Kalium nitrat

Kalium nitrat atau sendawa () ialah sebatian kimia dengan formula kimia KNO3. Ia adalah garam ion bagi ion kalium K+ dan ion nitrat NO3-. Ia terjadi sebagai niter galian dan merupakan sumber pepejal semulajadi bagi nitrogen.

Kegunaan utama kalium nitrat adalah dalam baja, penyingkiran tunggul kayu, roket propelan dan bunga api. Ia adalah salah satu bahan utama bagi serbuk letupan (serbuk hitam) dan telah digunakan sejak Zaman Pertengahan sebagai bahan pengawet makanan.

Peristilahan 
Perkataan "sendawa" yang wujud terdahulu dalam kefahaman Melayu  meminjam dari bahasa Sanskrit iaitu  saindhava, sejenis garam batu.

Istilah "kalium nitrat" yang digunakan dalam konteks saintifik seperti bidang kimia mempunyai banyak nama. Orang Yunani menggunakan istilah nitron, yang diLatinkan menjadi nitrum atau nitrium. Orang Ibrani dan Mesir terdahulu menggunakan kedua-dua perkataan itu dengan konsonan n-t-r, yang membawa sebahagian orang untuk mengagak bahawa istilah Latin itu lebih dekat kepada yang asal berbanding istilah Yunani.Bahasa Inggeris Pertengahan mengejanya nitre. Bahasa Perancis Tua mengejanya niter.

Sifat-sifat
Kalium nitrat mempunyai struktur kristal ortorombik pada suhu bilik, yang berubah menjadi sistem trigon pada 129 °C.

Kalium nitrat agak larut di dalam air, tetapi keterlarutannya meningkat dengan suhu (lihat kotak maklumat). Larutan berairnya hampir-hampir neutral, menunjukkan pH 6.2 pada 14 °C bagi larutan 10% serbuk komersial. Ia tidak begitu higroskopik, yang menyerap kira-kira 0.03% air dalam 80% kelembapan bandingan selama 50 hari. Ia tidak larut di dalam alkohol dan tidak beracun; ia mampu bertindakbalas secara meruap dengan agen penurun, tetapi ia tidak mudah meletup dengan sendirinya.

Penguraian terma
Antara 550 dan 790 °C kalium nitrat mencapai keseimbangan bersandarkan suhu dengan kalium nitrit:
2 KNO3 ↔ 2 KNO2 + O2

Sejarah penghasilan

Dari sumber galian
Proses penulenan lengkap kalium nitrat terawal diketahui digariskan pada tahun 1270 oleh Hasan al-Rammah seorang ahli kimia dan jurutera di Syria di dalam bukunya al-Furusiyyah wa al-Manasib al-Harbiyyah (The Book of Military Horsemanship and Ingenious War Devices). Di dalam buku ini, al-Rammah mula-mula menggambarkan penulenan barud (galian saltpetre mentah) dengan mendidihkannya di dalam air yang sedikit dan menggunakan hanya larutan yang panas, kemudian gunakan kalium karbonat (dalam bentuk abu kayu) untuk menyingkirkan kalsium dan magnesium melalui pemendakan karbonat masing-masing daripada larutan ini, lalu meninggalkan satu larutan kalium nitrat yang ditulenkan, yang kemudiannya dikeringkan. Ini digunakan bagi penghasilan serbuk letupan dan alat ledakan. Terminologi yang digunakan oleh al-Rammah itu menunjukkan asal-usul Cina bagi senjata serbuk letupan yang ditulis beliau.

Sekurang-kurangnya seawal 1845, simpanan salpeter Chile diekploitasi di Chile dan California, Amerika Syarikat.

Dari gua
Sumber semula jadi utama kalium nitrat adalah simpanan yang menghablur dari dinding gua dan timbunan tahi kelawar di dalam gua. Pengekstrakan dilakukan dengan merendamkan tahi kelawar itu di dalam air selama sehari, menurasnya, dan memungut hablur di dalam air yang dituras itu. Secara tradisi, tahi kelawar merupakan sumber di Laos bagi penghasilan serbuk letupan untuk roket-roket Bang Fai.

LeConte
Barang kali perbincangan paling menyeluruh mengenai penghasilan material ini adalah teks oleh LeConte pada tahun 1862. Dia menulis dengan tujuan nyata untuk meningkatkan penghasilan di Negeri-negeri Gabungan Amerika untuk menyokong keperluan mereka semasa Perang Saudara Amerika. Memandangkan dia menyeru pada bantuan masyarakat peladang pedalaman, gambaran dan arahan adalah ringkas dan jelas. Dia memperincikan "Kaedah Perancis", beserta dengan beberapa variasi, dan juga "kaedah Swiss". N.B. Banyak rujukan telah dibuat terhadap satu kaedah yang menggunakan hanya jerami dan air kencing, namun tiada kaedah sebegitu di dalam karya ini.

Kaedah Perancis
Lapisan niter disediakan melalui campuran baja asli dengan samada mortar atau abu kayu, tanah biasa dan bahan-bahan organik seperti jerami untuk memberikan keporosan kepada gumpalan kompos yang biasanya bersaiz 1.5×2×5 meter. Gumpalan itu biasa dilindungi daripada hujan, dibiarkan lembap dengan air kencing, kerap dipusingkan untuk mempercepatkan penguraian, kemudian akhirnya dilarutresapkan dengan air selepas kira-kira setahun, untuk menyingkirkan kalsium nitrat terlarut yang kemudiannya berubah kepada kalium nitrat dengan penurasan menerusi potasy.

Kaedah Swiss
LeConte menggambarkan satu proses yang hanya menngunakan air kencing dan bukan tahi lembu, merujuknya sebagai Swiss method. Air kencing dikumpulkan secara terus di dalam lubang pasir di bawah kandang. Pasir itu sendiri digali dan larutresapkan untuk nitrat yang kemudiannya berubah kepada kalium nitrat melalui potasy, seperti di atas.

Daripada asid nitrik
Dari tahun 1903 hingga era Perang Dunia Kedua, kalium nitrat bagi serbuk letupan daan baja dihasilkan pada skala industri daripada asid nitrik yang dihasilkan melalui proses Birkeland–Eyde, yang menggunakan arka elektrik untuk mengoksidakan nitrogen daripada udara. Semasa Perang Dunia Kedua proses Haber (1913) yang baru diindustrikan digabungkan dengan proses Ostwald selepas tahun 1915, yang membolehkan Jerman untuk menghasilkan asid nitrik untuk perang itu selepas terputus bekalan natrium nitrat galian dari Chile.

Penghasilan
Kalium nitrat dapat dihasilkan dengan menggabungkan ammonium nitrat dan kalium hidroksida.

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

Satu cara alternatif bagi menghasilkan kalium nitrat tanpa hasil sampingan ammonia adalah dengan menggabungkan ammonium nitrat dan kalium klorida yang mudah didapati sebagai gantian garam yang bebas natrium.

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

Kalium nitrat juga dapat dihasilkan dengan meneutralkan asid nitrik dengan kalium hidroksida. Tindakbalas ini bersifat sangat eksoterma

KOH (aq) + HNO3 ? KNO3 (aq) + H2O (l)

Pada skala industri, ia disediakan oleh tindakbalas penyesaran antara natrium nitrat dan kalium klorida.

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

Kegunaan
Kalium nitrat mempunyai pelbagai kegunaan, sebahagian besarnya sebagai sumber nitrat.

Penghasilan asid nitrik
Dari segi sejarah, asid nitrik dihasilkan dengan menggabungkan asid sulfurik dengan nitrat-nitrat seperti saltpeter. Pada zaman moden ini terbalik: nitrat dihasilkan daripada asid nitrik yang dihasilkan menerusi proses Ostwald.

Pengoksida
Kegunaan paling terkenal kalium nitrat atau "sendawa" adalah sebagai pengoksida dalam serbuk letupan. Dari zaman kuno hingga lewat 1880-an, serbuk letupan menyediakan kuasa ledakan kepada semua senjata api dunia. Selepas itu, senjata kecil dan meriam besar mula semakin bergantung pada kordit, satu serbuk tak berasap. Sendawa pernah dicatatkan dalam kitab-kitab senjata api Melayu sebagai bahan giat utama di mana "cecair sendawa" dicampurkan dengan belerang sebelum dikeringkan sebagai bahan pencucuh atau "sumbu bedil" istinggar.

Serbuk letupan masih digunakan hari ini di dalam motor roket serbuk letupan, dan juga dalam gabungan dengan bahan bakar lain seperti gula di dalam "gula-gula roket". Ia juga digunakan di dalam bunga api seperti bom asap. Ia juga ditambah ke dalam rokok untuk mengekalkan pembakaran seimbang tembakau dan digunakan untuk memastikan pembakaran lengkap kartrij kertas bagi cap and ball revolver. Ia juga dapat dipanaskan pada beberapa ratus darjah untuk digunakan bagi niter bluing, yang kurang tahan berbanding bentuk-bentuk lain pengoksidaan perlindungan, tetapi membolehkan pewarnaan tertentu dan sering kali cantik bagi bahagian-bahagian keluli, seperti skru, pin dan bahagian-bahagian kecil lain senjata api.

Pengawetan makanan
Dalam proses pengawetan makanan, kalium nitrat merupakan bahan biasa bagi daging yang digaramkan sejak Zaman Pertengahan, namun kegunaannya kebanyakannya terhenti disebabkan hasil yang selalu tidak kekal dibandingkan dengan sebatian nitrat dan nitrit yang lebih moden. Meskipun begitu, saltpeter masih digunakan dalam aplikasi makanan, seperti charcuterie dan air garam yang digunakan untuk membuat konbif.  Apabila digunakan sebagai bahan tambah di Kesatuan Eropah, sebatian itu dirujuk bagi kegunaan sebagai E252; ia juga diterima bagi kegunaan sebagai bahan tambah di AS, Australia dan New Zealand (tempat ia disenaraikan di bawah nombor INS 252). Walaupun garam-garam nitrat disyaki menghasilkan nitrosamina karsinogen, natrium nitrat dan kalium nitrat ditambah ke dalam daging di AS sejak 1925, dan nitrat dan nitrit tidak disingkirkan daripada produk daging terawet kerana nitrit dan nitrat merencatkan percambahan endospora C. botulinum, dan dengan itu mencegah botulisme daripada toksin bakteria yang mungkin terhasil di dalam produk daging terawet tertentu.

Penyediaan makanan
Dalam masakan Afrika Barat, kalium nitrat (saltpeter) digunakan dengan meluas sebagai agen pemekat di dalam sup dan rendidih seperti sup Okra dan Isi ewu. Ia juga digunakan untuk melembutkan makanan dan mengurangkan masa masak apabila merebus kacang dan daging keras. Saltpeter juga merupakan bahan asasi dalam pembuatan bubur istimewa seperti kunun kanwa yang diterjemahkan secara harfiah dari bahasa Hausa sebagai 'bubur saltpeter'.

Baja
Kalium nitrat digunakan di dalam baja sebagai satu sumber nitrogen dan kalium - dua makronutrien bagi tumbuh-tumbuhan. Apabila digunakan dengan ia sendiri sahaja, rating NPK nya adalah 13-0-44.

Farmakologi
 Used in some toothpastes for sensitive teeth.
Digunakan di dalam sesetengah ubat gigi bagi gigi sensitif. Baru-baru ini, penggunaan kalium nitrat di dalam ubat gigi bagi merawat gigi sensitif bertambah dan itu mungkin rawatan yang berkesan.
 Digunakan dalam sejarah untuk mengubati asma. Digunakan di dalam sesetangah ubat gigi untuk melegakan gejala asma.
 Digunakan di Thailand sebagai bahan utama di dalam Pil Ginjal untuk melegakan gejala sistitis, pielitis dan uretritis.
 Melawan tekanan daarah tinggi dan pernah digunakan sebagai hipotensif.

Kegunaan
 Elektrolit di dalam jambatan garam
 Bahan aktif bagi sistem pemadaman kebakaran aerosol pekat. Apabila dibakar dengan radikal bebas nyalaan api, ia menghasilkan kalium karbonat.
 Komponen (biasanya sekitar 98%) sebahagian produk penyingkiran tunggul kayu. Ia mempercepatkan penguraian semulajadi tunggul dengan membekalkan nitrogen kepada kulat yang menyerang kayu tunggul itu.
 Dalam pengolahan haba logam-logam sebagai kubang garam lebur suhu sederhana, biasanya dalam gabungan dengan natrium nitrit. Kubang yang serupa digunakan untuk menghasilkan kemasan biru/hitam yang tahan lama yang biasanya kelihatan pada senjata api. Kualiti pengoksidaan, keterlarutan di dalam air, dan kos rendahnya menjadikannya perencat karat jangka pendek yang ideal.
 Untuk mempercepatkan pendebungaan pokok mempelam di Filipina.
 Medium simpanan haba dalam sistem jana kuasa. Garam-garam natrium dan kalium nitrat disimpan dalam keadaan lebur dengan tenaga suria yang dikumpulkan oleh heliostat di Loji Termasuria Gemasuria. Garam Ternary, dengan tambahan kalsium nitrat atau litium nitrat, telah didapati memperbaiki kapasiti simpanan haba di dalam garam-garam lebur itu.

Dalam budaya rakyat dan budaya popular
Kalium nitrat pada suatu ketika dahulu dianggap menyebabkan mati pucuk, dan masih diwarwarkan di dalam makanan institusi secara palsu sebagai anafrodisiak; bagaimana pun, tiada bukti saintifik tentang sifat-sifat sebegitu.

Lihat juga
Nitroselulosa
Kalium perklorat

Catatan

Bibliografi
Dennis W. Barnum. (2003). "Some History of Nitrates." Journal of Chemical Education. v. 80, p. 1393-. link.
 David Cressy. Saltpeter: The Mother of Gunpowder (Oxford University Press, 2013) 237 pp online review by  Robert Tiegs 
Alan Williams. "The production of saltpeter in the Middle Ages", Ambix, 22 (1975), pp. 125–33. Maney Publishing, ISSN 0002-6980.

Pautan luar

International Chemical Safety Card 018402216

Nitrat
Sebatian kalium
Garam
Pengoksida piroteknik
Bahan awet
Baja bukan organik
Agen pengoksidaan