Kali Nitrat (KNO3): Cấu trúc, công dụng, tính chất
Kali nitrat là một loại muối ternary bao gồm kali, kim loại kiềm và nitrat oxoener. Công thức hóa học của nó là KNO 3, có nghĩa là với mỗi ion K +, có một ion NO 3 - tương tác với nó. Do đó, nó là một muối ion và tạo thành một trong những nitrat kiềm (LiNO 3, NaNO 3, RbNO 3 ...).
KNO 3 là một tác nhân oxy hóa mạnh do sự hiện diện của anion nitrat. Điều đó có nghĩa là, nó có chức năng như một kho chứa các ion nitrat và khan rắn, không giống như các muối khác hòa tan cao trong nước hoặc rất hút ẩm. Nhiều tính chất và công dụng của hợp chất này là do anion nitrat, chứ không phải là cation kali.
Trong hình trên, các tinh thể KNO 3 với hình kim được minh họa. Nguồn tự nhiên của KNO 3 là saltpeter, được biết đến với tên Saltpeter hoặc Salpetre, trong tiếng Anh. Nguyên tố này còn được gọi là kali nitrat hoặc khoáng nitro.
Nó được tìm thấy trong các khu vực khô cằn hoặc sa mạc, cũng như sự phát triển của các bức tường hang động. Một nguồn quan trọng khác của KNO 3 là guano, phân của động vật sống trong môi trường khô ráo.
Cấu trúc hóa học
Trong hình trên, cấu trúc tinh thể của KNO 3 được thể hiện. Các quả cầu màu tím tương ứng với các ion K +, trong khi các quả cầu màu đỏ và màu xanh tương ứng là các nguyên tử oxy và nitơ. Cấu trúc tinh thể là trực giao ở nhiệt độ phòng.
Hình dạng của anion NO 3 - là của một mặt phẳng lượng giác, với các nguyên tử oxy ở các đỉnh của tam giác và nguyên tử nitơ ở tâm của nó. Nó có điện tích chính thức dương trên nguyên tử nitơ và hai điện tích chính thức âm trên hai nguyên tử oxy (1-2 = (-1)).
Hai điện tích âm của NO 3 - được định vị trong số ba nguyên tử oxy, luôn duy trì điện tích dương trên nitơ. Như một hệ quả của những điều trên, các ion K + của tinh thể tránh đặt ngay bên trên hoặc bên dưới nitơ của NO 3 - anion.
Trên thực tế, hình ảnh cho thấy các ion K + được bao quanh bởi các nguyên tử oxy, các quả cầu đỏ. Tóm lại, những tương tác này chịu trách nhiệm cho sự sắp xếp tinh thể.
Các pha tinh thể khác
Các biến như áp suất và nhiệt độ có thể thay đổi các cách sắp xếp này và tạo ra các pha cấu trúc khác nhau cho KNO 3 (các pha I, II và III). Ví dụ, pha II là hình ảnh, trong khi pha I (với cấu trúc tinh thể lượng giác) được hình thành khi các tinh thể được làm nóng đến 129 ° C.
Giai đoạn III là một chất rắn chuyển tiếp thu được từ việc làm mát giai đoạn I, và một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng nó thể hiện một số tính chất vật lý quan trọng, chẳng hạn như điện sắt. Trong pha này, tinh thể tạo thành các lớp kali và nitrat, có thể nhạy cảm với lực đẩy tĩnh điện giữa các ion.
Trong các lớp của pha III, các anion NO 3 - mất một phần phẳng (hình tam giác hơi cong) để cho phép sự sắp xếp này, mà trước bất kỳ sự xáo trộn cơ học nào, sẽ trở thành cấu trúc của pha II.
Công dụng
Muối có tầm quan trọng rất lớn vì nó được sử dụng trong nhiều hoạt động của con người, được biểu hiện trong công nghiệp, nông nghiệp, thực phẩm, v.v. Trong số các ứng dụng này, nổi bật sau đây:
- Việc bảo quản thực phẩm, đặc biệt là thịt. Mặc dù nghi ngờ rằng nó có liên quan đến sự hình thành nitrosamine (tác nhân gây ung thư), nó vẫn được sử dụng trong charcuterie.
- Phân bón, vì kali nitrat cung cấp hai trong số ba chất dinh dưỡng đa lượng của thực vật: nitơ và kali. Cùng với phốt pho, yếu tố này là cần thiết cho sự phát triển của thực vật. Đó là, nó là một dự trữ quan trọng và có thể quản lý của các chất dinh dưỡng này.
- Nó tăng tốc quá trình đốt cháy, có thể tạo ra vụ nổ nếu vật liệu dễ cháy lan rộng hoặc nếu nó được phân chia mịn (diện tích bề mặt lớn hơn, độ phản ứng lớn hơn). Ngoài ra, nó là một trong những thành phần chính của thuốc súng.
- Tạo điều kiện cho việc loại bỏ các gốc cây bị đốn hạ. Nitrate cung cấp nitơ cần thiết cho nấm để phá hủy gỗ của gốc cây.
- Nó can thiệp vào việc giảm độ nhạy cảm của răng thông qua sự kết hợp của nó trong kem đánh răng, làm tăng sự bảo vệ đối với các cảm giác đau của răng do lạnh, nóng, axit, ngọt hoặc tiếp xúc.
- Nó hoạt động như một thuốc hạ huyết áp trong việc điều hòa huyết áp ở người. Tác dụng này sẽ được đưa ra hoặc liên quan đến sự thay đổi bài tiết natri. Liều khuyến cáo trong điều trị là 40-80 mEq / ngày kali. Về vấn đề này, người ta chỉ ra rằng kali nitrat sẽ có tác dụng lợi tiểu.
Làm thế nào được thực hiện?
Hầu hết nitrat được sản xuất trong các mỏ của sa mạc ở Chile. Nó có thể được tổng hợp bởi một số phản ứng:
NH 4 NO 3 (ac) + KOH (ac) => NH 3 (ac) + KNO 3 (ac) + H 2 O (l)
Kali nitrat cũng được sản xuất bằng cách trung hòa axit nitric với kali hydroxit trong phản ứng tỏa nhiệt cao.
KOH (ac) + HNO 3 (conc) => KNO 3 (ac) + H 2 O (l)
Ở quy mô công nghiệp, kali nitrat được tạo ra bởi phản ứng thế kép.
NaNO 3 (ac) + KCl (ac) => NaCl (ac) + KNO 3 (ac)
Nguồn chính của KCl là khoáng silvin chứ không phải các khoáng chất khác như Carnallite hoặc cainite, cũng bao gồm magiê ion.
Tính chất hóa lý
Kali nitrat ở trạng thái rắn xảy ra dưới dạng bột trắng hoặc ở dạng tinh thể có cấu trúc trực giao ở nhiệt độ phòng và lượng giác ở 129 ° C. Nó có trọng lượng phân tử 101.1032 g / mol, không mùi và có vị mặn chát.
Nó là một hợp chất rất hòa tan trong nước (316-320 g / lít nước, ở 20 ºC), do tính chất ion của nó và sự dễ dàng mà các phân tử nước phải hòa tan ion K +.
Mật độ của nó là 2, 1 g / cm3 ở 25 ºC. Điều này có nghĩa là nó dày gấp đôi nước.
Điểm nóng chảy của nó (334 ° C) và sôi (400 ° C) là dấu hiệu cho thấy liên kết ion giữa K + và NO 3 -. Tuy nhiên, chúng thấp so với các muối khác, vì năng lượng mạng tinh thể thấp hơn đối với các ion đơn trị (nghĩa là với điện tích ± 1) và cũng có kích thước không giống nhau lắm.
Nó phân hủy ở nhiệt độ gần điểm sôi (400 ºC) để tạo ra kali nitrit và oxy phân tử:
KNO 3 (s) => KNO 2 (s) + O 2 (g)
