Office, σελ. 14. https://archive.org/stream/notesonmakingsal01rain. Ανακτήθηκε στις 13 Σεπτεμβρίου 2012. 
  4. 4,0 4,1 Joseph LeConte (1862). Instructions for the Manufacture of Saltpeter. Columbia, S.C.: South Carolina Military Department, σελ. 14. http://docsouth.unc.edu/imls/lecontesalt/leconte.html. Ανακτήθηκε στις 2007-10-19. 
  5. Inorganic Additives for the Improvement of Tobacco, TobaccoDocuments.org
  6. "Meat Science", University of Wisconsin. uwex.edu.
  7. Corned Beef, Food Network
  8. UK Food Standards Agency: «Current EU approved additives and their E Numbers». http://www.food.gov.uk/safereating/chemsafe/additivesbranch/enumberlist. Ανακτήθηκε στις 2011-10-27. 
  9. US Food and Drug Administration: «Listing of Food Additives Status Part II». http://www.fda.gov/Food/FoodIngredientsPackaging/FoodAdditives/ucm191033.htm#ftnT. Ανακτήθηκε στις 2011-10-27. 
  10. Australia New Zealand Food Standards Code«Standard 1.2.4 – Labelling of ingredients». http://www.comlaw.gov.au/Details/F2011C00827. Ανακτήθηκε στις 2011-10-27. 
  11. B. J. Kosanke. B. Sturman. K. Kosanke. I. von Maltitz. T. Shimizu. M. A. Wilson. N. Kubota. C. Jennings-White και άλλοι. (2004). «2». Pyrotechnic Chemistry. Journal of Pyrotechnics, σελ. 5–6. ISBN 1-889526-15-0. https://books.google.com/books?id=Q1yJNr92-YcC&pg=PA5. 
  12. Clostridium in food
  13. Sodium nitrite and nitrate facts. Ανακτήθηκε στις 12 Δεκεμβρίου 2014.
  14. «Cook Clean Site Ghanaian Recipe». CookClean Ghana. http://www.cookclean.net/ghanaian_recipe.htm. 
  15. Marcellina Ulunma Okehie-Offoha (1996). Ethnic & cultural diversity in Nigeria.. Trenton, N.J.: Africa World Press. 
  16. Michigan State University Extension Bulletin E-896: N-P-K Fertilizers
  17. Environmental Impact of Fertilizer on Soil and Water. 2004, σελ. 40. https://books.google.com/books?id=v_PwAAAAMAAJ. 
  18. «Sensodyne Toothpaste for Sensitive Teeth». 2008-08-03. https://web.archive.org/web/20070807010449/http://us.sensodyne.com/products_freshmint.aspx. Ανακτήθηκε στις 2008-08-03. 
  19. Enomoto, K (2003). «The Effect of Potassium Nitrate and Silica Dentifrice in the Surface of Dentin». Japanese Journal of Conservative Dentistry 46 (2): 240–247. http://sciencelinks.jp/j-east/article/200315/000020031503A0361500.php. 
  20. R. Orchardson and D.G. Gillam (2006). «Managing dentin hypersensitivity». Journal of the American Dental Association (1939) 137 (7): 990–8; quiz 1028–9. doi:10.14219/jada.archive.2006.0321. PMID 16803826. http://www.ufpi.br/subsiteFiles/ppgo/arquivos/files/Orchardson_&_Gillam_2006_Manejo_da_Hipersensibilidade_Dentinaria.pdf. 
  21. Orville Harry Brown (1917). Asthma, presenting an exposition of the nonpassive expiration theory. C.V. Mosby company, σελ. 277. https://books.google.com/books?id=EeYRAAAAYAAJ. 
  22. LOCAL MANUFACTURED DRUG REGISTRATION FOR HUMAN (COMBINE). fda.moph.go.th
  23. Reichert ET. (1880). «On the physiological action of potassium nitrite». Am. J. Med. Sci. 80: 158–180. 
  24. Adam Chattaway; Robert G. Dunster; Ralf Gall; David J. Spring. «THE EVALUATION OF NON-PYROTECHNICALLY GENERATED AEROSOLS AS FIRE SUPPRESSANTS». United States National Institute of Standards and Technology (NIST). http://www.nist.gov/el/fire_research/upload/R0000245.pdf. 
  25. David E. Turcotte; Frances E. Lockwood (8 Μαΐου 2001). «Aqueous corrosion inhibitor Note. This patent cites potassium nitrate as a minor constituent in a complex mix. Since rust is an oxidation product, this statement requires justification.». United States Patent. 6,228,283. http://patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect2=PTO1&Sect2=HITOFF&p=1&u=/netahtml/PTO/search-bool.html&r=1&f=G&l=50&d=PALL&RefSrch=yes&Query=PN/6228283. 
  26. Elizabeth March (June 2008). «The Scientist, the Patent and the Mangoes – Tripling the Mango Yield in the Philippines». WIPO Magazine. United Nations World Intellectual Property Organization. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 25 Αυγούστου 2012. http://www.wipo.int/wipo_magazine/en/2008/03/article_0001.html. 
  27. «Filipino scientist garners 2011 Dioscoro L. Umali Award». Southeast Asian Regional Center for Graduate Study and Research in Agriculture (SEARCA). Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 30 Νοεμβρίου 2011. https://web.archive.org/web/20111130182054/http://beta.searca.org/searca/index.php/news/723-filipino-scientist-garners-2011-dioscoro-l-umali-award. 

Βιβλιογραφία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  • Dennis W. Barnum (2003): «Some History of Nitrates», Journal of Chemical Education. τόμ. 80, σελ. 1393. link.
  • David Cressy: Saltpeter: The Mother of Gunpowder (Oxford University Press, 2013) online review by Robert Tiegs
  • Alan Williams: «The production of saltpeter in the Middle Ages», Ambix, τόμος 22 (1975), σσ. 125–33. Maney Publishing, ISSN 0002-6980.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Potassium nitrate της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).