Как в природе найти селитру

Updated December 02, 2021

By Meg Schader

Reviewed by: Sylvie Tremblay, M.Sc. Molecular Biology and Genetics

Where is saltpeter found? A compound with the chemical name potassium nitrate, saltpeter is also referred to as saltpetre. Historically mined for use in food preservation, gunpowder, fertilizers, pesticides, fireworks and herbicides, saltpeter is a naturally occurring nitrate that is found in caves. Strange as it may sound, saltpeter is produced from the guano, or excrement, of bats. Found in caves across the world and through the Appalachian and Ozark Mountains in the United States, saltpeter was mined extensively in the 19th century for use in the War of 1812 and the Civil War.

Mining and Extracting Saltpeter

In the United States, caves in Kentucky, Tennessee, West Virginia and Arkansas were mined to make gunpowder to fight wars in the 1800s. Dirt from places like Mammoth Cave, Kingston Saltpeter Cave and the Great Saltpeter Cave was mined due to its high concentration of calcium nitrate from rich deposits of bat guano in the caves.

The dirt from the caves was filtered to create a solution of water and calcium nitrate. This solution was then combined with high-potassium materials, like ox blood and wood ash, to precipitate the saltpeter from the solution made from the cave soil.

During the Civil War, the entire process of making saltpeter was often done underground to avoid detection. And during the War of 1812, domestic production of saltpeter for gunpowder was essential, as importation of gunpowder was very difficult to the blockades of ports by the British.

Uses of Saltpeter

Besides its importance in the production of gunpowder, saltpeter is used in a wide variety of other applications. Saltpeter is used extensively in agriculture, particularly in the manufacturing of pesticides, fertilizers and herbicides. It is also used as an ingredient in tree stump removal products.

In foods, potassium nitrate is used to cure meats and cheeses – but it is toxic in high levels, so there are regulations about how much saltpeter can be used for these purposes. It is also used to prevent botulism, preserve the color of foods and improve food flavors.

Additionally, saltpeter is used in the manufacturing of fireworks, explosives and rocket fuels. An essential ingredient in the production of glass, saltpeter can also be used to treat metals.

With such a wide range of uses, natural sources of the compound, like caves, could not possibly keep up with the demand for saltpeter. But there are several methods of producing potassium nitrate in a lab, making extraction of saltpeter from caves an obsolete and historical method of production.

Historical Production of Saltpeter

Chemists now produce saltpeter on an industrial scale in professional labs, using a variety of methods. Many mines that have historically provided the compound are now important archeological sites, providing records and artifacts about the past.

Methods for manufacturing saltpeter date back to the early 1900s, as extracting the compound from caves was not an easy or inexpensive undertaking. In fact, many of the mine workers in the 1800s were enslaved African Americans, who were forced to perform the difficult and dangerous work of digging, hauling and sifting the soil in the caves to produce saltpeter.

Many obsolete saltpeter mines in the United States are now tourist attractions, historical sites where visitors can learn about the extraction and uses of this important compound. One of the largest saltpeter mines in the world, the Humberstone and Santa Laura Saltpeter Works, is in the South American country of Chile. Like saltpeter mines in the United States, these once important sites are now abandoned. However, they’ve been designated by UNESCO as a World Heritage Site because these sites provide an interesting glimpse into the historical importance of saltpeter mines.

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 12 февраля 2020 года; проверки требуют 29 правок.

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
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

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

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[править | править код]

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]:

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[править | править код]

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

• 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]:

• 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[править | править код]

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.

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:

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:

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

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

 — в основном, демонстрационная реакция соответствующей кислоты и основания

 — тоже демонстрационная реакция соответствующих кислоты и металла.

 — демонстрационная реакция соответствующего основного оксида с соответствующей кислотой.

Также:

Природные источники и месторождения[править | править код]

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[править | править код]

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].

См. также[править | править код]

• Азотная кислота
• Нитраты
• Порох

Примечания[править | править код]

Ссылки[править | править код]

• Получение калиевой селитры

Когда мы слышим про биотехнологию, нам в голову приходят образы сверкающих реакторов из нержавеющей стали, специалистов в белоснежных халатах, пипетки, шприцы и управляемые компьютерами процессы, протекающие в безукоризненно чистых лабораториях. Вряд ли мы думаем о лопатах, ржавых котлах с человеческий рост, моче и навозе. Тем не менее – именно этими инструментами работали со своими «реагентами» селитрянщики – возможно первые химики вообще и химики-биотехнологи, в частности, оплата труда которых шла за счет соответствующей королевской или республиканской казны – то есть из государственного бюджета.

Селитрянщик за работой – гравюра XVII века

Возможно, современных химиков это сравнение может и покоробить, однако именно с селитрянщиков начиналась спонсируемая государством химическая промышленность. Презираемые нанимателями и дворянством, но, тем не менее, хорошо организованные банды селитрянщиков были ужасом ферм XVI-XVII века – с дозволения короны они перерывали хлева, конюшни, а иногда и отхожие места, собирая замечательное вещество, которое и дало название их профессии – селитру или нитрат калия KNO₃.

(В русском языке слово «селитра», по всей вероятности, происходит от латинского sal nitrum – азотная соль; английскую этимологию этого же слова – «saltpeter» отследить проще – оно происходит от греческих слов sal – соль и petre – камень).

Первые зажигательные снаряды – дымный порох смешан с серой и свиным салом в горшках, запечатанных свиным салом. Средневековая гравюра.

Почему появилась такая профессия, и чем был обусловлен интерес государств лихих 1600-х годов к выгребным ямам и компостным кучам? В те времена селитра была самым редко встречающимся компонентом черного дымного пороха, двумя другими, боле распространенными были древесный уголь и сера. Если в те времена леса покрывали большую часть Европы, и в сырье для производства древесного угля недостатка не было, серу добывали во многих, в том числе и европейских государствах, а вот селитра была завозным товаром, который импортировался в государства Северной или Западной Европы из Южной Европы и Азии. Одним из основных экспортеров нитрата калия была Индия, отсюда его несколько более позднее название – «индийская селитра»

Появление и повышение значения огнестрельного оружия приводило к зависимости боеспособности армий от привозного сырья, что не могло не беспокоить королей и парламенты таких стран, как, например, Франция, Англия и Швеция, и поэтому стратегия импортозамещения селитры своими местными источниками вскоре стала одним из приоритетных направлений военно-экономической политики государств Европы.

Биотехнологическое производство компонента пороха. Рисунок: © Science Minus Details

Большим сюрпризом для военной аристократии того времени оказалось то, что ценный стратегический ресурс в буквальном смысле попирается ногами их крестьян. Во время зимы лошади, коровы и прочий скот мочился в стойлах, почва пропитывалась мочевиной, которая медленно разрушалась водой до аммиака и углекислого газа. После процесса гидролиза и образования аммиака в дело вступали биотехнологии – нитрифицирующие бактерии, единственным источником энергии для которых и являлись молекулы аммиака, окисляли аммиак, превращая его в азотную кислоту и воду.

Вскоре после того, как было обнаружено (скорее всего – случайно), что если прокипятить верхний слой почвы стойла с большим количеством воды, отфильтровать воду от твердых остатков жизнедеятельности животных, а затем добавить к раствору поташ (карбонат калия, К₂CO₃), из кипящего котла можно выделить белые кристаллы селитры, королевские дома Европы и Парламенты организовали целую сеть концессий селитрянщиков, действовавшую по всей Европе (Тут можно посмотреть ордонанс  короля Англии, регламентирующий деятельность селитрянщиков). Поскольку единственными аналитическими инструментами селитрянщиков были их интуиция и вкусовые сосочки их языков, без сомнения, для работы селитрянщикам требовались недюжинные умения и опыт.

Густав Васа, он сделал землю скотных дворов собственностью Короны Швеции. А чего добился ты?

Хотя разорение амбаров и добыча стратегических ресурсов для селитрянщиков было весьма прибыльным делом, крестьяне, чьи постройки подвергались регулярным налетам, не получали никакой компенсации. Чтобы отвадить странствующих химиков от своих построек, сообразительные фермеры начали мостить полы в стойлах своих животных. Твердое напольное покрытие портило лопаты селитрянщиков. Эта практика распространилась широко, но селитра стоила столь дорого, что в странах, испытывающий наибольший дефицит селитры – Англии и Швеции практика постройки стойл для скота с твердым напольным покрытием была объявлена вне закона. Король Швеции Густав I Васа так вообще объявил, что земля в шведских конюшнях и коровниках является собственностью Короны.

Процесс добычи селитры из продуктов жизнедеятельности животных совершенствовался пару веков, однако в конечном итоге такой способ добычи селитры сошел на нет благодаря обильному и дешевому импорту из Нового Света другого нитрата – нитрата натрия (чилийской селитры). Затем в начале ХХ века был разработан синтетический процесс связывания атмосферного азота – азот реагирует с водородом с образованием аммиака, который затем в зависимости от конечной цели окисляется либо до азотной кислоты, либо до нитратов. Процесс связывания азота в аммиак, процесс Габера, хотя и решил многие проблемы, в том числе и с химическими удобрениями, до сих пор является одним из наиболее энергозатратных процессов химической промышленности (на получение аммиака ежегодно тратится около 1% всей энергии, которую вырабатывает человеческая цивилизация). Окисление же аммиака до азотной кислоты известно, как процесс Оствальда.

Тем же товарищам, которые боятся химического-синтетического и предпочитают «органическое» можно посоветовать пойти путем селитрянщиков и добывать калийную селитру из самых что ни есть «натуральных» источников (способ описан выше – берем навоз, кипятим, добавляем поташ). Боюсь только, что современные фермеры не столь затюканы, как крестьяне XVI-XVII века, и за попытку безвозмездно порыться в своих компостных кучах могут и оштрафовать нео-селитрянщиков в лучшем случае лопатой по хребту, а в худшем – отоварить из имеющихся в наличии стволов.

Роль селитры в дымном порохе проста и понятна – это окислитель, который бурно реагирует с горючими материалами типа серы, древесного угля (на поздних этапах эволюции дымного пороха – с ватой), в настоящее время индийская селитра, нитрат калия для огнестрельного оружия практически не используется, основное направление ее применения – сельское хозяйство. Нитрат калия представляет собой удобрение, содержащее сразу два питательных вещества, необходимых для растений – азот и калий.

Калийную селитру также используют в пищевой промышленности. Нитрат калия известен как пищевая добавка E252, использующаяся для консервации мяса, например в сырокопченых колбасах, при этом практика использования селитры для продления срока годности мясопродуктов весьма древне – она уходит корнями в средневековье. Правда, в настоящее время консерванты на основе нитрата калия замещаются такими консервантами, как нитрат и нитрит натрия.

В армиях Британии и США существует устойчивая легенда о том, что нитрат калия является антиафродизиаком, и его добавляют в пищу военнослужащих для подавления их сексуальной активности, однако никаких научных основ для этой легенды нет. Пошла она, скорее всего, с тех времен, когда перед дальними походами парусников во Флоте Его (ну или Её) Величества солонину консервировали опять же с помощью селитры. Если же почитать романы и повести о суровых буднях моряков парусного флота (скажем, цикл про путь Горацио Хорнблауэра от мичмана до адмирала) становится ясно, что та работа, которую выполняли матросы парусного флота, была самым гарантированным антиафродизиаком.

Такое наше сегодняшнее замечательное вещество – индийская селитра или просто селитра. Добавлю только еще, что историей своей добычи и промышленного получения селитра опровергает известную максиму, известную как третий закон экспериментальной химии: «Если к бочке повидла добавить ложку говна, то получится бочка говна». Правда, справедливости ради, этот закон более часто применяется к органической химии и органическим синтезам, а калийная селитра, несмотря на возможность получения с помощью биотехнологий, все же вещество неорганическое.

Ну и напоминаю, что по этому адресу идет голосование читателей конкурса научных блогов -2013 от SRTF, на который номинирован этот цикл про жизнь замечательных веществ, а посему, если вы, читатели хотите выразить признательность (или громкое фу)  жизнеописателю этих замечательных веществ, вы можете сходить туда и проголосовать.

This entry was originally posted at http://feanoturi.dreamwidth.org/805499.html.

Селитра является популярным названием для химических веществ, нитрата калия и нитрата натрия. Это важный компонент удобрений, взрывчатых веществ, пищевых консервантов, пропеллентов и зубной пасты для чувствительных зубов. Концентрированный раствор нитрата калия ускоряет разложение растительных веществ, таких как пни. Он имеет окислительные свойства, которые делают его полезным в качестве ингибитора ржавчины для металлов. Нитрат калия также имеет медицинское применение при лечении высокого кровяного давления и стенокардии.

Птица Гуано

Наибольшее распространение природной селитры в виде нитрата натрия и связанных с ним соединений происходит в пустыне Атакама в Чили. Называется чилийская селитра, она происходит от отложений птицы гуано. Химическая обработка этих месторождений изолирует нитрат калия.

растения

Обычная селитра в виде нитрата калия встречается в соке растений, таких как подсолнечник, огуречник обыкновенный, чистотел и табак. Овощи, такие как шпинат, сельдерей и капуста содержат значительное количество нитрата калия.

Пещеры известняка

Кристаллизованные отложения селитры встречаются в известняковых пещерах, в которых обитают летучие мыши или другие существа. Процесс нитрификации начинается, когда помет животных вступает в контакт с известняком. Полученное нитратное соединение растворяется в дождевой воде и падает на землю, где испаряется, оставляя соль. Такие пещеры есть в Италии, США (Теннесси и Кентукки) и Африке.

Почва

Селитра встречается как кристаллические вены в почве в долине Ганга в Индии и как флуоресценция на почве в некоторых частях Индонезии Он собирается путем растворения соли в воде и выпаривания раствора для получения соли.