Kaliumnitraat

Kaliumnitraat is 'n sout van kalium en salpetersuur. Dit is 'n kristallyne vastestof () wat die nitraat-ioon bevat. Dit is 'n belangrike deel van kunsmis en is ook bekend as die mineraal salpeter. Dit is een van die onderdele van buskruit.

Gebruike 
Kaliumnitraat word gebruik in 'n wye verskeidenheid maniere, meestal as 'n bron van nitraat. Hierdie gebruike sluit in:

 Salpetersuurproduksie
Histories is salpetersuur geproduseer deur swaelsuur met nitrate soos soutpeter te kombineer. In moderne tye word dit omgekeer: nitrate word geproduseer uit salpetersuur geproduseer met die Ostwald-proses.

 As 'n oksideermiddel
Die bekendste gebruik van kaliumnitraat is waarskynlik as die oksideermiddel in swartkruit.

 Vleisverwerking
Kaliumnitraat is sedert die oudheid 'n algemene bestanddeel van gesoute vleis, maar is meestal gestaak as gevolg van stadige en inkonsekwente resultate in vergelyking met natriumnitrietverbindings soos "Praagpoeier" of "pienksout".

 Kosvoorbereiding
In Wes-Afrikaanse kookkuns word kaliumnitraat wyd gebruik as verdikkingsmiddel in sop en bredies soos okra-sop.

 Kunsmis
Kaliumnitraat word in kunsmisstowwe gebruik as stikstof en kalium - twee van die makrovoedingstowwe vir plante. As dit self gebruik word, het dit 'n NPK-gradering van 13-0-44.

 Farmakologie
Word in sommige tandepasta gebruik vir sensitiewe tande, om asma te behandel, om die simptome van sistitis, piritis en uretritis te verlig, en kan gebruik word om hoë bloeddruk te bekamp.

Ander gebruike:
 Elektroliet in 'n soutbrug
 Werk as 'n aluminiumskoonmaker.
 In produkte vir die verwydering van boomstompe. 
 Word gebruik om 'n duursame blou / swart afwerking te lewer wat gewoonlik op vuurwapens gesien word.
 Om die blom van mangobome te veroorsaak.
 Termiese bergingsmedium in kragopwekkingstelsels.

Geskiedenis van produksie

Van mineraalbronne 
Saltpeter word gemeld in die Arthashastra van die Indier Kautilya (saamgestel 300BC - 300CE), wat die gebruik van sy giftige rook as 'n oorlogswapen noem, hoewel die gebruik daarvan vir aandrywing eers in die middeleeue verskyn het.

Die chemikus en ingenieur Hasan al-Rammah van Sirië het in 1270 'n suiweringsproses vir kaliumnitraat beskryf in sy boek al-Furusiyya wa al-Manasib al-Harbiyya (Die boek van militêre ruitery en vernuftige oorlogstoestelle). In hierdie boek beskryf al-Rammah eers die suiwering van barud (ru-soutpetermineraal) deur dit met minimale water te kook en slegs die warm oplossing te gebruik, en daarna die gebruik van kaliumkarbonaat (in die vorm van houtas) om kalsium en magnesium te verwyder deur die presipitasie van hul karbonate uit hierdie oplossing. Dit laat 'n oplossing van gesuiwerde kaliumnitraat agter, wat dan gedroog kan word. Dit is gebruik vir die vervaardiging van kruit en plofbare toestelle. Die terminologie wat al-Rammah gebruik, dui op 'n Chinese oorsprong vir die buskruitwapens waaroor hy geskryf het.

Van uit grotte 
'n Belangrike natuurlike bron van kaliumnitraat was die afsettings wat uit grotmure kristaliseer en die ophoping van vlermuisghwano in grotte. Ekstraksie word bewerkstellig deur die ghwano 'n dag in water te dompel, te filtreer en die kristalle uit die gefiltreerde water te oes. Tradisioneel was ghwano die bron wat in Laos gebruik is vir die vervaardiging van kruit vir Bang Fai-vuurpyle.

Van salpetersuur 
Vanaf 1903 tot die Eerste Wêreldoorlog is kaliumnitraat vir swartpoeier en kunsmis op industriële skaal vervaardig uit salpetersuur geproduseer met die Birkeland – Eyde-proses, wat 'n elektriese boog gebruik het om stikstof uit die lug te oksideer. Gedurende die Eerste Wêreldoorlog is die nuut-geïndustrialiseerde Haber-proses ná 1915 met die Ostwald-proses gekombineer, wat Duitsland in staat gestel het om salpetersuur vir die oorlog te produseer, nadat dit van sy voorrade minerale natriumnitrate uit Chili afgesny is.

Die Haber-proses skakel stikstof na ammoniak om:

"Régie des Poudres et Salpêtres"-metode 
Anne Robert Jacques Turgot en Antoine-Laurent de Lavoisier het 'n paar jaar voor die Franse Rewolusie die metode geskep. Niterbeddings is voorberei deur mis te meng met as of hout, gewone grond en organiese materiale soos strooi om porositeit te gee aan 'n komposstapel wat tipies 1,6 m hoog, 1,8 m breed en 4,6 m lank is. Die hoop was meestal onder 'n bedekking om die reën weg te hou, en was klam gehou met urine. Dit was dikwels gedraai om die ontbinding te versnel en uiteindelik na ongeveer een jaar met water uitgeloog om die oplosbare kalsiumnitraat te verwyder wat dan omgeskakel is na kaliumnitraat deur dit deur potas te filtreer.

Produksie 
Kaliumnitraat kan gemaak word deur ammoniumnitraat en kaliumhidroksied te kombineer.

'n Alternatiewe manier om kaliumnitraat sonder 'n neweproduk van ammoniak te vervaardig, is om ammoniumnitraat, wat in kitsvries-yspakkies voorkom, en kaliumchloried te kombineer, wat maklik verkry kan word as 'n natriumvrye soutvervanger.

Kaliumnitraat kan ook geproduseer word deur salpetersuur met kaliumhidroksied te neutraliseer. Hierdie reaksie is baie eksotermies.

Op industriële skaal word dit voorberei deur die dubbele verplasingsreaksie tussen natriumnitraat en kaliumchloried.

Einskappe van die vastesof 

Die vastestof ondergaan fase-oorgange. Die  (α)-kamertemperatuurfase het 'n ortorombiese struktuur  tot 128 °C waar dit in 'n romboëdriese (β)-struktuur oorgaan. By afkoeling vorm dit tussen 124-110 °C 'n derde (dalk metastabiele) (γ)-struktuur wat ferroëlektriese eienskappe het  In 2015 het Wolf et al. nog 'n vierde monokliene (δ)-struktuur uit solvotermale sintese verkry.

α- of KN-II soos dit genoem word het 'n struktuur wat nouverwant aan die (G0) aragoniet-struktuur is en
die β-fase (ook KN-I) is nouverwant aan die (G0) kalsiet-struktuur.

Die ferroëlektriese eienskappe van die KN-III γ-fase maak dit interessant vir moontlike tegniese toepassings. Navorsing het uitgewys dat vaste oplossings van kalium- en ammoniumnitraat  met x=0,050 en 0,100 reeds by kamertemperatuur die ferroëlektriese γ-struktuur besit, wat deur die teenwoordigheid van die ammoniumione gestabiliseer word.

Termiese ontbinding 
Tussen 550–790°C bereik kaliumnitraat 'n temperatuurafhanklike ewewig met kaliumnitriet:

Eutektiese smelt 
Die fasediagram van natriumnitraat met kaliumnitraat, die stelsel  het 'n eutektiese punt by x=0,5 en T=221°C.  Van hierdie eienskap word in die ontginning van sonkrag gebruik gemaak. Die eutektiese mengsel word as stoormedium van die son se hitte gebruik in termiese aanlegte. Dit kan gebruik word in die temperatuurbereik van 280°C tot 560°C.

Verwysings 

Anorganiese verbindings
Verbindings van kalium