Калиевая селитра (нитрат калия): свойства, применение, как удобрять, польза и вред

Калиевая селитра – это соль азотной кислоты, содержащая калий, также называется нитрат калия. Это неорганическое вещество нашло применение во многих сферах: в пищевой промышленности, в пиротехнике, в электронике, металлургии. Наибольшее распространение нитрат калия получил в садоводстве, где он используется в качестве удобрения для усиления роста, развития и плодоношения культурных растений. Прикормка сочетает в себе полезные свойства сразу двух макроэлементов, при внесении их в почву в составе разных добавок они усваиваются хуже. Калиевая селитра, которую применяют как удобрение, улучшает качество и плодородность почвы.

Что такое калиевая селитра?

Нитрат калия (калиевая селитра) – это калийная соль азотной кислоты. Она образуется в результате взаимодействия азотной кислоты с сульфатами или карбонатами калия. В нормальных условиях соединение имеет вид белого рассыпчатого порошка с пониженной гигроскопичностью. На молекулярном уровне калийная селитра образует ромбическую или гексоганальную кристаллическую решётку, имеет длинные тонкие иглы. Связь между азотным остатком и калием ионная.

Калиевая селитра – это вещество, которое не имеет вкуса и запаха. Со временем может уплотняться. Хорошо растворяется в воде, что значительно усиливается при нагревании, с трудом – в глицерине, диамиде, сжиженном аммиаке, практически нерастворима в этаноле и диэтиловом эфире.

В природе нитрат калия в небольших количествах можно обнаружить в растениях как промежуточный продукт переработки калиевых солей серной и угольной кислоты. Издревле селитру добывали из отложений, которые формируются посредством биологической фиксации аммиака нитробактериями. Аммиак в виде газа выделяется из гниющей органики любого происхождения (растительной, животной). Залежи минерала нитрокалита образуются в районах с тёплым климатом: Индия, Австралия, Боливия, США, Россия.

Формула, уравнение, свойства калиевой селитры

Химическая формула калиевой селитры – KNO ₃. При повышении температуры до 400 °С начинается разложение:

2KNO₃ ⟶ 2KNO₂ + O₂↑

При этом получается калиевая соль азотистой кислоты (нитрит калия) и выделяется газ кислород.  Нитрат калия обладает выраженными окислительными свойствами, может реагировать как с простыми, так и со сложными веществами.

Для определения содержания нитрата калия пользуются качественным взаимодействием с медью при медленном нагревании:

Cu + 4KNO₃ + 2H₂SO₄ → Cu(NO₃)₂ + 2K₂SO₄ + 2NO₂ ↑+ 2H₂O

Наблюдается выделение газообразного оксида азота бурого цвета.

Молекула калиевой селитры

Получение калиевой селитры

Для добычи калиевой селитры до развития химической промышленности пользовались естественными источниками – селитряницы. Это навоз в смеси с гниющими растительными остатками, соломой или хворостом, известняковыми веществами, строительными материалами, не пригодными к эксплуатации. Сверху они накрывались дерниной для предотвращения выпускания газов. В этом закрытом пространстве шел активный синтез нитрата калия:

1. В ходе гниения образовывался газ аммиак, который задерживался в соломе.
2. Микроорганизмы окисляли аммиак до азотистой и азотной кислоты с помощью нескольких этапов нитрификации.
3. Кислота взаимодействовала с известняком (CaCO₃), в результате получался кальция нитрат или кальциевая селитра (Ca(NO₃)₂).
4. Смесь подвергалась выщелачиванию, её переводили в водный раствор.
5. В раствор добавляли древесную золу с большим содержанием карбоната калия (K₂CO₃). При этом выпадал молочно-белый осадок известняка.
6. В итоге образовывался раствор калиевой селитры.

Общая формула реакций:

Ca(NO₃)₂ + K₂CO₃ → 2 KNO₃ + CaCO₃↓

Нередко известняк в селитрянице заменяли поташом (калиевым карбонатом), тогда синтез шел без необходимости выщелачивания и прямо приводил к нитрату калия.

В 19 веке был предложен дугой способ добычи калиевой селитры, менее затратный и более быстрый:

KCl + NaNO₃ → KNO₃ + NaCl

Для этого применяли природный нитрат натрия (чилийскую селитру) и среднюю соль соляной кислоты (хлорид калия). Побочным продуктом взаимодействия является поваренная соль.

Сегодня в лабораторных условиях нитрат калия получают посредством реакции нитрата кальция с сульфатом калия. Она протекает схоже с самым первым способом получения калиевой селитры:

Ca(NO₃)₂ + K₂SO₄ → 2KNO₃ + CaSO₄↓

При этом выпадает осадок бесцветных или беловатых кристаллов сернокислого кальция.

В лабораториях применим метод получение азотнокислого калия с помощью взаимодействия нитрата аммония с хлоридом калия:

KCl + NH₄NO₃ → KNO₃ + NH₄Cl

Побочный продукт легко отделяется, оставляя высокий выход необходимого вещества.

Массовый выпуск удобрения осуществляется специализированными заводами. В промышленности производство калиевой селитры происходит посредством конверсии. Это наиболее доступный и распространённый метод, т.к. в результате получается чистое вещество 1-го класса. Для этого применяется технология катионного обмена хлорида калия и нитрата натрия, которая проходит в несколько этапов:

1. Растворы соединений фильтруются и выпариваются до нужной концентрации.
2. При нагревании паром они проходят обменное разложение внутри стального реактора.
3. Внутрь постепенно добавляется порошкообразный хлорид калия, а также минеральное масло, способствующее интенсификации процесса и уменьшению формирования пены.
4. Процесс разложения занимает 4 часа, постоянная температура около 90 °С, к концу времени её поднимают до 120 °С.
5. Затем фильтрацией холодной водой отделяют поваренную соль, которая удаляется.
6. Раствор нитрата калия постоянно подогревают, чтобы избежать кристаллизации. С различными примесями его отправляют в приёмные баки.
7. Побочные продукты подвергают разложению, они выделяются в виде газов.
8. В кристаллизаторе образуется чистый порошок калиевой селитры.
9. Его промывают холодной водой, растворяют и подвергают повторной кристаллизации для получения более чистого и качественного продукта.
10. Готовое удобрение просушивают в барабанных установках горячим воздухом.

Реакции с калиевой селитрой, соединения

Калиевая селитра не вступает в реакцию со щелочами, но может реагировать с кислотами:

KNO₃ + H₂SO4 → KHSO₄ +HNO₃↑

В смеси с серной кислотой калий включается в состав соли – гидросульфата, в виде паров формируется азотная кислота. С солями селитра реагирует с образованием других солей, а также воды:

2KNO₃ + (NH₄)₂SO₄ →K₂SO₄ + 2N₂O +4H₂O

Реакция взаимодействия селитры с атомарным водородом:

KNO₃ +HCl + Zn → KNO₂ + ZnCl₂ + H₂O

Процесс идёт с участием катализаторов, образуется азотистокислый калий, хлорид цинка и вода. При интенсивном нагревании (до 400 °С) нитрат калия может реагировать со свинцом:

KNO₃ +Pb → KNO₂ + PbO

В тех же условиях идёт реакция азотнокислого калия с чистым алюминием:

6KNO₃ + 10Al → 6KAlO₂ + 2Al₂O₃ +3N₂

В результате образуется окисел алюминия и калия, оксид алюминия и молекулярный азот.

Высокая реакционная способность вещества определяет его огромное значение в удобрении почвы. Благодаря тому, что азотнокислый калий способен вступать в химические реакции со многими соединениями, он хорошо усваивается растениями, быстро включается в их метаболизм и положительно влияет на рост и развитие.

Применение калиевой селитры

Применение вещества распространяется на многие сферы.

Применение калиевой селитры в садоводстве и огородничестве

Калиевая селитра – это ценное удобрение, необходимое для нормального развития зелёной растительности. Её применяют для улучшения качественных свойств почв, насыщения её макроэлементами, которые играют большую роль в метаболизме растений, это так называемая подкормка.

Калиевая селитра, как удобрение, оказывает ряд положительных эффектов на садовые и огородные культуры:

• повышает урожайность;
• способствует развитию аккуратных и крупных плодов;
• усиливает пышность и продолжительность цветения декоративных растений;
• повышает устойчивость к инфекционных агентам, а также к вредителям;
• делает растения более стрессоустойчивыми: они легче переживают засуху, жару, резкие скачки температур;
• увеличивает длительность плодоношения;
• улучшает вкусовые качества плодов (например, фрукты становятся слаще за счёт интенсивного накопления сахаров);
• предотвращает растрескивание;
• продлевает срок хранения.

Важно, что данное удобрение не содержит хлора, поэтому может беспрепятственно вноситься в почвы для растений, не переносящих его, без негативных последствий. Его удобно применять: можно использовать в сухом и в растворённом виде, вносить в землю или же опрыскивать листья.

Калиевую селитру применяют как подкормку для большого количества видов растений, однако, она подходит не всем:

Применение калиевой селитры в пиротехнике

Нитрат калия (калиевая селитра) – это горючий компонент в жидкостях пиротехники. Благодаря эффектному горению он включается в чёрный порох в петардах и салютах. Калиевая селитра является основным компонентном (65%) карамельного ракетного топлива. Его применяют в любительском ракетостроении и ценят за нетоксичность и безопасность ингредиентов.

Применение калиевой селитры в пищевой промышленности

Азотнокислый калий имеет статус пищевой добавки Е252. Это консервант, обладающий умеренно выраженными антибактериальными свойствами. Соединение способно подавлять развитие патогенных микроорганизмов (в том числе бактерий, продуцирующих ботулотоксины, вызывающих угрожающее жизни состояние – ботулизм), грибков. Оно продлевает срок годности, со временем превращаясь в нитрит. Е252 можно встретить в составе:

• рыбной продукции (маринованная и консервированная рыба);
• мясной продукции (колбасы, сосиски, копчёное мясо);
• сыров;
• охлаждённые готовые продукты (пицца).

Нитрат калия стабилизирует и фиксирует исходную окраску, поэтому добавляется в пищу, которая с течением времени может менять цвет (анчоусы). Таким образом сохраняется привлекательный товарный вид.

Применение калиевой селитры в промышленности

Калийная селитра входит в состав стекла. Благодаря этому компоненту стекольные изделия становятся более крепкими и прозрачными, из них удаляются газовые пузыри. В оптическом стекловарении нитрат калия применяют для осветления и обесцвечивания хрусталя. Из-за высокой химической активности и окислительным свойствам его применяют в металлургии: при обработке никелевых руд селитра выполняет роль флюса, который понижает температуру плавления и способствует лучшему выделению никеля.

Калиевая селитра как удобрение, как разводить для томатов, для огурцов, корнеплодов, плодовых деревьев, ягоди и декоративных растений

Удобрение калиевая селитра должна обязательно вноситься в почву дважды в сезон, однако у разных культур время и способ подкормки различается. В общих случаях основное внесение проводится весной: в апреле и в мае, непосредственно перед посевом. Удобрение следует применять также всё лето, а вот осенью делать этого не следует, калий и азот быстро вымоются из почвы из-за осадков.

Различают корневую подкормку и внекорневую подкормку. Корневую подкормку можно осуществлять водными растворами нитрата калия (при этом растения поливают под корень) или сухой смесью (порошок вносится в землю). Внекорневое подкормка (удобрение) культур проводят опрыскиванием зелёных частей растворённой селитрой.

Для корневой подкормки доза азотнокислого калия составляет:

• 20-30 г на 1 м² для овощных и цветочных культур;
• 15-30 г на 1 м² декоративным и ягодным кустарникам;
• 20-30 г на 1 м² плодовым деревьям.

Дозировка для внекорневой подкормки – 20 г калиевой селитры, разведённой в 10 литрах воды:

• 1 – 1,5 л на 10 м² – овощные и цветочные культуры;
• 1,5 л на куст – декоративные и ягодные кустарники;
• 2 л на молодое растение и 5-8 л на взрослое – плодовые деревья.

Нужно учитывать, что в жидкой форме удобрение усваивается гораздо лучше, потому что растения питаются осмотрофно – всасывают питательные вещества из раствора.

Комнатные растений удобряются по такой же схеме, что и декоративные садовые и огородные цветы. Опрыскивать культуры раствором калийной подкормки необходимо либо ранним утром, либо вечером, когда солнечная активность снижена. Это делается для того, чтобы предотвратить сжигание листьев.

Раствор нитрата калия можно смешивать с другими удобрениями: с аммиачной селитрой, фосфатами. Однако сухое вещество лучше вносить в чистом виде без других примесей.

Влияние на организм человека

Азотнокислый калий не оказывает существенного влияния на здоровье. Удобрение не приводит к экстремальному повышению в мякоти плодов нитратов. Однако чрезмерное употребление пищевой добавки Е252 может отрицательно сказываться на нервной системе, вызывать тяжелую аллергию.

Польза калиевой селитры

Польза нитрата калия заключается в его ценности для выращивания сельскохозяйственных культур. Благодаря этому удобрению можно легко повысить урожайность растений и улучшить вкусовые качества плода.

В пищевой промышленности калиевая селитра зарекомендовала себя как качественный консервант, фиксирующий окраску продукции, способствующий подливанию срока годности. Она сохраняет привлекательный товарный вид, замедляет развитие плесневых грибков, обладает антибактериальной активностью.

Вред калиевой селитры

Несмотря на то, что Е252 разрешена в России, США и во многих других странах, её запрещают добавлять в состав детского питания. Она может провоцировать головные боли, нарушения поведения, снижать внимание и активность ребёнка. При неумеренном потреблении продуктов питания, богатых нитратом калия, возможны расстройства желудочно-кишечного тракта и аллергические реакции (в том числе асфиксия).

Во время работы с удобрением нужно соблюдать меры личной безопасности: при распылении жидкости надевать маску или респиратор, защищать открытые участки кожи одеждой и перчатками. Попадание в глаза и на слизистые оболочки недопустимо, это может вызвать сильное раздражение, химический ожог.

Класс опасности и токсичности, хранение

Калиевая селитра относится к средне-опасным веществам, ей присвоен 3-й класс опасности. Хранить её следует в хорошо закупоренных ёмкостях вдали от источников тепла и взрывчатых веществ. Не допускается смешивание порошка с торфом, опилками и другими легко воспламеняющимися предметами из-за пожароопасности. Готовый раствор удобрение не подлежит хранению, его нужно сразу использовать.

Где купить и сколько стоит калиевая селитра

Калиевая селитра продается в магазинах, ориентированных на товары для сада и огорода и удобрения. Также большой выбор предоставляют интернет-магазины. Стоимость азотнокислого калия зависит от фирмы производителя и объёма упаковки: небольшое количество (500 г) продаётся от 100 рублей, крупные объёма (от 25 г) стоят от 75 рублей за 1 кг.

Видео

Заключение

Калиевая селитра – это неорганическая калийная соль азотной кислоты. Её используют в пищевой промышленности как консервант, активно применяют в пиротехнике и металлургии. Наибольшее значение она имеет в качестве удобрения в садоводстве и сельском хозяйстве. Нитрат калия способствует интенсивному росту, цветению и плодоношению культурных растений, ею можно подкармливать как в сухом, так и в растворённом виде.