Nitrato di potassio (KNO3): struttura, usi, proprietà
Il nitrato di potassio è un sale ternario composto da potassio, metallo alcalino e nitrato di ossoanione. La sua formula chimica è KNO 3, il che significa che per ogni ione K + c'è uno ione NO 3 - che interagisce con esso. Pertanto, è un sale ionico e costituisce uno dei nitrati alcalini (LiNO 3, NaNO 3, RbNO 3 ...).
KNO 3 è un forte agente ossidante a causa della presenza dell'anione nitrato. Vale a dire, funziona come un serbatoio di nitrato solido e ioni anidro, a differenza di altri sali altamente solubili in acqua o molto igroscopici. Molte delle proprietà e degli usi di questo composto sono dovute all'anione di nitrato, piuttosto che al catione di potassio.
Nell'immagine in alto sono illustrati i cristalli KNO 3 con forme dell'ago. La fonte naturale di KNO 3 è il salnitro, conosciuto con il nome di Saltpeter o Salpetre, in inglese. Questo elemento è anche noto come nitrato di potassio o nitro minerale.
Si trova nelle aree aride o desertiche, così come le efflorescenze delle pareti cavernose. Un'altra importante fonte di KNO 3 è il guano, l'escremento di animali che vivono in ambienti secchi.
Struttura chimica
Nell'immagine in alto è rappresentata la struttura cristallina di KNO 3 . Le sfere viola corrispondono agli ioni K +, mentre le sfere rosse e blu sono gli atomi di ossigeno e azoto, rispettivamente. La struttura cristallina è ortorombica a temperatura ambiente.
La geometria dell'anione NO 3 - è quella di un piano trigonale, con gli atomi di ossigeno ai vertici del triangolo e l'atomo di azoto al suo centro. Ha una carica formale positiva sull'atomo di azoto e due cariche formali negative su due atomi di ossigeno (1-2 = (-1)).
Queste due cariche negative di NO 3 - sono delocalizzate tra i tre atomi di ossigeno, mantenendo sempre la carica positiva sull'azoto. Come conseguenza di quanto sopra, gli ioni K + del cristallo evitano di posizionare appena sopra o sotto l'azoto degli anioni NO 3 .
Infatti, l'immagine mostra come gli ioni K + sono circondati dagli atomi di ossigeno, le sfere rosse. In conclusione, queste interazioni sono responsabili delle disposizioni dei cristalli.
Altre fasi cristalline
Variabili come pressione e temperatura possono modificare queste disposizioni e originare diverse fasi strutturali per KNO 3 (fasi I, II e III). Ad esempio, la fase II è quella dell'immagine, mentre la fase I (con struttura cristallina trigonale) si forma quando i cristalli vengono riscaldati a 129 ° C.
La fase III è un solido transitorio ottenuto dal raffreddamento della fase I e alcuni studi hanno dimostrato che presenta alcune importanti proprietà fisiche, come la ferroelettricità. In questa fase il cristallo forma strati di potassio e nitrati, possibilmente sensibili alle repulsioni elettrostatiche tra gli ioni.
Negli strati di fase III gli anioni NO 3 perdono parte della loro planarità (il triangolo è leggermente incurvato) per consentire questa disposizione, che, prima di ogni disturbo meccanico, diventa la struttura della fase II.
applicazioni
Il sale è di grande importanza in quanto viene utilizzato in molte attività dell'uomo, che si manifestano nell'industria, nell'agricoltura, nel cibo, ecc. Tra questi usi, spiccano i seguenti:
- La conservazione del cibo, in particolare della carne. Nonostante il sospetto che sia coinvolto nella formazione di nitrosamina (agente cancerogeno), è ancora usato nei salumi.
- Fertilizzante, perché il nitrato di potassio fornisce due dei tre macronutrienti delle piante: azoto e potassio. Insieme al fosforo, questo elemento è necessario per lo sviluppo delle piante. Cioè, è una riserva importante e gestibile di questi nutrienti.
- Accelera la combustione, essendo in grado di produrre esplosioni se il materiale combustibile è esteso o se è finemente diviso (maggiore superficie, maggiore reattività). Inoltre, è uno dei componenti principali della polvere da sparo.
- Facilita la rimozione dei monconi degli alberi abbattuti. Il nitrato fornisce l'azoto necessario affinché i funghi distruggano il legno dei ceppi.
- Interviene nella riduzione della sensibilità dei denti attraverso la sua incorporazione nei dentifrici, che aumenta la protezione alle sensazioni dolorose del dente prodotte da freddo, calore, acido, dolce o contatto.
- Agisce come un ipotensore nella regolazione della pressione sanguigna negli esseri umani. Questo effetto sarebbe dato o correlato a un cambiamento nell'escrezione di sodio. La dose raccomandata nel trattamento è 40-80 mEq / giorno di potassio. A questo proposito, si sottolinea che il nitrato di potassio avrebbe un'azione diuretica.
Come è fatto?
La maggior parte del nitrato è prodotto nelle miniere dei deserti in Cile. Può essere sintetizzato da diverse reazioni:
NH 4 NO 3 (ac) + KOH (ac) => NH 3 (ac) + KNO 3 (ac) + H 2 O (l)
Il nitrato di potassio viene prodotto anche neutralizzando l'acido nitrico con l'idrossido di potassio in una reazione altamente esotermica.
KOH (ac) + HNO 3 (conc) => KNO 3 (ac) + H 2 O (l)
Su scala industriale, il nitrato di potassio è prodotto da una reazione a doppio spostamento.
NaNO 3 (ac) + KCl (ac) => NaCl (ac) + KNO 3 (ac)
La fonte principale di KCl è il minerale silvico e non altri minerali come la carnallite o la cainite, anch'essi composti di magnesio ionico.
Proprietà fisiche e chimiche
Il nitrato di potassio allo stato solido si presenta sotto forma di polvere bianca o sotto forma di cristalli con struttura ortoombenica a temperatura ambiente e trigonale a 129 ° C. Ha un peso molecolare di 101, 1032 g / mol, è inodore e ha un gusto acido salino.
È un composto molto solubile in acqua (316-320 g / litro di acqua, a 20 ºC), a causa della sua natura ionica e della facilità con cui le molecole d'acqua devono solvare lo ione K +.
La sua densità è di 2, 1 g / cm3 a 25 ºC. Ciò significa che è circa due volte più denso dell'acqua.
I punti di fusione (334 ° C) e di ebollizione (400 ° C) sono indicativi dei legami ionici tra K + e NO 3 -. Tuttavia, sono bassi rispetto ad altri sali, perché l'energia del reticolo cristallino è inferiore per gli ioni monovalenti (cioè con cariche ± 1), e hanno anche dimensioni che non sono molto simili.
Si decompone ad una temperatura vicina al punto di ebollizione (400 ° C) per produrre nitrito di potassio e ossigeno molecolare:
KNO 3 (s) => KNO 2 (s) + O 2 (g)
