Hur man förbereder kaliumnitrat från saltersättning och kalla kompresser

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


Kaliumnitrat är ett salt som har många användningsområden, särskilt för hemexperiment. Det är en av huvudkomponenterna i svartkrut och används också ofta i olika typer av pyroteknik för att producera ljuslila eller lila lågor.

På grund av just det faktum att det är en ingrediens i krut och andra sprängämnen är kaliumnitrat svårt att få tag på i vissa länder. Faktum är att i vissa länder är försäljningen till allmänheten förbjuden. Av denna anledning visar vi i den här artikeln hur man får detta ämne från hemgjorda material som är lätta att få tag på. Samtidigt kommer vi att passa på att lyfta fram några viktiga kemiska begrepp relaterade till kemiska reaktioner, löslighet och stökiometri.

Vilken kemisk reaktion sker?

Reaktionen som sker i detta experiment är en dubbelförskjutnings- eller dubbelnedbrytningsreaktion mellan ammoniumnitrat och kaliumklorid för att ge kaliumnitrat och ammoniumklorid. Den kemiska ekvationen presenteras nedan:

Kaliumnitratbildningsreaktion från saltersättning och kalla kompresser

I denna reaktion tränger kalium undan ammonium, medan ammonium tränger undan kalium. Reaktionsprodukterna är alla initialt i vattenhaltigt tillstånd, det vill säga lösta i vatten. Men vid kylning av lösningen minskar lösligheten av kaliumnitrat abrupt, så det fälls ut, medan de andra förblir i lösning.

Vid 0°C är lösligheten för kaliumnitrat 13,3 g per 100 g vatten, medan den för ammoniumklorid är 29,4 g per 100 g vatten. Av denna anledning börjar kaliumnitrat fällas ut före ammoniumklorid, och det förra kan erhållas med acceptabel renhet när lösningen kyls. En del ammoniumklorid kan dock sluta fällas ut tillsammans med kaliumnitrat vid låga temperaturer, så en reningsprocess måste utföras på kaliumnitrat för att förbättra dess kvalitet och göra det användbart för olika experiment.

Reagens och material som behövs

reagenser

Föreliggande experiment kräver följande startreagens:

  • 150 g saltersättning eller natriumfritt salt. Detta är ett salt som vanligtvis ordineras till hypertensiva patienter som inte kan konsumera natrium i kosten. Det är faktiskt kaliumklorid (KCl).
  • 2 kalla kompresser. De flesta innehåller ammoniumnitrat (NH 4 NO 3 ), andra innehåller kalciumammoniumnitrat (CAN). Notera vilken av de två föreningarna den innehåller eftersom mängderna varierar beroende på fallet.
  • Rent vatten. Filtrerat vatten kan användas, men för bästa resultat är det att föredra att använda batterivatten (det är avjoniserat eller ultrarent vatten).

material och instrument

  • Sax.
  • Plastbehållare på ca. 1L kapacitet.
  • Mikrovågsugn.
  • Termiska kökshandskar.
  • 4 glasburkar på 500 ml eller 1 L (mycket rena).
  • 2 stora skedar.
  • Köksvåg, gärna en digital bakverksvåg som har en uppskattning på 0,1g.
  • Från 2 till 4 kaffefilter.
  • 2 ligor eller gummiband.

experimentell procedur

Del 1: Syntes av kaliumnitrat

För att syntetisera kaliumnitrat måste följande steg följas:

  1. Använd en sax, klipp av de kalla förpackningarna och extrahera innehållet genom att lägga det i en plastbehållare.
  2. Placera en av glasburkarna på vågen och tarera (återställ till noll).
  3. Väg in i flaskan 108 g ammoniumnitrat (eller 290 g om det är CAN).
  4. Väg 200 g rent vatten i en andra kolv. För att göra detta, placera den tomma flaskan på vågen, tarera (återställ till noll) och tillsätt sedan långsamt vatten till 200 g. Denna mängd behöver inte vara exakt, du kan gå med ett par gram och det kommer inte att påverka resultatet nämnvärt.
  5. Blanda det tunga ammoniumnitratet i vattnet genom att hela tiden röra om med en sked. Behållaren kommer att svalna avsevärt eftersom upplösningsreaktionen är starkt endoterm.
  6. Värm denna lösning något i mikrovågsugnen. Lösningen kommer sannolikt att se grumlig ut och det kan finnas en fin pulveraktig rest i botten av flaskan. Detta är ett antiklumpningsmedel som vanligtvis är tillverkat av kiseldioxid och är ett inert ämne, men vi måste filtrera bort det.
  7. Placera ett eller två kaffefilter i den tredje burken som är fäst med gummibandet och filtrera den varma ammoniumnitratlösningen. När filtreringen är klar, kassera filtren och det fasta ämnet de innehåller (det kan slängas utan problem).
  8. I den fjärde flaskan, väg upp 100 g kaliumklorid (saltersättning) enligt samma procedur som tidigare (lägg på våg, tarera och väg sedan).
  9. Överför 100 g nyvägd KCl till kolven som innehåller den filtrerade lösningen och rör om kraftigt.
  10. Mikrovågsugn lösningen till eller strax under kokning.
  11. Under uppvärmning, rengör den första burken och sätt i ett kaffefilter i munnen med gummibandet.
  12. När den är varm, använd ugnsvantar för att undvika att bränna dig, filtrera den varma lösningen för att ta bort så mycket grumlighet som möjligt och eventuella olösta KCl-kristaller.
  13. Låt lösningen svalna tills den är ljummen, lägg den sedan i frysen och låt den stå tills den nästan fryser (fryspunkten för denna lösning är mycket lägre än för rent vatten, så den kommer inte att frysa i ett kylskåp i hemmet).
  14. Vid avkylning borde en hel del vita, nålliknande kristaller av kaliumnitrat ha bildats. Nästa steg är att filtrera produkten, denna gång behålla den fasta substansen och kassera lösningen.
  15. Låt kristallerna torka på absorberande papper eller på en bricka i luften. Väg produkten när den är torr.

Del 2: Rening av kaliumnitrat

Vid det här laget har vi redan kaliumnitrat. Emellertid är ammoniumkloriden kraftigt förorenad, speciellt med den andra reaktionsprodukten.

Om allt gick bra och det inte blev några signifikanta förluster under experimentet bör vi ha ca 120 g orent kaliumnitrat varav ca 13 g är orenheter. Detta bör kunna lösas fullständigt i 100 g kokande vatten, eftersom dess löslighet av denna förening vid 100 °C är 118,3 g/100 g H 2 O. När den väl är upplöst kan omkristallisation utföras för att erhålla den rena produkten.

För omkristalliseringen behöver vi 2 mycket rena burkar (det spelar ingen roll att de inte är torra) och ytterligare två kaffefilter.

Proceduren är nästa:

  1. 100 g vatten vägs upp i en kolv och värms till kokning i mikrovågsugn.
  2. Under tiden överförs allt nysyntetiserat orent kaliumnitrat till den första kolven. Om du vill kan du väga det fasta ämnet för att bestämma omkristallisationsutbytet, men det är inte nödvändigt.
  3. Tillsätt det varma vattnet till det fasta kaliumnitratet och rör om tills det lösts upp. Det är viktigt att lösningen inte kyls, inte heller den första kolven där vattnet värmdes upp. Om det behövs, värm allt igen precis innan filtrering.
  4. Placera kaffefiltret i den tomma behållaren säkrad med gummibandet och filtrera snabbt den varma lösningen. En helt färglös och transparent lösning, fri från grumlighet, bör erhållas.
  5. Låt kaliumnitratlösningen svalna så långsamt som möjligt. Ju långsammare det svalnar, desto bättre blir omkristallisationsprocessen, vilket resulterar i större och renare kristaller. För att göra processen ännu långsammare kan burken placeras i ett vattenbad med kokande vatten och tas ur brännaren. Den större mängden vatten kommer att bromsa nedkylningen.
  6. Efter ett par timmar, ställ flaskan i kylen för att sänka temperaturen ännu mer och på så sätt få en större mängd kristaller.
  7. Använd slutligen ett annat kaffefilter, filtrera den kalla lösningen och återvinn det kristallina fasta ämnet. Den kan lämnas på en bricka täckt med absorberande papper i några timmar för att den ska lufttorka, och när den är torr kan den placeras i en ugn vid cirka 50-60°C i ytterligare en timme eller två för att slutföra torkningsprocessen.
  8. Slutligen väger vi vår slutprodukt och buteljerar den i en glasburk med lufttät försegling.

Efter denna omkristallisation borde den stora majoriteten av ammoniumkloriden och eventuella andra föroreningar ha avlägsnats. Det fasta ämnet före omkristallisation innehöll ungefär 13 g ammoniumklorid som föroreningar. Eftersom den fasta substansen löst i 100 g vatten och lösligheten av ammoniumklorid vid 0°C är 29 g per 100 g vatten, kommer dessa 13 gram föroreningar att förbli upplösta medan kaliumnitratet kristalliserar.

Tack vare ovanstående kan ett mycket rent och högkvalitativt kaliumnitrat erhållas för alla experiment som önskas utföras.

Referenser

Ammoniumklorid . (2020, 8 augusti). Vetenskapsgalen Wiki. http://www.sciencemadness.org/smwiki/index.php/Ammonium_chloride

ChemEurope. (nd). kaliumklorid . Små lampor. https://www.chemeurope.com/en/encyclopedia/Potassium_chloride.html

Dr Litium. (2010, 4 januari). Gör så här: Gör kaliumnitrat hemma . Undrar hur man gör. https://science.wonderhowto.com/how-to/make-potassium-nitrate-home-293015/

Temperaturens inverkan på lösligheten – Löslighet – GCSE Chemistry (Single Science) Revision – WJEC . (nd). BBC Bitesize. https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/z4s48mn/revision/2

Gomez Garcia, MN, Dobrosz-Gomez, I., & Ojeda Toro, JC (2020). Kaliumnitratlöslighet i (vatten + etanol) blandade lösningsmedel vid olika temperaturer och saltsyrakoncentrationer. Experimentell studie och modellering med den utökade UNIQUAC-modellen. Journal of Chemical & Engineering Data , 65 (2), 567–576. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jced.9b00753

National Library of Medicine. (nd). Löslighet i ammoniumnitrat . NIH-NLM. https://webwiser.nlm.nih.gov/substance?substanceId=453&identifier=Ammonium%20Nitrate&identifierType=name&menuItemId=39&catId=44

Den kanadensiska kemisten. (2016, 26 juli). Hur man gör kaliumnitrat (hushållsmaterial) [Video]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=NPdeSNyguQ0

-Annons-

mm
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados

Flamfärgtestet