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पोटेशियम नाइट्रेट एक नमक है जिसके कई उपयोग हैं, खासकर घरेलू प्रयोगों के लिए। यह काले पाउडर के मुख्य घटकों में से एक है, और हल्के बैंगनी या बकाइन की लपटों का उत्पादन करने के लिए अक्सर विभिन्न प्रकार के आतिशबाज़ी बनाने की विद्या में भी इसका उपयोग किया जाता है।
इस तथ्य के कारण कि यह बारूद और अन्य विस्फोटकों में एक घटक है, कुछ देशों में पोटेशियम नाइट्रेट प्राप्त करना मुश्किल है। वास्तव में, कुछ देशों में आम जनता को इसकी बिक्री प्रतिबंधित है। इस कारण से, इस लेख में हम बताते हैं कि इस पदार्थ को घरेलू सामग्रियों से कैसे प्राप्त किया जा सकता है जो आसानी से प्राप्त हो सकते हैं। साथ ही, हम रासायनिक अभिक्रियाओं, विलेयता और रससमीकरणमिति से संबंधित कुछ महत्वपूर्ण रासायनिक अवधारणाओं पर प्रकाश डालने का अवसर लेंगे।
क्या रासायनिक प्रतिक्रिया होती है?
इस प्रयोग में होने वाली प्रतिक्रिया पोटेशियम नाइट्रेट और अमोनियम क्लोराइड देने के लिए अमोनियम नाइट्रेट और पोटेशियम क्लोराइड के बीच एक डबल विस्थापन या डबल अपघटन प्रतिक्रिया है। रासायनिक समीकरण नीचे प्रस्तुत किया गया है:
इस प्रतिक्रिया में, पोटेशियम अमोनियम को विस्थापित करता है, जबकि अमोनियम पोटेशियम को विस्थापित करता है। प्रतिक्रिया उत्पाद सभी शुरू में जलीय अवस्था में होते हैं, अर्थात पानी में घुल जाते हैं। हालाँकि, घोल को ठंडा करने पर, पोटेशियम नाइट्रेट की घुलनशीलता अचानक कम हो जाती है, इसलिए यह अवक्षेपित हो जाता है, जबकि अन्य घोल में रहते हैं।
0 डिग्री सेल्सियस पर, पोटेशियम नाइट्रेट की घुलनशीलता 13.3 ग्राम प्रति 100 ग्राम पानी है, जबकि अमोनियम क्लोराइड 29.4 ग्राम प्रति 100 ग्राम पानी है। इस कारण से, अमोनियम क्लोराइड से पहले पोटेशियम नाइट्रेट का अवक्षेपण शुरू हो जाता है, और समाधान को ठंडा होने पर पूर्व को स्वीकार्य शुद्धता के साथ प्राप्त किया जा सकता है। हालांकि, कुछ अमोनियम क्लोराइड कम तापमान पर पोटेशियम नाइट्रेट के साथ अवक्षेपित हो सकते हैं, इसलिए इसकी गुणवत्ता में सुधार करने और इसे विभिन्न प्रयोगों के लिए उपयोगी बनाने के लिए पोटेशियम नाइट्रेट पर एक शुद्धिकरण प्रक्रिया की जानी चाहिए।
अभिकर्मकों और सामग्री की जरूरत है
अभिकर्मकों
वर्तमान प्रयोग के लिए निम्नलिखित प्रारंभिक अभिकर्मकों की आवश्यकता है:
- 150 ग्राम नमक का विकल्प या सोडियम मुक्त नमक। यह आमतौर पर उच्च रक्तचाप वाले रोगियों के लिए निर्धारित नमक है जो आहार में सोडियम का सेवन नहीं कर सकते हैं। यह वास्तव में पोटेशियम क्लोराइड (KCl) है।
- 2 कोल्ड कंप्रेस। अधिकांश में अमोनियम नाइट्रेट (NH4NO3 ) होता है , अन्य में कैल्शियम अमोनियम नाइट्रेट (CAN) होता है । इसमें शामिल दो यौगिकों में से किस पर ध्यान दिया जाना चाहिए क्योंकि मामले के आधार पर मात्रा अलग-अलग होती है।
- शुद्ध पानी। फ़िल्टर किए गए पानी का उपयोग किया जा सकता है, लेकिन सर्वोत्तम परिणामों के लिए, बैटरी के पानी का उपयोग करना बेहतर होता है (यह विआयनीकृत या अल्ट्राप्योर पानी है)।
सामग्री और उपकरण
- कैंची।
- लगभग प्लास्टिक कंटेनर। 1 एल क्षमता।
- माइक्रोवेव ओवन।
- थर्मल रसोई दस्ताने।
- 500 एमएल या 1 एल (बहुत साफ) के 4 ग्लास जार।
- 2 बड़े चम्मच।
- रसोई का पैमाना, अधिमानतः एक डिजिटल पेस्ट्री पैमाना जिसकी सराहना 0.1g है।
- 2 से 4 कॉफी फिल्टर से।
- 2 लीग या रबर बैंड।
प्रायोगिग विधि
भाग 1: पोटेशियम नाइट्रेट का संश्लेषण
पोटेशियम नाइट्रेट को संश्लेषित करने के लिए, निम्नलिखित चरणों का पालन किया जाना चाहिए:
- कैंची का उपयोग करके ठंडे पैक को काट लें और एक प्लास्टिक कंटेनर में डालकर उनकी सामग्री को निकाल लें।
- तराजू और धड़ा (शून्य पर रीसेट) पर कांच के जार में से एक रखें।
- बोतल में 108 ग्राम अमोनियम नाइट्रेट (या 290 ग्राम यदि यह हो सकता है) तोलें।
- एक दूसरे फ्लास्क में 200 ग्राम शुद्ध पानी तोलें। ऐसा करने के लिए, खाली बोतल को तराजू पर रखें, तारे (शून्य पर रीसेट करें), और फिर धीरे-धीरे 200 ग्राम पानी डालें। यह राशि सटीक होने की आवश्यकता नहीं है, आप कुछ ग्राम से जा सकते हैं और यह परिणाम को विशेष रूप से प्रभावित नहीं करेगा।
- भारी अमोनियम नाइट्रेट को चम्मच से लगातार हिलाते हुए पानी में मिलाएं। कंटेनर काफी हद तक ठंडा हो जाएगा क्योंकि विघटन प्रतिक्रिया जोरदार एंडोथर्मिक है।
- इस घोल को माइक्रोवेव ओवन में हल्का गर्म करें। समाधान संभवतः धुंधला दिखाई देगा और बोतल के तल पर एक महीन चूर्ण अवशेष हो सकता है। यह एक एंटी-केकिंग एजेंट है जो आमतौर पर सिलिका से बना होता है और एक निष्क्रिय पदार्थ होता है, लेकिन हमें इसे छानना चाहिए।
- रबर बैंड से जुड़े तीसरे जार में एक या दो कॉफी फिल्टर रखें और गर्म अमोनियम नाइट्रेट घोल को छान लें। एक बार फ़िल्टरिंग समाप्त हो जाने के बाद, फ़िल्टर और उनमें मौजूद ठोस को हटा दें (इसे बिना किसी समस्या के फेंका जा सकता है)।
- चौथी बोतल में 100 ग्राम पोटैशियम क्लोराइड (नमक विकल्प) को पहले की तरह ही तौलें (संतुलन पर रखें, फिर तोलें)।
- फ़िल्टर किए गए समाधान वाले फ्लास्क में 100 ग्राम ताज़ा तोले हुए KCl को स्थानांतरित करें और सख्ती से हिलाएं।
- घोल को उबलने के ठीक नीचे या नीचे माइक्रोवेव करें।
- गर्म करते समय पहले जार को साफ कर लें और रबर बैंड से मुंह में कॉफी फिल्टर लगा दें।
- एक बार गर्म हो जाने पर, अपने आप को जलने से बचाने के लिए ओवन के दस्ताने का उपयोग करके, जितना संभव हो उतना मैलापन और किसी भी अघुलनशील KCl क्रिस्टल को हटाने के लिए गर्म घोल को छान लें।
- घोल को गुनगुना होने तक ठंडा होने दें, फिर इसे फ्रीजर में रख दें और इसे लगभग जमने तक बैठने दें (इस घोल का हिमांक शुद्ध पानी की तुलना में बहुत कम होता है, इसलिए यह घरेलू रेफ्रिजरेटर में नहीं जमेगा)।
- ठंडा करने पर, पोटेशियम नाइट्रेट के बहुत सारे सफेद, सुई जैसे क्रिस्टल बन गए होंगे। अगला कदम उत्पाद को छानना है, इस बार ठोस रखना और समाधान को त्यागना।
- क्रिस्टल को शोषक कागज पर या हवा में एक ट्रे पर सूखने दें। एक बार सूख जाने पर, उत्पाद का वजन करें।
भाग 2: पोटेशियम नाइट्रेट का शुद्धिकरण
इस बिंदु पर हमारे पास पहले से ही पोटेशियम नाइट्रेट है। हालांकि, अमोनियम क्लोराइड अत्यधिक दूषित है, विशेष रूप से दूसरी प्रतिक्रिया उत्पाद के साथ।
यदि सब ठीक रहा और प्रयोग के दौरान कोई महत्वपूर्ण नुकसान नहीं हुआ, तो हमारे पास लगभग 120 ग्राम अशुद्ध पोटेशियम नाइट्रेट होना चाहिए, जिसमें से लगभग 13 ग्राम अशुद्धियाँ हैं। यह 100 ग्राम उबलते पानी में पूरी तरह से घुलने में सक्षम होना चाहिए, क्योंकि 100 डिग्री सेल्सियस पर इस यौगिक की घुलनशीलता 118.3 ग्राम/100 ग्राम एच 2 ओ है । एक बार घुलने के बाद, शुद्ध उत्पाद प्राप्त करने के लिए पुन: क्रिस्टलीकरण किया जा सकता है।
पुन: क्रिस्टलीकरण के लिए हमें 2 बहुत साफ जार की आवश्यकता होगी (इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि वे सूखे नहीं हैं) और दो अतिरिक्त कॉफी फिल्टर।
प्रक्रिया आगे है:
- 100 ग्राम पानी को एक फ्लास्क में तौला जाता है और माइक्रोवेव में उबालने के लिए गर्म किया जाता है।
- इस बीच, सभी नए संश्लेषित अशुद्ध पोटेशियम नाइट्रेट को पहले फ्लास्क में स्थानांतरित कर दिया जाता है। यदि आप चाहें, तो आप पुनरावर्तन उपज का निर्धारण करने के लिए ठोस वजन कर सकते हैं, लेकिन यह आवश्यक नहीं है।
- ठोस पोटेशियम नाइट्रेट में गर्म पानी डालें और घुलने तक हिलाएं। यह महत्वपूर्ण है कि घोल को ठंडा न किया जाए, न ही वह पहला फ्लास्क जिसमें पानी गर्म किया गया था। यदि आवश्यक हो, तो छानने से ठीक पहले सब कुछ फिर से गरम करें।
- कॉफी फिल्टर को रबर बैंड से सुरक्षित खाली कंटेनर में रखें और गर्म घोल को जल्दी से छान लें। मैलापन से मुक्त एक पूरी तरह से बेरंग और पारदर्शी समाधान प्राप्त किया जाना चाहिए।
- पोटेशियम नाइट्रेट के घोल को जितना हो सके धीरे-धीरे ठंडा होने दें। यह जितना धीमा ठंडा होगा, पुन: क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया उतनी ही बेहतर होगी, जिसके परिणामस्वरूप बड़े और शुद्ध क्रिस्टल होंगे। प्रक्रिया को और भी धीमा करने के लिए, जार को उबलते पानी के पानी के स्नान में रखा जा सकता है और बर्नर से निकाल दिया जा सकता है। पानी की बड़ी मात्रा शीतलन को धीमा कर देगी।
- कुछ घंटों के बाद, तापमान को और भी कम करने के लिए बोतल को फ्रिज में रख दें और इस प्रकार अधिक मात्रा में क्रिस्टल प्राप्त करें।
- अंत में, एक अन्य कॉफी फिल्टर का उपयोग करके, ठंडे घोल को छान लें और क्रिस्टलीय ठोस को पुनर्प्राप्त करें। इसे हवा में सूखने देने के लिए कुछ घंटों के लिए शोषक कागज से ढकी ट्रे पर छोड़ा जा सकता है, और जब स्पर्श करने के लिए सूख जाता है तो ट्रे को लगभग 50-60 डिग्री सेल्सियस पर एक या दो घंटे के लिए ओवन में रखा जा सकता है। सुखाने की प्रक्रिया को पूरा करें।
- अंत में, हम अपने अंतिम उत्पाद का वजन करते हैं और इसे एयरटाइट सील के साथ कांच के जार में भरते हैं।
इस पुनर्संरचना के बाद, अधिकांश अमोनियम क्लोराइड और किसी भी अन्य अशुद्धियों को हटा दिया जाना चाहिए था। पुनर्संरचना से पहले ठोस में अशुद्धियों के रूप में लगभग 13 ग्राम अमोनियम क्लोराइड होता है। चूँकि ठोस 100 ग्राम पानी में घुल जाता है और 0°C पर अमोनियम क्लोराइड की घुलनशीलता 29 ग्राम प्रति 100 ग्राम पानी है, इसलिए पोटेशियम नाइट्रेट के क्रिस्टलीकृत होने तक वे 13 ग्राम अशुद्धियाँ घुली रहेंगी।
उपरोक्त के लिए धन्यवाद, किसी भी प्रयोग के लिए एक बहुत ही शुद्ध और उच्च गुणवत्ता वाला पोटेशियम नाइट्रेट प्राप्त किया जा सकता है जो कि किया जाना है।
संदर्भ
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