Azotan potasu (KNO3): struktura, zastosowania, właściwości
Azotan potasu jest trójskładnikową solą złożoną z potasu, metalu alkalicznego i azotanu oksoanionu. Jego wzór chemiczny to KNO 3, co oznacza, że dla każdego jonu K + występuje jon NO 3 - oddziałujący z nim. Dlatego jest to sól jonowa i stanowi jeden z azotanów metali alkalicznych (LiNO 3, NaNO 3, RbNO 3 ...).
KNO 3 jest silnym środkiem utleniającym dzięki obecności anionu azotanowego. Oznacza to, że działa jako zbiornik stałych azotanów i bezwodnych jonów, w przeciwieństwie do innych soli wysoce rozpuszczalnych w wodzie lub bardzo higroskopijnych. Wiele właściwości i zastosowań tego związku wynika z anionu azotanowego, a nie z kationu potasu.
Na górnym zdjęciu zilustrowano kryształy KNO 3 o kształtach igieł. Naturalnym źródłem KNO 3 jest saletra, znana po angielsku Saletra lub Salpetre . Ten pierwiastek jest również znany jako azotan potasu lub minerał nitrowy.
Występuje na obszarach jałowych lub pustynnych, a także na wykwitach przepastnych ścian. Innym ważnym źródłem KNO 3 jest guano, odchody zwierząt zamieszkujących suche środowiska.
Struktura chemiczna
Na górnym obrazie przedstawiona jest struktura krystaliczna KNO 3 . Fioletowe kulki odpowiadają jonom K +, podczas gdy czerwone i niebieskie kule są odpowiednio atomami tlenu i azotu. Struktura krystaliczna jest rombowa w temperaturze pokojowej.
Geometria anionu NO 3 - jest to płaszczyzna trygonalna, z atomami tlenu w wierzchołkach trójkąta i atomem azotu w jego centrum. Ma dodatni ładunek formalny na atomie azotu i dwa ujemne ładunki formalne na dwóch atomach tlenu (1-2 = (-1)).
Te dwa ujemne ładunki NO 3 - są delokalizowane między trzema atomami tlenu, zawsze utrzymując dodatni ładunek na azocie. W konsekwencji powyższego, jony K + kryształu unikają umieszczania tuż powyżej lub poniżej azotu anionów NO3.
W rzeczywistości obraz pokazuje, w jaki sposób jony K + są otoczone przez atomy tlenu, czerwone kule. Podsumowując, te interakcje są odpowiedzialne za układy kryształów.
Inne fazy krystaliczne
Zmienne takie jak ciśnienie i temperatura mogą modyfikować te układy i tworzyć różne fazy strukturalne dla KNO 3 (fazy I, II i III). Na przykład faza II jest obrazem, podczas gdy faza I (z trygonalną strukturą krystaliczną) powstaje, gdy kryształy są ogrzewane do 129 ° C.
Faza III jest ciałem przejściowym otrzymanym z chłodzenia fazy I, a niektóre badania wykazały, że wykazuje ona pewne ważne właściwości fizyczne, takie jak ferroelektryczność. W tej fazie kryształ tworzy warstwy potasu i azotanów, prawdopodobnie wrażliwe na odpychanie elektrostatyczne między jonami.
W warstwach fazy III aniony NO 3 - tracą część swojej płaskości (trójkąt jest lekko zakrzywiony), aby umożliwić to ustawienie, które przed jakimkolwiek zaburzeniem mechanicznym staje się strukturą fazy II.
Używa
Sól ma ogromne znaczenie, ponieważ jest wykorzystywana w wielu działaniach człowieka, które przejawiają się w przemyśle, rolnictwie, żywności itp. Wśród tych zastosowań wyróżnia się:
- Konserwacja żywności, zwłaszcza mięsa. Pomimo podejrzenia, że bierze udział w tworzeniu nitrozoaminy (czynnika rakotwórczego), nadal jest stosowany w wędlinach.
- Nawóz, ponieważ azotan potasu zapewnia dwa z trzech makroskładników roślin: azot i potas. Wraz z fosforem pierwiastek ten jest niezbędny do rozwoju roślin. Oznacza to, że jest ważną i możliwą do opanowania rezerwą tych składników odżywczych.
- Przyspiesza spalanie, będąc w stanie wytwarzać eksplozje, jeśli materiał palny jest rozległy lub jest drobno podzielony (większa powierzchnia, większa reaktywność). Ponadto jest to jeden z głównych elementów prochu strzelniczego.
- Ułatwia usuwanie pni ściętych drzew. Azotany dostarczają niezbędnego azotu dla grzybów do niszczenia drewna pniaków.
- Wpływa na zmniejszenie wrażliwości zębów poprzez włączenie do środków do czyszczenia zębów, co zwiększa ochronę bolesnych odczuć zęba wytwarzanych przez zimno, ciepło, kwas, słodycze lub kontakt.
- Działa jako hipotensja w regulacji ciśnienia krwi u ludzi. Efekt ten zostanie podany lub powiązany ze zmianą wydalania sodu. Zalecana dawka w leczeniu wynosi 40-80 mEq na dobę potasu. W związku z tym wskazuje się, że azotan potasu miałby działanie moczopędne.
Jak to się robi?
Większość azotanów jest produkowana w kopalniach pustyń w Chile. Może być syntetyzowany przez kilka reakcji:
NH 4 NO 3 (ac) + KOH (ac) => NH 3 (ac) + KNO 3 (ac) + H 2 O (l)
Azotan potasu jest również wytwarzany przez neutralizację kwasu azotowego wodorotlenkiem potasu w wysoce egzotermicznej reakcji.
KOH (ac) + HNO 3 (conc) => KNO 3 (ac) + H 2 O (l)
Na skalę przemysłową azotan potasu jest wytwarzany w reakcji podwójnego wypierania.
NaNO 3 (ac) + KCl (ac) => NaCl (ac) + KNO 3 (ac)
Głównym źródłem KCl jest minerał silvin, a nie inne minerały, takie jak karnalit lub kainit, które również składają się z jonowego magnezu.
Właściwości fizyczne i chemiczne
Azotan potasu w stanie stałym występuje w postaci białego proszku lub w postaci kryształów o strukturze ortomombowej w temperaturze pokojowej i trygonalnej w 129 ° C Ma masę cząsteczkową 101, 1032 g / mol, jest bezwonny i ma ostry smak soli.
Jest to związek bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie (316–320 g / litr wody, w temperaturze 20 ° C), ze względu na jego jonowy charakter i łatwość, z jaką cząsteczki wody muszą solwatować jon K +.
Jego gęstość wynosi 2, 1 g / cm3 w 25 ° C. Oznacza to, że jest około dwa razy gęstszy niż woda.
Jego punkty topnienia (334 ° C) i wrzenia (400 ° C) wskazują na wiązania jonowe między K + i NO 3 -. Jednak są one niskie w porównaniu z innymi solami, ponieważ energia sieci krystalicznej jest niższa dla jonów jednowartościowych (tj. Z ładunkami ± 1), a także mają rozmiary, które nie są bardzo podobne.
Rozkłada się w temperaturze zbliżonej do temperatury wrzenia (400 ° C), aby wytworzyć azotyn potasu i tlen cząsteczkowy:
KNO 3 (s) => KNO 2 (s) + O 2 (g)
