Калийная селитра – химическое соединение с резким, соленым, горьким вкусом и химической формулой K N O.
3. Это ионная соль ионов калия K + и ионов нитрата NO 3 − и, следовательно, является нитратом щелочного металла . В природе встречается в виде минерала селитры (или селитры в Великобритании). [5] Это источник азота , а азот был назван в честь селитры. Нитрат калия — одно из нескольких азотсодержащих соединений, которые вместе называются селитрой (или селитрой в Великобритании). [5]
Нитрат калия в основном используется в производстве удобрений , удалении пней , ракетном топливе и фейерверках . Это один из основных компонентов пороха (черного пороха). [6] В обработанном мясе нитрат калия вступает в реакцию с гемоглобином и миоглобином, образуя красный цвет. [7]
Поташ, или нитрат калия, из-за его раннего и глобального использования и производства имеет много названий. Химический калий был впервые выделен химиком сэром Хамфри Дэви из золы горшка . Имеется в виду ранний метод извлечения различных калийных солей: помещение в железный горшок золы сгоревшей древесины или листьев деревьев, добавление воды, нагревание и выпаривание раствора. [8] Что касается нитрата, еврейские и египетские слова, обозначающие его, имели согласные ntr, что указывает на вероятное родство с греческим нитроном , который был латинизирован как нитрум или нитриум . Отсюда в старофранцузском языке появилась селитра и среднеанглийская селитра . К 15 веку европейцы называли ее селитрой , [ 9] конкретно индийской селитрой (чилийская селитра — это нитрат натрия), а позже — нитратом поташа, поскольку химия этого соединения была более полно понята.
Арабы называли его «китайским снегом» ( араб . ثلج الصين , романизированным : тальдж аль-син ), а также баруд ( بارود ), термином неопределенного происхождения, который позже стал означать порох . Иранцы/персы называли ее «китайской солью» [10] [11] [12] или «солью из китайских солончаков» ( персидский : نمک شوره چينی namak shūra chīnī ). [13] : 335 [14]
В Древней Индии [ когда? ] производители селитры образовали касту Нуния и Лабана . [15] Селитра упоминается в «Арташастре » Каутильи (составленной в 300 г. до н. э. – 300 г. н. э.), в которой упоминается использование ее ядовитого дыма в качестве оружия войны, [16] хотя ее использование в качестве двигателя появилось только в средневековье.
Процесс очистки нитрата калия был описан в 1270 году химиком и инженером Хасаном ар-Раммой из Сирии в его книге « Аль-Фурусийя ва аль-Манасиб аль-Харбия» ( «Книга о военной верховой езде и изобретательных военных устройствах »). В этой книге аль-Рамма описывает сначала очистку баруда (сырого минерала селитры) путем кипячения его с минимальным количеством воды и использования только горячего раствора, а затем использование оксида калия (в виде древесной золы ) для удаления кальция и магния. путем осаждения их карбонатов из этого раствора, оставляя раствор очищенного нитрата калия, который затем можно было высушить. [17] Его использовали для изготовления пороха и взрывных устройств. Терминология, используемая аль-Раммой, указывала на то, что порох, о котором он писал, произошел из Китая. [18]
По крайней мере, еще в 1845 году месторождения нитратита разрабатывались в Чили и Калифорнии.
Основными природными источниками нитрата калия были отложения, кристаллизующиеся на стенах пещер, и скопления помета летучих мышей в пещерах. [19] Экстракция осуществляется путем погружения гуано в воду на день, фильтрации и сбора кристаллов из отфильтрованной воды. Традиционно гуано использовалось в Лаосе для производства пороха для ракет Банг Фай .
Калийную селитру производили на азотных заводах или « селитрах ». [20] Процесс включал захоронение экскрементов (человеческих или животных) в поле рядом с нитратами, полив их и ожидание, пока выщелачивание позволит селитре мигрировать на поверхность путем выцветания . Затем операторы собирали полученный порошок и транспортировали его для концентрирования путем кипячения в котельную. [21] [22]
Помимо « Монтепеллусана », в тринадцатом веке (и далее) единственный запас селитры во всей христианской Европе (согласно «De Alchimia» в 3 рукописях Майкла Скота, 1180–1236) был «найден в Испании, в Арагоне, в некоей горе возле моря". [13] : 89, 311 [23]
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 Английском королевстве не было внутреннего производства), и ей пришлось заплатить «300 фунтов золота» немецкому капитану Геррарду Хонрику за руководство «Инструкция по выращиванию селитры» (секрет « Feuerwerkbuch » -нитрариев-). [24]
Слой селитры — это аналогичный процесс, используемый для производства нитратов из экскрементов. Однако, в отличие от процесса азотирования, основанного на выщелачивании, экскременты смешивают с почвой и ждут, пока почвенные микробы преобразуют аминный азот в нитраты путем нитрификации . Нитраты извлекаются из почвы водой, а затем очищаются до селитры добавлением древесной золы. Этот процесс был открыт в начале 15 века и широко использовался до тех пор, пока не были обнаружены месторождения полезных ископаемых в Чили. [25]
Сторона Конфедерации во время Гражданской войны в США испытывала значительную нехватку селитры. В результате было создано Бюро селитры и горнодобывающей промышленности для стимулирования местного производства, в том числе за счет селитровых пластов и предоставления экскрементов государственным нитритарным заводам. 13 ноября 1862 года правительство разместило в газете Charleston Daily Courier объявление о привлечении 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, увлажняемые еженедельно. с мочой, «навозной водой» и жидкостью из туалетов, выгребных ям и канализации и регулярно переворачивались. Национальный архив опубликовал данные о заработной плате более 29 000 человек, вынужденных к такому труду в штате Вирджиния. Юг настолько отчаянно нуждался в селитре для пороха, что один чиновник из Алабамы, как сообщается, разместил в газете объявление с просьбой сохранить содержимое ночных горшков для сбора. В Южной Каролине в апреле 1864 года правительство Конфедерации заставило 31 порабощенного человека работать на заводе по производству селитры Эшли Ферри недалеко от Чарльстона. [26]
Возможно, наиболее исчерпывающее обсуждение производства селитры содержится в тексте ЛеКонта 1862 года . [27] 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 ясны. Он подробно описывает «французский метод» и несколько его вариаций, а также «швейцарский метод». NB. Было много ссылок на метод с использованием только соломы и мочи, но в данной работе такого метода нет.
Тюрго и Лавуазье создали Régie des Poudres et Salpetres за несколько лет до Французской революции . Грядки из селитры готовились путем смешивания навоза с раствором или древесной золой, обычной землей и органическими материалами, такими как солома, для придания пористости компостной куче, обычно высотой 4 фута (1,2 м), шириной 6 футов (1,8 м) и шириной 15 футов. (4,6 м) в длину. [27] Куча обычно находилась под навесом от дождя, сохранялась влажной от мочи , часто переворачивалась для ускорения разложения, а затем, примерно через год, окончательно выщелачивалась водой, чтобы удалить растворимый нитрат кальция , который затем превращался в нитрат калия путем фильтрация через поташ .
Джозеф ЛеКонте описывает процесс с использованием только мочи, а не навоза, называя его « швейцарским методом» . Моча собирается непосредственно в песочнице под конюшней. Сам песок выкапывают и выщелачивают для получения нитратов, которые затем преобразуются в нитрат калия с использованием поташа, как указано выше. [28]
С 1903 года до начала Первой мировой войны нитрат калия для черного пороха и удобрений производился в промышленных масштабах из азотной кислоты, полученной с использованием процесса Биркеланда-Эйда , в котором для окисления азота из воздуха использовалась электрическая дуга. Во время Первой мировой войны недавно индустриализированный процесс Габера (1913 г.) был объединен с процессом Оствальда после 1915 г., 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, объединив нитрат аммония и гидроксид калия .
Альтернативный способ производства нитрата калия без побочного продукта аммиака заключается в объединении нитрата аммония, содержащегося в пакетах со льдом [29] , и хлорида калия , который легко получить в качестве заменителя соли , не содержащего натрия .
Калийную селитру можно также получить путем нейтрализации азотной кислоты гидроксидом калия. Эта реакция сильно экзотермична.
В промышленных масштабах его получают реакцией двойного замещения нитрата натрия и хлорида калия.
Нитрат калия имеет орторомбическую кристаллическую структуру при комнатной температуре [30] , которая превращается в тригональную систему при 128 ° C (262 ° F). При охлаждении от 200 °C (392 °F) образуется еще одна тригональная фаза при температуре от 124 °C (255 °F) до 100 °C (212 °F). [31] [32]
Нитрат натрия изоморфен кальциту , наиболее стабильной форме карбоната кальция , тогда как нитрат калия при комнатной температуре изоморфен арагониту , немного менее стабильной полиморфной модификации карбоната кальция. Разница объясняется сходством размеров нитратов ( NO−3) и карбонат ( CO2-3) ионов и тот факт, что ион калия ( K + ) больше ионов натрия ( Na + ) и кальция ( Ca2 + ). [33]
В структуре нитрата калия при комнатной температуре каждый ион калия окружен 6 ионами нитрата. В свою очередь, каждый нитрат-ион окружен 6 ионами калия. [30]
Нитрат калия умеренно растворим в воде, но его растворимость увеличивается с повышением температуры. Водный раствор почти нейтральный, имеет pH 6,2 при 14 ° C (57 ° F) для 10% раствора коммерческого порошка. Он не очень гигроскопичен : впитывает около 0,03% воды при относительной влажности 80% в течение 50 дней. Он нерастворим в спирте и не ядовит; он может взрывоопасно реагировать с восстановителями , но сам по себе не взрывоопасен. [2]
При температуре 550–790 ° C (1022–1454 ° F) нитрат калия достигает температурно-зависимого равновесия с нитритом калия : [34]
Нитрат калия имеет множество применений, в основном в качестве источника нитратов.
Исторически азотную кислоту производили путем соединения серной кислоты с нитратами, такими как селитра. В наше время ситуация обратная: нитраты производятся из азотной кислоты, полученной по процессу Оствальда .
Наиболее известным применением нитрата калия, вероятно, является использование в качестве окислителя черного пороха . С древнейших времен и до конца 1880-х годов черный порох обеспечивал взрывную силу всего огнестрельного оружия в мире. После этого стрелковое оружие и крупная артиллерия все больше стали зависеть от кордита — бездымного пороха . Черный порох по-прежнему используется в ракетных двигателях на черном порохе , а также в сочетании с другими видами топлива, такими как сахар, в « ракетных леденцах » (популярном любительском ракетном топливе). Он также используется в фейерверках, таких как дымовые шашки . [35] Его также добавляют в сигареты для поддержания равномерного горения табака [36] и используют для обеспечения полного сгорания бумажных патронов для револьверов с колпачком и шариком. [37] Его также можно нагреть до нескольких сотен градусов, чтобы использовать его для воронения селитрой , которая менее долговечна, чем другие формы защитного окисления, но позволяет придать специфическую и часто красивую окраску стальным деталям, таким как винты, штифты и другие. мелкие детали огнестрельного оружия.
Нитрат калия был распространенным ингредиентом соленого мяса со времен античности [38] или средневековья . [39] Широкое распространение использования нитратов произошло сравнительно недавно и связано с развитием крупномасштабной переработки мяса. [6] Использование нитрата калия в основном прекращено, поскольку он дает медленные и непостоянные результаты по сравнению с препаратами нитрита натрия, такими как «Пражский порошок» или розовая « лечебная соль ». Несмотря на это, нитрат калия по-прежнему используется в некоторых пищевых продуктах, таких как салями, сыровяленая ветчина, мясные закуски и (в некоторых странах) в рассоле , используемом для приготовления солонины (иногда вместе с нитритом натрия). [40] При использовании в качестве пищевой добавки в Европейском Союзе [41] соединение обозначается как E252 ; он также одобрен для использования в качестве пищевой добавки в США [42] , Австралии и Новой Зеландии [43] (где он внесен в список под номером INS 252). [2]
С октября 2015 года ВОЗ классифицирует обработанное мясо как канцероген группы 1 (на основании эпидемиологических исследований, убедительно канцерогенно для человека). [44]
В апреле 2023 года Апелляционный суд Франции в Лиможе подтвердил, что неправительственная организация Yuka, занимающаяся наблюдением за продуктами питания, имела законное право называть нитрат калия от E249 до E252 «риском рака», и таким образом отклонил апелляцию французской мясной промышленности против организации. [45]
В западноафриканской кухне нитрат калия (селитра) широко используется в качестве загустителя в супах и рагу, таких как суп из бамии [46] и иси-эву . Его также используют для смягчения пищи и сокращения времени приготовления при варке фасоли и жесткого мяса. Селитра также является важным ингредиентом при приготовлении особых каш, таких как кунун канва [47], что буквально переводится с языка хауса как «селитра каша».
На Шетландских островах (Великобритания) его используют при засолке баранины для приготовления рестита из баранины , местного деликатеса. [48]
Калийная селитра используется в удобрениях как источник азота и калия – двух макроэлементов для растений. При использовании отдельно он имеет рейтинг NPK 13-0-44. [49] [50]
Когда-то считалось, что нитрат калия вызывает импотенцию , и до сих пор ходят слухи, что он присутствует в институциональной пище (например, в военной пище) в качестве анафродизиака ; однако научных доказательств таких свойств нет. [65] [66]
В «Bank Shot» Эл ( Джоанна Кэссиди ) делает предложение Уолтеру Баллантайну ( Джордж К. Скотт ), который говорит ей, что в тюрьме его кормили селитрой. «Знаешь, почему тебя в тюрьме кормят селитрой?» — спрашивает ее Баллантайн. Она качает головой: нет. Они целуют. Он смотрит на свою промежность, делает жест, показывающий, что его тело не реагирует на ее ухаживания, и говорит: «Вот почему в тюрьме тебя кормят селитрой».
В «Пролетая над гнездом кукушки» медсестры просят Рэндла принять его лекарства, но, не зная, что это такое, он упоминает, что не хочет, чтобы кто-нибудь «подсыпал мне селитру». Затем он начинает имитировать движения мастурбации, имея в виду ее предполагаемый эффект анафродизиака .
В 1776 году Джон Адамс просит свою жену Эбигейл изготовить селитру для Континентальной армии. В конце концов она может сделать это в обмен на булавки для шитья. [67]
В эпизоде « Арена » сериала « Звездный путь » капитан Кирк ранит горна с помощью элементарной пушки, которую он конструирует, используя нитрат калия в качестве ключевого ингредиента пороха .
В фильме «Джамп-стрит , 21» Дженко, которого играет Ченнинг Татум , проводит рифмованную презентацию о нитрате калия на уроке химии.
В «Еде Рауля» Пол нанимает доминанту , чтобы она выдала себя за медсестру и обманом заставила Рауля съесть селитру, чтобы уменьшить его сексуальный аппетит к жене.
В эпизоде «Симпсонов» « El Viaje Misterioso de Nuestro Jomer» («Таинственное путешествие Гомера» ) мистер Бернс насыпает селитру в свою запись о перце чили под названием «Селитра чили в йельском стиле старого Элиху».
В серии романов Бернарда Корнуэлла «Шарп » неоднократно упоминаются выгодные поставки селитры из Индии, которые были важным компонентом британского военного превосходства в наполеоновских войнах. В «Разрушении Шарпа» французский капитан Аржантон сетует на то, что Франции приходится собирать свои запасы из помойных ям .
В аниме и манге «Доктор Стоун» борьба за контроль над природным источником селитры из гуано занимает видное место в сюжете.
Согласно фермерским знаниям Кукурузного пояса 1800-х годов, погибшая от засухи кукуруза [68] на унавоженных полях могла накапливать селитру до такой степени, что при открытии стебля для осмотра она «падала на стол в виде мелкого порошка». [69]
В любом случае есть лингвистические свидетельства китайского происхождения этой технологии: в Дамаске арабы называли селитру, используемую при изготовлении пороха, «китайским снегом», а в Иране ее называли «китайской солью».
Китайцы наверняка были знакомы с селитрой, основным ингредиентом пороха.
Они называли его китайским снегом и использовали его в начале христианской эры для изготовления 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, насчитывающим около 4 000 случаев колоректального рака.[И это, несмотря на множественность научных мнений, например, мнения Международного агентства по изучению рака, относящего эти самые добавки, известные как Е249, Е250, Е251, Е252, к числу «вероятных канцерогенов», к которым Лига Против Рак является причиной почти 4000 случаев колоректального рака в год.]
Нитрат калия 60 мг.