硝酸カリウムは、鋭く塩辛く苦い味を持つ化合物で、化学式は KNO 3です。硝酸のカリウム塩です。この塩は、カリウム陽イオンK +と硝酸陰イオンNOで構成されています。 −3硝酸カリウムは、硝酸塩の一種であり、アルカリ金属の硝酸塩です。自然界では鉱物として硝石（米国以外ではnitre ）として存在します。 [7]窒素源であり、窒素は硝石にちなんで名付けられました。硝酸カリウムは、硝石（米国ではsaltpeter ）と総称される窒素含有化合物の一つです。 [7]

硝酸カリウムの主な用途は、肥料、木の切り株除去、ロケット推進剤、花火などです。硝酸カリウムは、伝統的な火薬（黒色火薬）の主成分の一つです。加工肉では、硝酸カリウムがヘモグロビンやミオグロビンと反応して赤色を生成します。[8]

語源

硝石、または硝酸カリウムは、古くから世界中で使用され、生産されていたため、多くの名前で呼ばれています。

硝酸塩については、エジプト語とヘブライ語の単語にはntrという子音があり、ギリシア語のnitron （ニトロン）に由来する可能性が高い。nitronはラテン語化されてnitrumまたはnitriumとなった。そこから古フランス語はniter、中期英語はnitreとなった。15世紀までに、ヨーロッパ人はこれをsaltpetre [9] 、特にインドではsaltpetre （チリのsaltpetreは硝酸ナトリウム[10] ）と呼び、後にその化学的性質がより深く理解されるにつれて nitrate of potashと呼ばれるようになった。

アラブ人はこれを「中国の雪」（アラビア語：ثلج الصين、ローマ字：  thalj al-ṣīn）またはbārūd（بارود）と呼んだ。この語源は定かではないが、後に火薬を意味するようになった。イラン人/ペルシャ人はこれを「中国の塩」[11] [12] [13]、あるいは「中国の塩沼の塩」（ペルシャ語：نمک شوره چينی namak shūra chīnī）と呼んだ。[14] : 335  [15] 17世紀に清朝の人によって出版された『天宮開物』には、火薬やその他の自然からの有用産物の生産方法が詳述されている。

歴史的生産

鉱物源から

マウリヤ朝インドの硝石製造業者はヌニヤ・ラバナ 階級を形成していた。[16]硝石についてはカウティリヤの 『アルタシャーストラ』（紀元前300年 - 紀元後300年編纂）にも言及されており、その有毒な煙を戦争の武器として使用したことが記されているが、[17]推進力としての使用は中世まで見られなかった。

硝酸カリウムの精製法は、1270年にシリアの化学者で技術者のハサン・アル＝ラムマが著書『軍馬術と巧妙な戦争装置の書』の中で概説している。この書の中で、アル＝ラムマはまずバルド（粗硝石）を少量の水で煮沸し、その熱溶液のみを用いて精製する方法、次に炭酸カリウム（木灰）を用いて炭酸塩を沈殿させることでカルシウムとマグネシウムを除去し、精製された硝酸カリウム溶液を得る方法について述べている。この溶液は乾燥することができる。[18]これは火薬や爆発物の製造に用いられた。アル＝ラムマが用いた用語から、彼が記した火薬は中国産であることが示唆されている。[19]

少なくとも 1845 年まで遡って、チリとカリフォルニアで 硝石鉱床が採掘されていました。

洞窟から

硝酸カリウムの主な天然源は、洞窟の壁から結晶化した堆積物と、洞窟内に堆積したコウモリの糞でした。 [20]抽出は、コウモリの糞を1日間水に浸し、ろ過した後、ろ過水中の結晶を採取することで行われます。伝統的に、ラオスではコウモリの糞はバンファイロケットの火薬製造に使用されていました。 [21]

硝酸カルシウム、または石灰硝石は、家畜の尿から厩舎の壁で発見されました。[10]

硝酸塩

硝酸カリウムは硝石工場、あるいは「硝石工場」で生産された。[22]この工程では、硝石工場の脇の畑に人や動物の排泄物を埋め、水をかけて硝石が浸出するのを待ち、白華現象によって硝石が地表に現れるのを待つ。その後、作業員は得られた粉末を集め、ボイラー工場で沸騰濃縮するために輸送した。 [23] [24]

13世紀（およびそれ以降）のキリスト教ヨーロッパにおける硝石の唯一の供給源は、「モンテペルサヌス」以外では（マイケル・スコット（1180-1236）の3つの写本に収録されている「錬金術論」によると）「スペインのアラゴン州、海に近いある山で発見された」ものであった。 [14] : 89, 311  [25]

1561年、イングランドとアイルランドの女王エリザベス1世はスペインのフェリペ2世と戦争中であり、硝石（イングランド王国は国内生産していなかった）を輸入できなくなり、ドイツ人船長ジェラルド・ホンリクに「硝石の栽培方法」（硝石の秘密）のマニュアルと引き換えに「金300ポンド」を支払わなければならなかった。 [ 26]

硝石層

硝石層は、排泄物から硝酸塩を生産するために使用される同様のプロセスです。しかし、硝石層が浸出法をベースとするプロセスとは異なり、排泄物を土壌と混合し、土壌微生物がアミノ窒素を硝化によって硝酸塩に変換するのを待ちます。硝酸塩は水で土壌から抽出され、その後、木灰を加えることで硝石に精製されます。このプロセスは15世紀初頭に発見され、チリの鉱床が発見されるまで広く利用されていました。[27]

アメリカ南北戦争において、南軍は硝石が著しく不足していました。そのため、硝石採掘局が設立され、硝石層での採掘や政府の硝石工場への排泄物供給など、現地での生産を促進しました。1862年11月13日、政府はチャールストン・デイリー・クーリエ紙に、サウスカロライナ州アシュリー・フェリーの新しい硝石層で働く「健常な黒人男性」20～30名を募集する広告を出しました。硝石層は、腐った肥料と藁でできた大きな長方形の容器で、尿、糞尿、便所、汚水槽、排水溝からの液体で毎週湿らせ、定期的にひっくり返していました。国立公文書館は、バージニア州でこのような労働を強いられた29,000人以上の人々の給与記録を公開しました。南部は火薬用の硝石を切実に必要としていたため、アラバマ州のある役人が、トイレの便器の中身を収集のために保管するよう求める新聞広告を掲載したと伝えられています。 1864年4月、サウスカロライナ州では、南部連合政府が31人の奴隷をチャールストン郊外のアシュリーフェリー硝石工場で強制的に働かせた。[28]

硝石床生産について最も網羅的に論じているのは、おそらく1862年のルコント著作であろう。[29]彼は、南北戦争中の南部連合の需要を満たすため、生産量を増やすという明確な目的を持って執筆した。農村コミュニティへの支援を訴えていたため、記述と指示は簡潔かつ明確である。彼は「フランス式」とそのいくつかのバリエーション、そして「スイス式」を詳細に述べている。

フランス式

フランス革命の数年前に、テュルゴーとラヴォアジエが肥料と堆肥の貯蔵庫を創設した。硝石床は、堆肥にモルタルまたは木灰、土、藁などの有機物を混ぜて作られ、通常、高さ4フィート（1.2メートル）、幅6フィート（1.8メートル）、長さ15フィート（4.6メートル）の堆肥の山に多孔性を持たせたものだった。[29]この山は通常、雨よけに覆われ、尿で湿らせられ、分解を促進するため頻繁にひっくり返され、最後に約1年後に水で浸出させて可溶性の硝酸カルシウムを除去し、これをカリで濾過して硝酸カリウムに変換した。

スイス方式

ジョセフ・ルコントは、糞尿を使わず尿のみを用いる方法を「スイス方式」と呼んで説明している。尿は厩舎の下の砂場で直接採取される。砂自体は掘り出され、硝酸塩が抽出される。硝酸塩は、前述のようにカリを用いて硝酸カリウムに変換される。[30]

硝酸から

1903年から第一次世界大戦時代まで、黒色火薬や肥料用の硝酸カリウムは、ビルケランド＝アイデ法（電気アークを用いて空気中の窒素を酸化する）によって製造された硝酸から工業規模で生産されていました。第一次世界大戦中、新たに工業化されたハーバー法（1913年）は、1915年以降オストワルド法と統合され、チリからの鉱石硝酸ナトリウム（硝石参照）の供給が途絶えたドイツは、戦争に必要な硝酸を生産することができました。

現代の生産

硝酸カリウムは、硝酸アンモニウムと水酸化カリウムを組み合わせることで作ることができます。

NH 4 NO 3 + KOH → NH 3 + KNO 3 + H 2 O

アンモニアを副産物として生成せずに硝酸カリウムを生産する別の方法は、インスタントアイスパックに含まれる硝酸アンモニウム[31]と、ナトリウムを含まない塩の代替品として簡単に入手できる塩化カリウムを組み合わせることです。

NH 4 NO 3 + KCl → NH 4 Cl + KNO 3

硝酸カリウムは、硝酸を水酸化カリウムで中和することによっても生成できます。この反応は非常に発熱的です。

KOH + HNO 3 → KNO 3 + H 2 O

工業規模では、硝酸ナトリウムと塩化カリウム の二重置換反応によって製造されます。

NaNO 3 + KCl → NaCl + KNO 3

プロパティ

硝酸カリウムは室温では斜方晶系の結晶構造を有し[32] 、 128℃（262°F）で三方晶系に相転移する。200℃（392°F）から冷却すると、124℃（255°F）から100℃（212°F）の間で別の三方晶系相が形成される。[33] [34]

硝酸ナトリウムは、炭酸カルシウムの最も安定した形態である方解石と同形であるが、室温では、炭酸カルシウムのやや安定性の低い多形であるアラゴナイトと同形である。この違いは、硝酸塩（NO）とアラゴナイトの大きさの類似性に起因する。−3）および炭酸塩（CO2−3）イオンとカリウムイオン（ K +）がナトリウムイオン（Na +）やカルシウムイオン（ Ca 2+ ）よりも大きいという事実である。 [35]

硝酸カリウムの室温での構造では、各カリウムイオンは6個の硝酸イオンに囲まれています。また、各硝酸イオンは6個のカリウムイオンに囲まれています。[32]

硝酸カリウムは水に中程度に溶けますが、温度とともに溶解度が増加します。水溶液はほぼ中性で、市販の粉末10%溶液の場合、14℃（57°F）でpH 6.2を示します。吸湿性はそれほど高くなく、相対湿度80%の環境で50日間で約0.03%の水分を吸収します。アルコールには不溶で毒性はなく、還元剤と反応して爆発する可能性がありますが、それ自体は爆発性はありません。[2]

熱分解

550～790℃（1,022～1,454℉）の間で、硝酸カリウムは亜硝酸カリウムと温度依存平衡に達する：[36]

2 KNO 3 ⇌ 2 KNO 2 + O 2

用途

硝酸カリウムは、主に硝酸塩の供給源として、多岐にわたる用途があります。

硝酸生産

歴史的には、硝酸は硫酸と硝石などの硝酸塩を混合して製造されていました。現代ではこの逆の方法で、オストワルド法によって製造された硝酸から硝酸塩が製造されています。

酸化剤

溶融硝酸カリウム中の木炭の酸化のデモンストレーション

硝酸カリウムの最も有名な用途は、おそらく黒色火薬の酸化剤としてでしょう。太古の昔から1880年代後半まで、黒色火薬は世界中の銃器の爆発力を支えていました。その後、小火器や大型砲は、無煙火薬であるコルダイトにますます依存するようになりました。黒色火薬は現在でも黒色火薬ロケットモーターに使用されていますが、「ロケットキャンディー」（人気のアマチュア用ロケット推進剤）の砂糖など他の燃料と組み合わせて使用​​されることもあります。また、発煙弾などの花火にも使用されます。[37]また、タバコの燃焼を均一に保つためにタバコに添加され[38] 、キャップアンドボール式リボルバーの紙薬莢の完全燃焼を確実にするためにも使用されます。[39]また、数百度に加熱してナイターブルーイングに使用することもできます。これは、他の保護酸化法よりも耐久性は劣りますが、ネジ、ピン、銃器のその他の小さな部品などの鋼部品に特定の色を付けることが可能です。

食肉加工

硝酸カリウムは、古代[40]や中世[41]から塩漬け肉の一般的な成分でした。硝酸塩の使用が広く普及したのは比較的最近のことで、大規模な食肉加工の発達に関連しています。硝酸カリウムは、 「プラハパウダー」やピンク色の「塩漬け塩」などの亜硝酸ナトリウム製剤と比較して、結果が遅く不安定であるため、ほとんど使用されていませんでした。それでも、硝酸カリウムは、サラミ、ドライキュアハム、シャルキュトリー、（一部の国では）コンビーフを作るのに使用する塩水（亜硝酸ナトリウムと一緒に使用される場合もあります）など、一部の食品にまだ使用されています。 [42]シェトランド諸島（英国）では、地元の珍味であるレスティットマトンを作るために羊肉を塩漬けするのに使用されています。 [43]欧州連合では、食品添加物として使用される場合[44] 、この化合物はE252と呼ばれます。また、米国[45]、オーストラリア、ニュージーランド[46] （ INS番号252で記載）では食品添加物として使用することが承認されている。[2]

がんリスクの可能性

2015年10月以来、WHOは加工肉をグループ1発がん性物質（疫学的研究に基づき、ヒトに対して確実に発がん性がある）に分類しています。[47]

2023年4月、フランスのリモージュ控訴裁判所は、食品監視NGO「Yuka」が硝酸カリウムE252を「がんリスク」と表現したことは法的に正当であることを確認し、フランスのシャルキュトリー業界による同団体への控訴を棄却した。[要出典]

肥料

硝酸カリウムは、植物にとっての主要栄養素である窒素とカリウムの供給源として肥料に使用されます。単独で使用した場合のNPK値は13-0-44です。[48] [49]

薬理学

  • 知覚過敏用の歯磨き粉に使用されている。[50] 1980年から使用されているが、その有効性は文献で強く裏付けられていない。[51] [52]
  • 歴史的には喘息の治療に使われてきました。[53]喘息の症状を緩和するために一部の歯磨き粉に使用されています。[54]
  • タイでは膀胱炎、腎盂炎、尿道炎の症状を緩和するための腎臓錠の主成分として使用されている。[55]
  • 高血圧に効果があり、かつては降圧剤として使用されていました。[56]

その他の用途

硝酸カリウムはかつてインポテンスを引き起こすと考えられており、現在でも軍用食などの施設内の食品に含まれているという噂が絶えません。しかし、そのような作用を裏付ける科学的証拠はありません。[64] [65]

1776年、ジョン・アダムズは妻のアビゲイルに大陸軍のために硝石の製造を依頼した。彼女は最終的に、裁縫用のピンと引き換えに硝石の製造を依頼することができた。[66]

1800年代のコーンベルト地方の農業の伝承によると、肥料を与えられた畑で干ばつで枯れたトウモロコシ[67]には硝石が蓄積し、茎を開いて調べると「細かい粉となってテーブルの上に落ちる」ほどだった[68] 。

参照

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ウィキクォートに硝酸カリウムに関する引用があります。