Νιτρικό κάλιο

Το νιτρικό κάλιο είναι λευκό άοσμο κρυσταλλικό στερεό με πυκνότητα 2,11 γραμμάρια ανά cm³ και ορθορομβική κρυσταλλική δομή σε θερμοκρασία δωματίου, που μεταπίπτει σε τριγωνική στους 129 °C. τήκεται σε θερμοκρασία 334 °C και διασπάται πριν βράσει, σε θερμοκρασία άνω των 400 °C. Είναι μετρίως διαλυτό στο νερό, αλλά η διαλυτότητά του αυξάνεται πολύ με τη θερμοκρασία. Το υδατικό του διάλυμα είναι σχεδόν ουδέτερο, με pH 6,2 στους 14 °C για διάλυμα 10%. Δεν είναι ιδιαίτερα υγροσκοπικό, απορροφώντας νερό ίσο με περίπου 0,03% του βάρους του σε περιβάλλον με σχετική υγρασία 80% μέσα σε 50 ημέρες. Είναι αδιάλυτο στο οινόπνευμα και δεν είναι δηλητηριώδες. Μπορεί να αντιδράσει εκρηκτικά με αναγωγικές ουσίες, αλλά το ίδιο δεν είναι εκρηκτικό.

Από ορυκτές πηγές

Η αρχαιότερη γνωστή διαδικασία επεξεργασίας νιτρικού καλίου περιγράφηκε το 1270 από τον χημικό και μηχανικό Χασάν αλ-Ραμά. Ο αλ Ραμά περιγράφει πρώτα τον καθαρισμό του barud (ορυκτού νίτρου) με βρασμό του με την ελάχιστη δυνατή ποσότητα νερού, και μετά τη χρήση ανθρακικού καλίου (με τη μορφή στάχτης ξύλου) για την αφαίρεση του ασβεστίου και του μαγνησίου με καθίζηση των ανθρακικών τους αλάτων σε αυτό το θερμό διάλυμα, αφήνοντας καθαρό διάλυμα KNO₃ που μπορούσε μετά να αποξηρανθεί^[1]. Τότε το νιτρικό κάλιο μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή πυρίτιδας και εκρηκτικών. Η ορολογία στο σχετικό έργο του Ραμά υποδεικνύει την κινεζική προέλευση της πυρίτιδας^[2]

Από σπήλαια

Σημαντική φυσική πηγή νιτρικού καλίου αποτελούσαν τα αποθέματα που κρυσταλλώνονταν σε τοιχώματα σπηλαίων και οι συγκεντρώσεις γκουανό (κοπριάς νυχτερίδων) από αυτά.^[3]. Η εξαγωγή της ουσίας γίνεται με τη βύθιση του γκουανό σε νερό για μία ημέρα, τη διήθησή του και τη συλλογή των κρυστάλλων από το νερό. Παραδοσιακά το γκουανό ήταν η πηγή που χρησιμοποιούσαν στο Λάος για την παρασκευή πυρίτιδας για την Εορτή των πυραύλων (Bang Fai).

Περιγραφή του Λεκόντ

Η πληρέστερη ίσως περιγραφή της παραγωγής του KNO₃ στους ιστορικούς χρόνους είναι το πολύτιμο κείμενο του Τζόζεφ Λεκόντ (1862).^[4] Ο Λεκόντ έγραφε με τον διακηρυγμένο σκοπό να αυξήσει την παραγωγή στις Συνομόσπονδες Πολιτείες της Αμερικής για να ικανοποιήσουν τις ανάγκες τους σε μπαρούτι κατά τον Αμερικανικό Εμφύλιο Πόλεμο. Επειδή αναζητούσε τη βοήθεια αγροτικών κοινοτήτων, η περιγραφή και οι οδηγίες του είναι απλές και κατανοητές από τον καθένα. Περιγράφει τη «γαλλική μέθοδο» με αρκετές παραλλαγές της, και μία λεγόμενη «ελβετική μέθοδο».

Η γαλλική μέθοδος

Αναμιγνύουμε κοπριά με κονίαμα ή στάχτη ξύλου, απλό χώμα και οργανικά υλικά, όπως το άχυρο, για να προσδώσουμε πορώδη υφή σε ένα σωρό με διαστάσεις χονδρικά 1 μέτρο ύψος, 2 πλάτος και 4-5 μήκος^[4]. Ο σωρός καλύπτεται συνήθως για προστασία από τη βροχή, αλλά διατηρείται υγρός με ούρα, αναστρέφεται συχνά για την επιτάχυνση της αποσυνθέσεως, και τελικώς, μετά από ένα έτος περίπου αποπλένεται με νερό. Το νερό διαλύει το νιτρικό ασβέστιο από τον σωρό, που δίνει νιτρικό κάλιο με φιλτράρισμα του νερού αυτού μέσα από ορυκτά του καλίου.

Η «ελβετική μέθοδος»

Με τον όρο «ελβετική μέθοδος» ο Λεκόντ περιγράφει μία διαδικασία που χρησιμοποιεί μόνο ούρα και καθόλου κοπριά. Τα ούρα συλλέγονται από τα ζώα μέσα σε έναν λάκκο κάτω από έναν στάβλο. Ο λάκκος έχει επίστρωση άμμου στον πυθμένα. Η άμμος συλλέγεται και τα διαλυμένα νιτρικά άλατα μετατρέπονται σε νιτρικό κάλιο όπως παραπάνω.

Από νιτρικό οξύ

Από το 1903 μέχρι τον Α΄ Παγκόσμιο Πόλεμο το νιτρικό κάλιο παραγόταν σε βιομηχανική κλίμακα από νιτρικό οξύ, το οποίο με τη σειρά του παραγόταν με τη διαδικασία Birkeland-Eyde. Κατά τον Α΄ Παγκόσμιο Πόλεμο η νέα βιομηχανοποιημένη μέθοδος Χάμπερ-Μπος (1913) συνδύασθηκε με τη μέθοδο Ostwald μετά το 1915, επιτρέποντας στη Γερμανία να παράγει νιτρικό οξύ για τις πολεμικές ανάγκες και μετά την αποκοπή της από τον εφοδιασμό με νίτρο από τη Χιλή.

Το νιτρικό κάλιο μπορεί να παρασκευασθεί χημικά από την ανάμιξη νιτρικού αμμωνίου και υδροξειδίου του καλίου.

NH₄NO₃ (aq) + KOH (aq) → NH₃ (g) + KNO₃ (aq) + H₂Ο (l)

Αν δεν είναι επιθυμητή η έκλυση αμμωνίας, η ουσία μπορεί να παραχθεί από νιτρικό αμμώνιο και χλωριούχο κάλιο:

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

Το νιτρικό κάλιο μπορεί να παραχθεί επίσης από την εξουδετέρωση του νιτρικού οξέος με υδροξείδιο του καλίου. Αυτή η αντίδραση είναι πολύ εξώθερμη.

KOH (aq) + HNO₃ → KNO₃ (aq) + H₂Ο (l)

Σε βιομηχανική κλίμακα το KNO₃t παράγεται με την αντίδραση διπλής αντικαταστάσεως μεταξύ νιτρικού νατρίου και χλωριούχου καλίου:

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

Το νιτρικό κάλιο έχει μία ευρεία ποικιλία χρήσεων:

Παραγωγή νιτρικού οξέος

Ιστρικώς το νιτρικό οξύ παραγόταν από την επίδραση θειικού οξέος σε νιτρικά άλατα. Από τις αρχές του 20ού αιώνα ισχύει το αντίστροφο: νιτρικά άλατα παράγονται από το νιτρικό οξύ που παράγεται με τη μέθοδο Όστβαλντ.

Οξειδωτικό μέσο

Η γνωστότερη χρήση του νιτρικού καλίου είναι μάλλον ως οξειδωτικού μέσου στην παραγωγή μαύρης πυρίτιδας (είναι γνωστή και ως μπαρούτι ακριβώς από την αραβική λέξη barud = ορυκτό νίτρο). Από την αρχαιότητα μέχρι και τη δεκαετία του 1880 η μαύρη πυρίτιδα παρείχε την εκρηκτική ισχύ για όλα τα πυροβόλα όπλα του κόσμου. Στη συνέχεια άρχισε η αυξανόμενη χρήση του κορδίτη, της βρετανικής άκαπνης πυρίτιδας. Η μαύρη πυρίτιδα παραμένει σε χρήση σήμερα ως προωθητικό πυραύλων πυροτεχνημάτων, μόνη της η σε συνδυασμό με ζάχαρη, σε έθιμα όπως τα χαλκούνια και ως πρόσθετο σε τσιγάρα για τη διατήρηση σταθερού ρυθμού καύσεως του καπνού^[5].

Συντηρητικό τροφίμων

Στη συντήρηση τροφίμωνon το νιτρικό κάλιο προστίθεται στο παστό κρέας ήδη από την εποχή του Μεσαίωνα,^[6], αλλά σήμερα η χρήση του έχει ελαχιστοποιηθεί εξαιτίας της μεγαλύτερης αξιοπιστίας άλλων νιτρικών κ.ά. αλάτων. Χρησιμοποιείται ακόμα σε επεξεργασμένα κρέατα και στην άλμη που χρησιμοποιείται για την παρασκευή κορν-μπιφ^[7]. Στις χώρες της Ευρωπαϊκής Ενώσεως, όταν χρησιμοποιείται ως προσθετικό τροφίμων^[8], το νιτρικό κάλιο αναφέρεται με την κωδική ονομασία E252 (είναι εγκεκριμένο ως πρόσθετο τροφίμων και στις ΗΠΑ^[9]), την Αυστραλία και τη Νέα Ζηλανδία^[10] (όπου αναφέρεται ως INS 252)^[11]. Παρά το ότι τα νιτρικά άλατα γενικώς έχουν κατηγορηθεί ότι απελευθερώνουν τις καρκινογόνες ουσίες νιτροζαμίνες, εξακολουθούν να προστίθενται στα προϊόντα κατεργασμένου κρέατος, όπως τα λουκάνικα, επειδή καταστέλλουν την επώαση των ενδοσπορίων του βακτηριδίου C. botulinum και έτσι προφυλάσσουν από τον βοτουλισμό που προκαλείται από τις τοξίνες τους^[12][13]

Μαγειρική

Στη μαγειρική της Δυτικής Αφρικής το ορυκτό νιτρικό κάλιο χρησιμοποιείται αρκετά ως παράγοντας πυκνώσεως στις σούπες^[14] και άλλα φαγητά. Επίσης, για το μαλάκωμα της τροφής και τη μείωση του χρόνου του βρασμού φασολιών και σκληρών κρεάτων. Αποτελεί επίσης ουσιώδες συστατικό στην παρασκευή ειδικών χυλών, όπως ο kunun kanwa^[15], που μεταφράζεται κατά λέξη (γλώσσα χάουσα) ως «χυλός νίτρου».

Λίπασμα

Το νιτρικό κάλιο είναι συστατικό των λιπασμάτων ως πηγή αζώτου και καλίου – δύο μακροθρεπτικών στοιχείων για τα φυτά. Από μόνο του, έχει τιμές NPK 13-0-44.^[16][17]

Φαρμακολογία

• Το νιτρικό κάλιο χρησιμοποιείται σε κάποιες οδοντόκρεμες για ευαίσθητα δόντια^[18]. Πρόσφατα, η χρήση αυτή έχει αυξηθεί^[19][20]
• Στο παρελθόν χρησιμοποιήθηκε για θεραπεία του άσθματος^[21]
• Στην Ταϊλάνδη αποτελεί κύριο συστατικό σε ταμπλέτες για την ανακούφιση των συμπτωμάτων της κυστίτιδας, της πυελονεφρίτιδας και της ουρηθρίτιδας^[22].
• Καταπολεμεί την υπέρταση^[23].

Διάφορες άλλες χρήσεις

• Ηλεκτρολύτης σε γέφυρα άλατος
• Ενεργό συστατικό σε πυροσβεστικά συστήματα συμπυκνωμένου αεροδιαλύματος. Καιόμενο με τις ελεύθερες ρίζες μιας φλόγας παράγει ανθρακικό κάλιο.^[24]
• Καθαριστικό αλουμινίου
• Σε λουτρό τηγμένου άλατος μέσης θερμοκρασίας για τη θερμική κατεργασία μετάλλων, συνήθως σε συνδυασμό με νιτρώδες νάτριο. Παρόμοιο λουτρό παράγει ανθεκτικό μελανόμαυρο φινίρισμα που γίνεται συνήθως σε όπλα. Η διαλυτότητά του στο νερό και το μικρό κόστος του το καθιστούν ιδανικό βραχυπρόθεσμο αντισκωριακό^[25].
• Επάγει την ανθοφορία των δένδρων μάνγκο στις Φιλιππίνες^[26][27], πράξη που αυξάνει την παραγωγή μέχρι και στο τριπλάσιο.
• Μέσο αποθηκεύσεως θερμότητας σε συστήματα παραγωγής ενέργειας. Τηγμένα άλατα όπως το νιτρικό κάλιο αποθηκεύονται μετά τη θέρμανσή τους από ηλιακή ενέργεια που συγκεντρώνεται από κοίλα κάτοπτρα, όπως στο Gemasolar Thermosolar Plant στην Ισπανία.

• Νιτροκυτταρίνη
• Υπερχλωρικό κάλιο

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

• Διεθνής Χημική Κάρτα Ασφαλείας 018402216