Нитрат калия

Нитра́т ка́лия (азотноки́слый ка́лий, ка́лиевая сели́тра, кали́йная селитра, инди́йская селитра и др., химическая формула — KNO₃) — неорганическая калиевая соль азотной кислоты.

Нитрат калия
Общие
Систематическое наименование	Нитрат калия
Сокращения	в народе «КС» или «НК»
Традиционные названия	Ка́лиевая селитра, кали́йная селитра, инди́йская селитра
Хим. формула	KNO3
Рац. формула	KNO3
Физические свойства
Состояние	Твёрдое
Молярная масса	101,1032 г/моль
Плотность	2,109 (16 °C)
Твёрдость	2
Термические свойства
Температура
• плавления	334 °C
• кипения	с разложением °C
• разложения	400 °C
Тройная точка	Отсутствует
Мол. теплоёмк.	95,06 Дж/(моль·К)
Энтальпия
• образования	-494,00 кДж/моль
• плавления	9,80 кДж/моль
• сублимации	181,00 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость
• в воде	13,3 (0 °C) 36 (25 °C) 247 (100 °C)
Классификация
Рег. номер CAS	7757-79-1
PubChem	24434, 139063997 и 516903
Рег. номер EINECS	231-818-8
SMILES	[N+](=O)([O-])[O-].[K+]
InChI	InChI=1S/K.NO3/c;2-1(3)4/q+1;-1 FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N
Кодекс Алиментариус	E252
RTECS	TT3700000
ChEBI	63043
Номер ООН	1486
ChemSpider	22843
Безопасность
ЛД50	3750 мг/кг
Токсичность	Малотоксичен
Краткие характер. опасности (H)	H272
Меры предостор. (P)	P220
Сигнальное слово	осторожно
Пиктограммы СГС
NFPA 704	0 1 1 OX
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

В стандартных условиях, нитрат калия — это кристаллическое бесцветное вещество, нелетучее, слегка гигроскопичное, без запаха. Нитрат калия хорошо растворим в воде. Малотоксичен для живых организмов.

Физические свойства

Нитрат калия в нормальных условиях представляет собой бесцветные кристаллы (в измельчённом состоянии белый порошок) с ионной структурой и ромбической или гексагональной кристаллической решёткой. Слегка гигроскопичен, склонен несильно слеживаться со временем. Не имеет запаха, нелетуч.

Хорошо растворим в воде, в средней степени в глицерине, жидком аммиаке, гидразине, нерастворим в чистом этаноле и эфире (в разбавленных водой растворяется плохо). Таблица растворимости в некоторых растворителях, в граммах KNO₃ на 100 г H₂O^[1]:

Растворитель / Температура, °С	0	10	20	25	30	40	60	80	100
Вода	13,9	21,2	31,6	37,9	46,0	61,3	106,2	166,6	245,0
Жидкий аммиак	10,52			10,4
Гидразин			14

При медленной кристаллизации вырастают очень длинные игольчатые кристаллы. Нитрат калия хорошо поддаётся очистке перекристаллизацией, причём с небольшими потерями, благодаря сильному повышению растворимости с ростом температуры.

Химические свойства

• Разлагается при 400—520 °C с образованием нитрита калия KNO₂ и кислорода O₂^[2] (выделение последнего увеличивает пожароопасность нитрата калия):

${\displaystyle {\mathsf {2KNO_{3}\longrightarrow 2KNO_{2}+O_{2}\uparrow }}}$

• Является сильным окислителем, реагирует с горючими материалами и восстановителями, при измельчении активно и нередко со взрывом. Смеси нитрата калия с некоторыми органическими материалами склонны к самовоспламенению.

• Восстанавливается водородом в момент выделения (в реакции соляная кислота разбавленная)^[2]:

${\displaystyle {\mathsf {Zn+2HCl\longrightarrow ZnCl_{2}+H_{2}^{0}}},}$

${\displaystyle {\mathsf {KNO_{3}+H_{2}^{0}\longrightarrow KNO_{2}+H_{2}O}}.}$

• Расплав нитрата калия может быть использован для получения металлического калия электролизом, однако из-за высоких окислительных способностей нитрата калия в расплавленном состоянии предпочтительнее гидроксид калия.

Получение

В Средние Века и Новое Время (когда активно использовали порох) для получения нитрата калия служили селитря́ницы — кучи из смеси навоза (и других перегнивающих компонентов) с известняком, строительным мусором и прочим известняковым материалом с прослойками из соломы или хвороста, накрытые дёрном для удерживания образующихся газов.

При гниении навоза образовывался аммиак, который, накапливаясь в прослойках из соломы, подвергался нитрификации и превращался вначале в азотистую, а затем в азотную кислоту. Последняя, взаимодействуя с известняком, давала Ca(NO₃)₂, который выщелачивался водой. Добавка древесной золы (состоящей в основном из поташа) приводила к осаждению CaCO₃ и получению раствора нитрата калия; нередко золу добавляли сразу в кучу вместо известняка, тогда калиевая селитра получалась сразу.

${\displaystyle {\mathsf {Ca(NO_{3})_{2}+K_{2}CO_{3}\longrightarrow 2\ KNO_{3}+CaCO_{3}\downarrow }}}$

Реакция поташа с кальциевой селитрой (нитратом кальция) является самой древней из используемых человеком для получения нитрата калия и популярна до сих пор. Вместо поташа, впрочем, сейчас в лабораториях чаще всего используют сульфат калия, реакция очень похожа:

${\displaystyle {\mathsf {Ca(NO_{3})_{2}+K_{2}SO_{4}\longrightarrow 2\ KNO_{3}+CaSO_{4}\downarrow }}.}$

Первый способ применялся вплоть до 1854 г., когда немецкий химик К. Нёльнер изобрёл производство нитрата калия, основанное на реакции более доступных и дешевых хлорида калия и нитрата натрия, доступного в виде чилийской селитры:

${\displaystyle {\mathsf {KCl+NaNO_{3}\longrightarrow KNO_{3}+NaCl}}}$

Существует несколько других способов получения нитрата калия. Это взаимодействие нитрата аммония и хлорида калия с образованием нитрата калия и хлорида аммония, последний легко отделяется:

${\displaystyle {\mathsf {KCl+NH_{4}NO_{3}\longrightarrow KNO_{3}+NH_{4}Cl}}}$

— наиболее применимая после реакции нитрата кальция с карбонатом или сульфатом калия.

${\displaystyle {\mathsf {KOH+HNO_{3}\longrightarrow KNO_{3}+H_{2}O}}}$ — в основном, демонстрационная реакция соответствующей кислоты и основания

${\displaystyle {\mathsf {21\ K+26\ HNO_{3}\longrightarrow 21\ KNO_{3}+NO\uparrow +N_{2}O\uparrow +N_{2}\uparrow +13\ H_{2}O}}}$ — тоже демонстрационная реакция соответствующих кислоты и металла.

${\displaystyle {\mathsf {K_{2}O+2\ HNO_{3}\longrightarrow 2\ KNO_{3}+H_{2}O}}}$ — демонстрационная реакция соответствующего основного оксида с соответствующей кислотой.

Также:

${\displaystyle {\mathsf {2\ KOH+N_{2}O_{5}\longrightarrow 2\ KNO_{3}+H_{2}O}},}$

${\displaystyle {\mathsf {NH_{4}NO_{3}+KOH\longrightarrow NH_{3}\uparrow +KNO_{3}+H_{2}O}},}$

${\displaystyle {\mathsf {K_{2}CO_{3}+2\ HNO_{3}\longrightarrow 2\ KNO_{3}+H_{2}O+CO_{2}\uparrow }}.}$

${\displaystyle {\mathsf {NH_{3}+4O_{3}+KOH\longrightarrow KNO_{3}+2H_{2}O+4O_{2}\uparrow }}.}$

Природные источники и месторождения

В природе нитрат калия распространён в виде минерала нитрокалита, в Ост-Индии находится одно из крупнейших месторождений, отсюда второе название — индийская селитра. Природный нитрат калия образуется в результате разложения азотсодержащих веществ с последующим связыванием медленно выделяющегося аммиака нитробактериями, чему способствует влага и тепло, поэтому наиболее крупные залежи находятся в странах с жарким климатом^[3]. Наиболее известные месторождения нитрата калия находятся в Индии, Боливии, Австралии, Чили, ЮАР, России, США и Шри-Ланке. Он также встречается в Китае, Мексике, и других странах^[4]

В очень малых количествах нитрат калия содержится в растениях^[5], является промежуточным продуктом при переработке ими почвенных сульфата и карбоната калия.

Применение

Основное применение на сегодняшний день нитрат калия находит в качестве ценного удобрения, так как совмещает в себе два элемента, частично блокирующих усвоение друг друга растениями, когда находятся в составе отдельных соединений.

Применяется при изготовлении дымного пороха и некоторых других горючих смесей (например, карамельного ракетного топлива), которые почти полностью сейчас используются в производстве пиротехнических изделий.

Применяется также в электровакуумной промышленности и оптическом стекловарении для обесцвечивания и осветления технических хрустальных стёкол и придания прочности изделиям из стекла^[6].

Расплав иногда используется в химических лабораториях и у любителей химии для получения металлического калия электролизом, наряду с гидроксидом калия.

Используется в качестве сильного окислителя в металлургии, в частности, при переработке никелевых руд.

В пищевой промышленности нитрат калия применяется в качестве консерванта E252^[7]. Сам по себе он не имеет существенного антибактериального действия, но его оказывает образующийся в результате восстановления нитрит калия в мясных продуктах, в которых нитрат калия наиболее широко используется в качестве консерванта^[8].

Ввиду легкодоступности и низкой цены калийной селитры, её можно использовать как безопасный контрольный источник для проверки бытовых дозиметров, всё дело в природном изотопе - калии-40, придающем ей небольшую радиоактивность.

См. также

• Азотная кислота
• Нитраты
• Порох