نترات البوتاسيوم (KNO3): الهيكل والاستخدامات والخصائص
نترات البوتاسيوم عبارة عن ملح ثلاثي مكون من البوتاسيوم والمعادن القلوية ونترات الأكسانيون. الصيغة الكيميائية لها هي KNO 3 ، مما يعني أنه بالنسبة لكل K + أيون ، يوجد أيون 3 - يتفاعل معه. لذلك ، هو ملح أيوني ويشكل أحد النترات القلوية (LiNO 3 ، NaNO 3 ، RbNO 3 ...).
KNO 3 هو عامل مؤكسد قوي بسبب وجود أنيون النترات. بمعنى أنه يعمل كمستودع للنترات الصلبة والأيونات اللامائية ، على عكس الأملاح الأخرى القابلة للذوبان في الماء بشكل كبير أو استرطابي للغاية. العديد من خصائص واستخدامات هذا المركب ناتجة عن أنيون النترات بدلاً من كاتيونات البوتاسيوم.
في الصورة العليا ، يتم توضيح بلورات KNO 3 ذات الأشكال الإبرة. المصدر الطبيعي لـ KNO 3 هو الملح الصخري ، المعروف باسم الملح الصخري أو Salpetre ، باللغة الإنجليزية. يُعرف هذا العنصر أيضًا باسم نترات البوتاسيوم أو النيترو المعدني.
تم العثور عليها في المناطق القاحلة أو الصحراوية ، وكذلك نيران الجدران الكهفية. مصدر آخر مهم من KNO 3 هو ذرق الطائر ، براز الحيوانات التي تعيش في البيئات الجافة.
التركيب الكيميائي
في الصورة العليا ، يتم تمثيل التركيب البلوري لـ KNO 3 . تتوافق المجالات الأرجواني مع أيونات K + ، في حين أن الكرات الحمراء والزرقاء هي ذرات الأكسجين والنيتروجين ، على التوالي. هيكل الكريستال هو تقويم العظام في درجة حرارة الغرفة.
هندسة الأنيون رقم 3 - هي تلك الخاصة بالطائرة المثلثية ، مع ذرات الأكسجين في رؤوس المثلث ، وذرة النيتروجين في مركزها. له شحنة رسمية موجبة على ذرة النيتروجين ، وشحنتين رسميتين سالبتين على ذرتين أكسجين (1-2 = (-1)).
هاتان الشحنتان السالبتان لـ NO3 - تتحللان بين ذرات الأكسجين الثلاثة ، مع الحفاظ دائمًا على الشحنة الإيجابية على النيتروجين. كنتيجة لما ذكر أعلاه ، تتجنب أيونات K + البلورة وضع أعلى أو أسفل النيتروجين من الأنيونات NO 3 .
في الواقع ، تُظهر الصورة كيف تحيط أيونات K + ذرات الأكسجين بالكريات الحمراء. في الختام ، هذه التفاعلات مسؤولة عن الترتيبات البلورية.
مراحل بلورية أخرى
يمكن للمتغيرات مثل الضغط ودرجة الحرارة تعديل هذه الترتيبات وإنشاء مراحل هيكلية مختلفة لـ KNO 3 (المراحل الأولى والثانية والثالثة). على سبيل المثال ، المرحلة الثانية هي تلك الخاصة بالصورة ، في حين يتم تشكيل المرحلة الأولى (مع بنية بلورية مثلثية) عندما يتم تسخين البلورات إلى 129 درجة مئوية.
المرحلة الثالثة عبارة عن مادة صلبة انتقالية تم الحصول عليها من تبريد المرحلة الأولى ، وقد أظهرت بعض الدراسات أنها تظهر بعض الخواص الفيزيائية المهمة ، مثل الطاقة الكهرمائية. في هذه المرحلة ، تشكل البلورات طبقات من البوتاسيوم والنترات ، وربما تكون حساسة للتنافر الكهربائي بين الأيونات.
في طبقات المرحلة الثالثة ، تفقد الأنيونات رقم 3 بعضًا من بلانتها (المثلث منحني قليلاً) للسماح بهذا الترتيب الذي يصبح ، قبل أي إزعاج ميكانيكي ، هيكل المرحلة الثانية.
تطبيقات
الملح ذو أهمية كبيرة لأنه يستخدم في العديد من أنشطة الإنسان ، والتي تتجلى في الصناعة ، الزراعة ، الغذاء ، إلخ. من بين هذه الاستخدامات ، يبرز ما يلي:
- الحفاظ على الطعام وخاصة اللحوم. على الرغم من الاشتباه في تورطه في تكوين النتروزامين (العامل المسرطنة) فإنه لا يزال يستخدم في charcuterie.
- الأسمدة ، لأن نترات البوتاسيوم توفر اثنين من العناصر الغذائية الثلاثة الرئيسية للنباتات: النيتروجين والبوتاسيوم. جنبا إلى جنب مع الفوسفور ، هذا العنصر ضروري لتطوير النباتات. وهذا هو ، احتياطي مهم ويمكن التحكم فيها من هذه العناصر الغذائية.
- يسرع الاحتراق ، والقدرة على إنتاج انفجارات إذا كانت المادة القابلة للاحتراق واسعة النطاق أو إذا كانت مقسمة بدقة (مساحة سطح أكبر ، تفاعلية أكبر). بالإضافة إلى ذلك ، هو واحد من المكونات الرئيسية للبارود.
- يسهل إزالة جذوع الأشجار المقطوعة. يزود النترات النيتروجين اللازم للفطريات لتدمير حطب جذوع الأشجار.
- يتدخل في تقليل حساسية الأسنان من خلال دمجها في الأسنان ، مما يزيد من الحماية للأحاسيس المؤلمة للأسنان الناتجة عن البرد أو الحرارة أو الحمض أو الحلو أو التلامس.
- يعمل كمنخفض التوتر في تنظيم ضغط الدم عند البشر. سيتم إعطاء هذا التأثير أو الترابط مع تغيير في إفراز الصوديوم. الجرعة الموصى بها في العلاج هي 40-80 mEq / يوم من البوتاسيوم. في هذا الصدد ، يشار إلى أن نترات البوتاسيوم سيكون لها تأثير مدر للبول.
كيف يتم ذلك؟
يتم إنتاج معظم النترات في مناجم الصحاري في شيلي. يمكن توليفها من قبل العديد من ردود الفعل:
NH 4 NO 3 (ac) + KOH (ac) => NH 3 (ac) + KNO 3 (ac) + H 2 O (l)
يتم إنتاج نترات البوتاسيوم أيضًا عن طريق تحييد حمض النتريك بهيدروكسيد البوتاسيوم في تفاعل طارد للحرارة.
KOH (ac) + HNO 3 (conc) => KNO 3 (ac) + H 2 O (l)
على المستوى الصناعي ، يتم إنتاج نترات البوتاسيوم بواسطة تفاعل الإزاحة المزدوج.
NaNO 3 (ac) + KCl (ac) => NaCl (ac) + KNO 3 (ac)
المصدر الرئيسي للـ KCl هو معدن السيلفين ، وليس المعادن الأخرى مثل الكارنيت أو الكاينايت ، والتي تتكون أيضًا من المغنيسيوم الأيوني.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية
تحدث نترات البوتاسيوم في الحالة الصلبة كمسحوق أبيض أو في شكل بلورات مع بنية تقويمية في درجة حرارة الغرفة ، وتثليث عند 129 درجة مئوية. ويبلغ وزنه الجزيئي 101.1032 جم / مول ، وهو عديم الرائحة وله طعم ملحي فائق.
وهو مركب قابل للذوبان بشدة في الماء (316-320 جم / لتر من الماء ، عند 20 درجة مئوية) ، بسبب طبيعته الأيونية وسهولة جزيئات الماء في إذابة أيون K +.
كثافته 2.1 جم / سم 3 عند 25 درجة مئوية. هذا يعني أنه يكاد يكون ضعف كثافة الماء.
يشير انصهارها (334 درجة مئوية) ونقاط الغليان (400 درجة مئوية) إلى الروابط الأيونية بين K + و NO 3 -. ومع ذلك ، فهي منخفضة مقارنة بالأملاح الأخرى ، لأن طاقة الشبكة البلورية منخفضة بالنسبة للأيونات الأحادية التكافؤ (أي ، مع الشحنات) 1) ، ولها أيضًا أحجام غير متشابهة جدًا.
يتحلل عند درجة حرارة قريبة من نقطة الغليان (400 درجة مئوية) لإنتاج نتريت البوتاسيوم والأكسجين الجزيئي:
KNO 3 (s) => KNO 2 (s) + O 2 (g)
