В данной статье будет описан способ получения нитрата калия из аммиачной селитры и хлорида калия. Но для начала немного теории.

Нитра́т ка́лия (ка́лиевая сели́тра, калий азотнокислый, калийная селитра— (KNOз). Бесцветный до белого гигроскопичный, кристаллический порошок, без запаха. Имеет специфический соленный вкус. Плавится при 340С и разлагается уже при 400. Разлагается на нитрит калия и кислород. Именно благодаря этому свойству нитрат калия используют в пиротехнике в качестве окислителя в различных составах(например порох).

Уравнение разложения:

Так же нитрат калия применяют как удобрение под названием "калиевая селитра" . Купить можно в садовых магазинах, но в наше время очень сложно встретить калиевую селитру на прилавках, именно поэтому я и решил написать эту статью.

Стоит сказать что в древности нитрат калия получали из навоза , затем в 1854 году немецкий химик К.Нёлнер изобрел другой способ получения - из натриевой селитры и хлорида калия.

Натриевая селитра по свойствам очень похожа на калиевую и может заменять ее в некоторых составах. Как и калиевая селитра, натриевая так же служит удобрением но, по-моему, найти ее еще сложнее чем калиевую.
В наше время калиевую селитру получают следующими методами:





Это касается промышленности.

За неимением таких реактивов у химиков-пиротехников получили развитие следующие методы:
1. Синтез из поташа(поташ – карбонат калия K2CO3).



2. Синтез из нитрата натрия, предложенный Нёлнером(так же встречается в книги Чувырина ,,Занимательная пиротехника,,). Не уверен, что сейчас кто-то так делает, но все же… Уравнение приведено выше

3. Синтез из хлорида калия и нитрата аммония – то о чем я и хочу рассказать.

Как уже было сказано выше нам потребуется хлорид калия и нитрат аммония.

Хлорид калия - удобрение, обычно продается в пакетах по 1кг, перемешанный с неким красно-бурым веществом(какая-то добавка, полезная для растений но очень сильно влияющая на частоту эксперимента). Всего в пакете массой 1кг примерно 800г хлорида калия. Именно столько я смог получить после очистки удобрения (об очистке читайте ниже).

Нитрат аммония – очень распространенное удобрение, фасуется в пакетах по 1, 2, 3 кг., возможно есть больше. Продается в виде гранул средним диаметром 2-2,5мм. Есть абсолютно во всех магазинах удобрений, правда могу раскупить перед началом сезона.

Очистка хлорида калия.

Берём полулитровую банку(а можно и две), наливаем кипятка не доливая до верху примерно 5см.
Кладем туда 7 столовой ложек грязный хлористый калий и перемешиваем.
Раствор окрашивается в красно коричневый цвет. Если дать немного времени отстояться, то сверху образуется буро-красная пенка, а сам раствор становится Розовым (почти прозрачным). Пенку можно убрать ложкой.

Если при перемешивании на дне что то не растворилось, то добавьте немного кипятка.
Если нет, то добавляем ещё KCl пока не перестанет растворяться .
Далее берём кастрюлю, на неё тряпку-фильтр (очень толстую! Более 10 слоев!), и аккуратно фильтруем.
Если раствор в кастрюле слегка розоватый (фильтр не достаточно плотный), то фильтрацию следует повторить! Полученный раствор должен быть прозрачным или слегка желтоватым.

Далее ставим кастрюлю на большой огонь и кипятим (лучше закрыть крышкой, так как повсюду будут пятна соли ).
Раствор следует выпарить, то есть в конечном счете в кастрюле должен остаться чистый (белый ) хлорид калия и немного воды.
Затем я выкладывал полученную массу на противень и сушил в духовке. При сушке необходимо периодически перемешивать полученный продукт. для того, чтобы просушка было равномерной, не было слипания.
При очистке 1кг хлорида калия у меня получилось 800г чистого.
Банку где вы растворяли грязный хлористый калий, фильтр через который вы фильтровали этот раствор, и ложку, которой вы его мешали, сохраните до следующего раза. Ни в коем случае не мойте в раковине, - замарать легко, а чистить трудно. Но если что, можно очистить обычным хозяйственным мылом или туалетным чистящим средством на основе щавелевой кислоты.

Расчеты
Нитрат калия мы будем получать путем обменной реакции. Реакция проходит по уравнению

NH4NO3+KClKNO3+NH4Cl

Давайте посчитаем сколько грамм надо взять нитрата и хлорида из расчета на 1 моль.: молярная масса нитрата аммония: 80г/моль, а хлорида калия 74,5г/моль.

То есть, надо взять 80 и 74,5 грамм веществ. Предположим вы очистили хлорид калия и у вас получилось 800г. Тогда, посчитав, получим, что хлорида аммония надо взять: 800/74,5*80=860г.
Насыпная плотность гранулированной аммиачной селитры 0,9г/мл.
То есть в 100мл будет 90г а в 1кг 900г. Такой способ измерения очень прост - не надо просушивать аммиачную селитру для измерения на весах.
Итак, у нас 860г, значит по мерному стакану нам нужно 955мл.
Думаю первая часть расчетов понятна, двигаемся дальше.

Вы наверняка заметили, что в реакции образуется побочный продукт – хлорид аммония, и его нужно как-то отделить. Единственным выходом я вижу следующее: использовать данные о растворимости обеих веществ. А именно, тот факт, что растворимость нитрата калия меньше растворимости хлорида аммония.
То есть можно подобрать такое количество воды и такую температуру когда часть нитрата калия выпадет виде кристаллов и весь хлорид аммония останется в растворе. Да при таком способе мы теряем часть калиевой селитры, но зато та часть которую мы получим будет чиста и пригодна для изготовления пиротехнических составов.
Есть и другой способ. Как известно еще со школы, при нагревании хлорид аммония разлагается, а если точнее то возгоняется(отсюда и белый дым).
Температура возгонки около 338 градусов. НО я не вижу смысла использовать этот способ, во-первых при прокаливании будет образовываться большое количество густого белого дыма, а во-вторых температура возгонки очень близка к температуре разложения.

Теперь обратимся к табличным данным:

Растворимость нитрата и хлорида при 0 С* соответственно 14 грамм и 29,4грамм. Нам необходимо взять столько воды чтобы при нуле градусов весь хлорид аммония остался в растворе, для начала посчитаем сколько хлорида аммония образуется – 574г, то есть воды надо брать 574/29,4*100=1954мл.


От теории переходим к практики – берем большую кастрюлю, наливаем воду, ставим на огонь, добавляем хлорид калия и нитрат аммония, ну все как рассчитали, Нагреваем воду и перемешиваем реактивы, как только все растворится выключаем огонь и даем раствору остыть (у меня раствор получился грязным) сначала до комнатной температуры.

А затем ставим или в холодильник или на балкон (если делать зимой ), важно чтобы раствор охладился до 00С , если температура будет меньше, то хлорид аммония будет выпадать вместе с нитратом, а это грозит загрязнению продукта. Выпавшие кристаллы необходимо профильтровать.
В качестве фильтра я использую обычную ткань – один слой.

НО! задолго до фильтрования следует приготовить воду температурой около 00С . Этой водой надо будет промыть кристаллы.
Промывка необходима, так как хлорид аммония все равно выпадет виде кристаллов, хоть немного, но выпадет, а так как растворимость в холодной воде превышает растворимость нитрата калия больше чем в два раза, то он будет растворятся в холодной воде и вымываться из кристаллов.
Не пытайтесь фильтровать все кристаллы сразу, за раз все равно не сможете и будет неудобно. Положили на фильтр кристаллов с кулак, отжали, промыли, отжали и пока отложили на газетку .
Когда все кристаллы будут промыты, можно выложить их на противень и сушить в духовке при маленьком огне с приоткрытой дверцей, также перемешивать и постоянно следить за просушкой.

После всех операций у меня получилось 800г нитрата калия, это конечно отличается от теории, но есть и такое понятие как выход, так что такой результат тоже неплох.


* данные о температурах плавление и некоторые другие взяты из википедии
** растворимость – кол-во грамм в-ва которое растворяется в 100мл воды при данной температуре.