Нитрат калия — химическое соединение с острым, солено-горьким вкусом и химической формулой K N O
3. Это ионная соль ионов калия K + и ионов нитрата NO 3 − , и поэтому является нитратом щелочного металла . Он встречается в природе как минерал, селитра (или нитра за пределами США). [5] Это источник азота , и азот был назван в честь селитры. Нитрат калия является одним из нескольких азотсодержащих соединений, которые вместе называются селитрой (или селитрой в США). [5]
Основные применения нитрата калия — удобрения , удаление пней , ракетное топливо и фейерверки . Это один из основных компонентов пороха (черного пороха). [6] В обработанном мясе нитрат калия реагирует с гемоглобином и миоглобином , образуя красный цвет. [7]
Селитра, или нитрат калия, имеет много названий из-за своего раннего и всемирного применения и производства.
Что касается нитрата, еврейские и египетские слова для него имели согласные ntr, что указывает на вероятное родство с греческим nitron , который был латинизирован в nitrum или nitrium . Отсюда в старофранцузском было niter и в среднеанглийском nitre . К 15 веку европейцы называли его saltpetre , [8] в частности индийской saltpetre (чилийская saltpetre — это нитрат натрия [9] ), а позже — нитратом калия, поскольку химия соединения была более полно изучена.
Арабы называли его «китайским снегом» ( араб . ثلج الصين , латинизировано : thalj al-ṣīn ), а также bārūd ( بارود ), термин неопределенного происхождения, который позже стал означать порох . Иранцы/персы называли его «китайской солью» [10] [11] [12] или «солью из китайских солончаков» ( перс . نمک شوره چينی namak shūra chīnī ). [13] : 335 [14] В трактате «Тяньгун Кайу» , опубликованном в 17 веке членами династии Цин , подробно описывалось производство пороха и других полезных продуктов из природы.
В Маурьевской Индии производители селитры образовали касту нунийя и лабана . [15] Селитра упоминается в «Артхашастре» Каутильи (составленной в 300 г. до н. э. – 300 г. н. э.), где упоминается использование ее ядовитого дыма в качестве оружия войны, [16] хотя ее применение в качестве двигателя началось только в средние века.
Процесс очистки нитрата калия был описан в 1270 году химиком и инженером Хасаном ар-Раммахом из Сирии в его книге «Аль-Фурусийя ва аль-Манасиб аль-Харбийя» ( «Книга о военном искусстве верховой езды и изобретательных военных устройствах »). В этой книге ар-Раммах сначала описывает очистку баруда (сырой минерал селитры) путем кипячения его с минимальным количеством воды и использования только горячего раствора, затем использование оксида калия (в виде древесной золы ) для удаления кальция и магния путем осаждения их карбонатов из этого раствора, в результате чего остается раствор очищенного нитрата калия, который затем можно было высушить. [17] Это использовалось для изготовления пороха и взрывных устройств. Терминология, использованная ар-Раммахом, указывала на то, что порох, о котором он писал, возник в Китае. [18]
По крайней мере еще в 1845 году месторождения нитратита разрабатывались в Чили и Калифорнии.
Основными природными источниками нитрата калия были отложения, кристаллизующиеся со стен пещер, и скопления гуано летучих мышей в пещерах. [19] Извлечение осуществляется путем погружения гуано в воду на день, фильтрации и сбора кристаллов в отфильтрованной воде. Традиционно гуано было источником, используемым в Лаосе для производства пороха для ракет Bang Fai . [20]
Нитрат кальция , или известковая селитра, была обнаружена на стенах конюшен из мочи животных, содержащихся на скотном дворе. [9]
Нитрат калия производился в нитратных или « селитрильных заводах ». [21] Процесс включал захоронение экскрементов (человеческих или животных) на поле рядом с нитратными заводами, их полив и ожидание, пока выщелачивание позволит селитре выйти на поверхность путем выцветания . Затем операторы собирали полученный порошок и транспортировали его для концентрирования путем кипения в котельной установке. [22] [23]
Помимо « Монтепеллюсануса », в тринадцатом веке (и позже) единственным источником селитры в христианской Европе (согласно «De Alchimia» в трех рукописях Майкла Скота, 1180–1236) был «найден в Испании в Арагоне на определенной горе недалеко от моря». [13] : 89, 311 [24]
В 1561 году Елизавета I , королева Англии и Ирландии, находившаяся в состоянии войны с Филиппом II Испанским , оказалась не в состоянии импортировать селитру (которую в Королевстве Англии не производили), и была вынуждена заплатить «300 фунтов золота» немецкому капитану Геррарду Хонрику за руководство «Инструкции по изготовлению селитры для выращивания» (секрет « Feuerwerkbuch » — селитры). [25]
Нитратный слой — это похожий процесс, используемый для получения нитрата из экскрементов. Однако, в отличие от процесса, основанного на выщелачивании, нитрат смешивается с почвой и ждет, пока почвенные микробы преобразуют аминоазот в нитраты путем нитрификации . Нитраты извлекаются из почвы водой, а затем очищаются до селитры путем добавления древесной золы. Процесс был открыт в начале 15 века и очень широко использовался до тех пор, пока не были обнаружены чилийские месторождения полезных ископаемых. [26]
Сторона Конфедерации в Гражданской войне в США испытывала значительную нехватку селитры. В результате было создано Бюро по селитре и горному делу для поощрения местного производства, в том числе путем создания грядок селитры и поставки экскрементов в государственные селитры. 13 ноября 1862 года правительство разместило в Charleston Daily Courier объявление о наборе 20 или 30 «трудоспособных негров» для работы на новых грядках селитры в Эшли-Ферри, Южная Каролина. Грядки селитры представляли собой большие прямоугольники из перепревшего навоза и соломы, которые еженедельно смачивались мочой, «навозной водой» и жидкостью из уборных, выгребных ям и стоков и регулярно переворачивались. Национальный архив опубликовал записи о заработной плате, в которых указано, что более 29 000 человек были вынуждены работать на таких работах в штате Вирджиния. Юг был настолько отчаянно нуждается в селитре для пороха, что, как сообщается, один чиновник из Алабамы разместил в газете объявление с просьбой сохранить содержимое ночных горшков для сбора. В апреле 1864 года в Южной Каролине правительство Конфедерации заставило 31 раба работать на заводе по производству нитрида Эшли-Ферри, недалеко от Чарльстона. [27]
Возможно, наиболее исчерпывающее обсуждение производства селитры — это текст Леконта 1862 года . [28] Он писал с явной целью увеличения производства в Конфедеративных Штатах для удовлетворения их потребностей во время Гражданской войны в США . Поскольку он призывал к помощи сельские фермерские общины, описания и инструкции одновременно просты и понятны. Он подробно описывает «французский метод» вместе с несколькими его вариациями, а также «швейцарский метод». NB Было сделано много ссылок на метод, использующий только солому и мочу, но в этой работе такого метода нет.
Тюрго и Лавуазье создали Régie des Poudres et Salpêtres за несколько лет до Французской революции . Селитровые грядки готовились путем смешивания навоза с раствором или древесной золой, обычной землей и органическими материалами, такими как солома, чтобы придать пористость компостной куче, как правило, высотой 4 фута (1,2 м), шириной 6 футов (1,8 м) и длиной 15 футов (4,6 м). [28] Куча обычно находилась под навесом от дождя, поддерживалась влажной с помощью мочи , часто переворачивалась для ускорения разложения, затем, наконец, выщелачивалась водой примерно через год, чтобы удалить растворимый нитрат кальция , который затем преобразовывался в нитрат калия путем фильтрации через поташ .
Джозеф Леконт описывает процесс, использующий только мочу, а не навоз, называя его швейцарским методом . Моча собирается напрямую, в песочнице под конюшней. Сам песок выкапывается и выщелачивается для получения нитратов, которые затем преобразуются в нитрат калия с использованием поташа, как указано выше. [29]
С 1903 года и до Первой мировой войны нитрат калия для черного пороха и удобрений производился в промышленных масштабах из азотной кислоты , полученной с использованием процесса Биркеланда-Эйде , который использовал электрическую дугу для окисления азота из воздуха. Во время Первой мировой войны недавно промышленный процесс Габера (1913) был объединен с процессом Оствальда после 1915 года, что позволило Германии производить азотную кислоту для войны после того, как она была отрезана от поставок минеральных нитратов натрия из Чили (см. нитратит ).
Нитрат калия можно получить путем смешивания нитрата аммония и гидроксида калия .
Альтернативный способ получения нитрата калия без побочного продукта аммиака заключается в объединении нитрата аммония, содержащегося в пакетах для мгновенного замораживания , [30] и хлорида калия , который легко получить в качестве заменителя соли, не содержащего натрия .
Нитрат калия также может быть получен путем нейтрализации азотной кислоты гидроксидом калия. Эта реакция является сильно экзотермической.
В промышленных масштабах его получают путем двойной реакции замещения между нитратом натрия и хлоридом калия.
Нитрат калия имеет орторомбическую кристаллическую структуру при комнатной температуре, [31] которая трансформируется в тригональную систему при 128 °C (262 °F). При охлаждении от 200 °C (392 °F) образуется другая тригональная фаза между 124 °C (255 °F) и 100 °C (212 °F). [32] [33]
Нитрат натрия изоморфен кальциту , наиболее стабильной форме карбоната кальция , тогда как нитрат калия при комнатной температуре изоморфен арагониту , немного менее стабильному полиморфу карбоната кальция. Разница объясняется сходством размеров нитрата ( NO−3) и карбонат ( CO2−3) ионов и тот факт, что ион калия ( K + ) больше, чем ионы натрия ( Na + ) и кальция ( Ca2 + ). [34]
В структуре нитрата калия при комнатной температуре каждый ион калия окружен 6 ионами нитрата. В свою очередь, каждый ион нитрата окружен 6 ионами калия. [31]
Нитрат калия умеренно растворим в воде, но его растворимость увеличивается с температурой. Водный раствор почти нейтрален, показывая pH 6,2 при 14 °C (57 °F) для 10% раствора коммерческого порошка. Он не очень гигроскопичен , поглощая около 0,03% воды при 80% относительной влажности в течение 50 дней. Он нерастворим в спирте и не ядовит; он может взрывоопасно реагировать с восстановителями , но сам по себе не взрывоопасен. [2]
Между 550–790 °C (1022–1454 °F) нитрат калия достигает температурно-зависимого равновесия с нитритом калия : [35]
Нитрат калия имеет широкий спектр применения, в основном как источник нитрата.
Исторически азотная кислота производилась путем соединения серной кислоты с нитратами, такими как селитра. В наше время все наоборот: нитраты производятся из азотной кислоты, полученной с помощью процесса Оствальда .
Наиболее известным применением нитрата калия, вероятно, является использование в качестве окислителя в черном порохе . С древнейших времен и до конца 1880-х годов черный порох обеспечивал взрывную силу для всего огнестрельного оружия мира. После этого стрелковое оружие и крупная артиллерия все больше стали зависеть от кордита , бездымного пороха . Черный порох и сегодня используется в ракетных двигателях на черном порохе , но также в сочетании с другими видами топлива, такими как сахар в « ракетных конфетах » (популярное любительское ракетное топливо). Он также используется в фейерверках, таких как дымовые шашки . [36] Его также добавляют в сигареты для поддержания равномерного горения табака [37] и используют для обеспечения полного сгорания бумажных патронов для револьверов с капсюлями и шариками. [38] Его также можно нагревать до нескольких сотен градусов, чтобы использовать для селитрового воронения , которое менее долговечно, чем другие формы защитного окисления, но позволяет получить особую и часто красивую окраску стальных деталей, таких как винты, штифты и другие мелкие детали огнестрельного оружия.
Нитрат калия был обычным ингредиентом соленого мяса со времен античности [39] или Средневековья . [40] Широкое распространение использования нитрата произошло позднее и связано с развитием крупномасштабной переработки мяса. [6] Использование нитрата калия в основном было прекращено, поскольку оно дает медленные и непоследовательные результаты по сравнению с препаратами нитрита натрия , такими как «пражский порошок» или розовая « соль для посола ». Тем не менее, нитрат калия все еще используется в некоторых пищевых продуктах, таких как салями, вяленая ветчина, колбасные изделия и (в некоторых странах) в рассоле, используемом для приготовления солонины (иногда вместе с нитритом натрия). [41] На Шетландских островах (Великобритания) его используют при посоле баранины для приготовления реститовой баранины , местного деликатеса. [42] При использовании в качестве пищевой добавки в Европейском союзе [43] соединение упоминается как E252 ; он также одобрен для использования в качестве пищевой добавки в Соединенных Штатах [44] , Австралии и Новой Зеландии [45] (где он указан под номером INS 252). [2]
С октября 2015 года ВОЗ классифицирует переработанное мясо как канцероген Группы 1 (на основании эпидемиологических исследований, убедительно канцерогенных для человека). [46]
В апреле 2023 года французский апелляционный суд Лиможа подтвердил, что неправительственная организация Yuka, занимающаяся контролем качества пищевых продуктов, имела законные основания называть нитрат калия E249–E252 «риском рака», и, таким образом, отклонил апелляцию французской мясной промышленности против этой организации. [47]
Нитрат калия используется в удобрениях как источник азота и калия – двух макроэлементов для растений. При использовании отдельно он имеет рейтинг NPK 13-0-44. [48] [49]
Когда-то считалось, что нитрат калия вызывает импотенцию , и до сих пор ходят слухи, что он содержится в институциональной пище (например, в армейском рационе). Научных доказательств таких свойств нет. [64] [65] В «Выстреле в банк » Эл ( Джоанна Кэссиди ) делает предложение Уолтеру Баллантайну ( Джордж К. Скотт ), который говорит ей, что в тюрьме его кормили селитрой. [ необходима цитата ] В «Пролетая над гнездом кукушки » медсестры просят Рэндла принять лекарства, но, не зная, что это такое, он упоминает, что не хочет, чтобы кто-то «подсыпал мне селитру». Затем он начинает имитировать движения мастурбации.
В 1776 году Джон Адамс просит свою жену Эбигейл сделать селитру для Континентальной армии. В конце концов, ей удается сделать это в обмен на булавки для шитья. [66]
В эпизоде « Арена » сериала « Звёздный путь » капитан Кирк ранит горна , используя примитивную пушку, которую он сконструировал, используя нитрат калия в качестве ключевого ингредиента пороха . [ необходима ссылка ]
В фильме «Джамп стрит , 21» Дженко, которого играет Ченнинг Татум , делает рифмованную презентацию о нитрате калия на уроке химии. [ необходима цитата ]
В романе «Пожирая Рауля » Поль нанимает доминатрикс , чтобы та выдала себя за медсестру и обманом заставила Рауля съесть селитру, чтобы уменьшить его сексуальный аппетит к жене. [ необходима цитата ]
В эпизоде мультсериала « Симпсоны » « El Viaje Misterioso de Nuestro Jomer (Таинственное путешествие нашего Гомера) » мистер Бернс насыпает селитру в свое блюдо с чили под названием «Селитровый чили по-йельски от старого Элиху». [ необходима цитата ]
В серии романов о Шарпе Бернарда Корнуэлла неоднократно упоминается выгодная поставка селитры из Индии, которая была важнейшим компонентом британского военного превосходства в Наполеоновских войнах. В романе « Опустошение Шарпа » французский капитан Аржентон сетует, что Франции приходится выгребать свои запасы из выгребных ям . [ требуется цитата ]
В аниме и манге «Доктор Стоун» борьба за контроль над природным источником селитры из гуано занимает видное место в сюжете. [ необходима цитата ]
В фермерских преданиях Кукурузного пояса 1800-х годов кукуруза, погибшая от засухи [67] на удобренных навозом полях, могла накапливать селитру в такой степени, что при вскрытии стебля для осмотра она «падала на стол в виде мелкого порошка» [68] .
В словенской книге https://sl.wikipedia.org/wiki/Potassium_nitrate/Martin_Krpan_z_Vrha нитрат калия назывался английской солью. Мартин Крпан перевозил его через всю страну. В ежегодной традиции, называемой pust. Люди вешают мешки, обычно с песком или обычной солью, чтобы представлять нитрат калия и Мартина Крпана. Немногие знакомы с нитратом калия, и они просто называют его английской солью, и редко кто знает, что он перевозил его для использования в порохе.
В любом случае, есть лингвистические доказательства китайского происхождения технологии: в Дамаске арабы называли селитру, используемую для изготовления пороха, «китайским снегом», в то время как в Иране ее называли «китайской солью».
Китайцы, несомненно, были знакомы с селитрой, основным ингредиентом пороха. Они называли ее китайским снегом и использовали ее в начале христианской эры при изготовлении фейерверков и ракет.
Et ce, en dépit de la multiplicité des avis scientifiques, comme celui du Centre de International de recherche sur le Cancer, classant ces mêmes additifs, connus sous le nom de E249, E250, E251, E252, parmi les «cancerogenes verables», auxquels la Лига борьбы с раком атрибут pres de 4 000 колоректальных раков в паре.[И это, несмотря на множественность научных мнений, таких как мнение Международного агентства по изучению рака, классифицирующего эти же добавки, известные как E249, E250, E251, E252, среди «вероятных канцерогенов», к которым Лига против Ежегодно регистрируется около 4000 случаев рака прямой и толстой кишки.]
Нитрат калия 60 мг