شوره (1)

شوره (Saltpetre) که همچنین نیترا (nitre) نامیده می شود، یک ترکیب نیترات طبیعی است. نام این ماده ی معدنی، از واژه ی لاتین نمک سنگ (stone salt) گرفته شده است. سه نوع شوره ، وجود دارد یعنی
شوره معمولی که عموما در انگلیسی Saltpetre نامیده می شود (بدون هیچ پیشوندی). این ماده در واقع پتاسیم نیترات (KNO_3) است.
شوره شیلی یا نیترای کیوبیک یا نیترای سوزآور که در واقع سدیم نیترات (NaNO_3) می باشد.
شوره آهکی یا شوره دیوار که ترکیب آن کلسیم نیترات (Ca(NO_3 )_2) می باشد. این نوع نیترات را شوره ی نروژی یا شوره ی کچی نامیده می شود.
این سه نوع شوره، عموماً به صورت بخش های شوره زنی ایجاد می شود که حاصل اکسیداسیون مواد نیتروژن دار در حضور پتاسیم، سدیم و یا کلسیم می باشد. این اعتقاد وجود دارد که نیتریک اسید در اتمسفر و به دلیل برخود رعد و برق به ملکول های نیتروژن تشکیل شده است. به هر حال، شوره ی آهکی، در طبیعت به ندرت یافت می شود. این نوع شوره، برخی واقات، به صورت شوره های طبیعی و در جاهایی مشاهده می شود که بتن یا سنگ آهک در محیط های خشک ، قرار دارند.

شوره ی معمولی

تاریخچه
بر طبق بررسی های محققین دانشگاه مونیخ در سال های اخیر، یک نوع باروت بر پایه ی شوره ی پتاسیمی، در طی قرن 6 ام، در ایران باستان مورد استفاده قرار می گرفته است. با توجه به گزارش این محققین، این ماده بوسیله ی خسروی دوم، پادشاه ایران از بخش هایی از هند امروزی، بدست آمده بوده است و بوسیله ی آن یک بازی به نام چاتورانگا (یک بازی مشابه با شطرنج) انجام می شده است.
پیش از استفاده ی صنعتی از مواد بر پایه ی نیتروژن (بوسیله ی فرایند هابر)، یک منبع اصلی پتاسیم نیترات، ذخایر بدست آمده از دیواره های غارها و بخش هایی بوده است که از تجزیه ی مواد آلی بدست می آمده است. مدفوع حیوانات نیز یکی از منابع اصلی این ماده بوده است. آمونیاک بدست آمده از تجزیه ی اوره و سایر مواد نیتروژن دار، بوسیله ی اکسیداسیون با باکتری ها، به نیترات تبدیل می شود.
از اواخر قرن 19 ام، این ماده به طور گسترده ای از کریستالیزاسیون ادرار تولید می شده است. پتاسیم سولفات، در اصل هم در تولید باروت و هم در تولید کودها، استفاده می شده است. اما در مورد کودها، اهمیت استفاده از این ماده بعد از فهمیده شدن اهمیت سدیم در کشاورزی، مشخص شده است. البته امروزه، بیشتر استفاده از این ماده، در تولید باروت می باشد.

معیار استفاده

پتاسیم نیترات حاوی 13 % پتاسیم و 44 % نیتروژن است.
این ماده به سختی در آب حل می شود اما در طی یک دوره ی زمانی در آن حل شده و همانگونه که گفته شد، میزان پتاسیم آن کم و میزان نیتروژن آن زیاد است.
این ماده به سهولت یک اتم اکسیژن آزاد می کند و برای مواد سوختی، اکسیژن مهیا می کند. این ماده موجب ایجاد شعله ی بفنش می شود.
به دلیل قابلیت این ماده در آزاد کردن اکسیژن، این ماده، یک عامل اکسیداسیون قوی است.
این ماده نرم است (سختی در مقیاس موهس برابر 2) و به سادگی به صورت پودر در می آید.

استفاده ها

استفاده های اساسی از پتاسیم سولفات، به صورت زیر می باشد:
باروت (خرج گلوله)
تولید نیتریک اسید
شیشه
کود
این کاربردها، در ادامه مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

باروت و مواد محرک

خرج گلوله (propellant) نام عمومی باروت مورد استفاده در سلاح می باشد. در نوع معمولی از این خرج ها، 75 % پتاسیم نیترات با 15 % پودر زغال چوب و 10 % گوگرد، مخلوط می شود. این باروت به شدت آتش گیر است و سرعت انفجار آن آهسته می باشد. این ماده برای انفجار، به جرقه نیاز دارد. محصول واکنش این مخلوط، حجم زیادی ایجاد می کند. در فضای محدود، گازهای تولید شده، نیروی زیادی ایجاد می کنند و موجب می شود تا گلوله، به خارج حرکت کند.
گوگرد و زغال چوب به صورت خشک با هم ساییده می شوند به نحوی که گوگرد، سطح فعال زغال چوب را پوشش می دهد. سپس نیترات پتاسیم به این مخلوط افزوده می شود و مخلوط تا ایجاد یک مخلوط هموژن، آسیاب می شود. مخلوط خشک شده، در دانه هایی با اندازه ی مشخص، شکل دهی می شوند و پودر حاصله، برای پر کردن گلوله و سایر کاربردها، آماده سازی می شود.
پتاسیم نیترات به عنوان اکسید کننده عمل می کند و به سرعت اکسیژن آزاد می کند. این اکسیژن با کربن و گوگرد موجود واکنش می دهد و فرایند حاصله، حرارت مورد نیاز برای احتراق، را فراهم می آورد. زغال چوب آتش می گیرد و به شدت آتش می گیرد. سوختن گوگرد غیر آتش گیر، موجب تولید مقادیر قابل توجی گاز می شود که ایجاد این گاز، موجب پدید آمدن نیروی انفجاری قابل توجه می شود. باروت در ساخت ترقه، گلوله ی توپ، گلوله ی تفنگ، راکت ها و... کاربرد دارد.

نیتریک اسید

یکی از کاربردهای مهم پتاسیم نیترات در تولید اسید نیتریک است. اسید سولفوریک غلیظ به محلول آبی پتاسیم نیترات اضافه می شود و بدین صورت نیتریک اسید و پتاسیم هیدروژن سولفات، تولید می شود. این دو ماده با استفاده از تقطیر جزء به جزء جداسازی می شود.

شیشه

از لحاظ فیزیکی، شیشه های استاندارد یک ماده ی آمورف، سخت، ترد و شفاف است که از لحاظ شیمیایی مخلوطی از سیلیکات های سدیم، کلسیم و منیزیم است. ترکیب نمونه وار شیشه های معمولی، برابر با 18〖Na〗_2 O.0.2MgO.8CaO.72SiO_2 می باشد. فرایند تولید شیشه ها، عموماً شامل ذوب شدن مخلوطی از 47 % ماسه ی سیلیسی، 14 % سدیم کربنات، 12 % دولومیت، 3.5 % سنگ آهک، 2.5 % کک و بقیه ی آن شیشه خرده می باشد. این ذوب شدن در دمایی در حدود 1400 تا 1500 درجه ی سانتیگراد، انجام می شود. این مذاب سپس تا دمای 800 تا 900 درجه سرد می شود و فرایند شکل دهی بر روی آن، انجام می شود. یک مقدار اندک از سدیم سولفات و فلدسپار، ممکن است به مخلوط اضافه شود تا بدین صورت، ترکیب شیشه ی نهایی، اصلاح گردد. اما در میان انواع مختلف از شیشه ها، دو نوع شیشه ی غنی از پتاسیم، وجود دارد:
شیشه ی Jena: این شیشه یک شیشه ی پتاسم- آهکی است. این ماده سخت است و برای تولید شیشه آلات آزمایشگاهی، استفاده می شود.
کریستال های سربی و یا شیشه های فلینتی: این شیشه ها، در واقع شیشه های سرب- پتاسیمی است. این شیشه ها، دارای ضریب شکست بالایی هستند. به دلیل درخشش انها، برلیان ها و قطعات ریز از این شیشه، به منظور اهداف زینتی و برای تولید ظروف زیبا، استفاده می شود. در زمان های قدیم، به دلیل ضریب شکست بالای این شیشه، از آن در تولید شیشه ی لنز، استفاده می شده است.
پتاسیم نیترات و پتاسیم کربنات به مخلوط مواد خام اضافه می شود تا بدین صورت، این نوع شیشه ها، تولید شوند.

کودها

نیتروژن، فسفر و پتاسیم، جزء مواد ضروری برای رشد گیاهان است. این عنصرها به همراه کلسیم، عناصر اصلی هستند که ارتباطات نزدیکی با هم دارند. شوره ماده ی متداولی برای این کاربرد محسوب نمی شود علت این مسئله، محدودیت انحلال این ماده در آب می باشد. با وجود این، در برخی از انواع کودها، این ماده به صورت یک جزء مورد استفاده قرار می گیرد. وقتی این ماده به عنوان کود استفاده می شود، شوره ی پتاسیمی، دارای میزان نیتروژنی، فسفر و پتاسیمی برابر با 13-0 و 44 % می باشد. برخی اوقات، یک مخلوط حاوی دو سوم شوره ی شیلی و یک سوم شوره ی پتاسیمی ترجیح داده می شود.
در برخی از تکنولوژی های پیشرفته ی کشاورزی، از پتاسیم نیترات نامحلول، به عنوان یک کود مؤثر استفاده می شود. در این روش، سیستم کود دهی و آبیاری، ترکیب می شوند. پودر ریز پتاسیم نیترات با آب مخلوط می شود و بر روی برگ ها، اسپری می شود. نیتروژن و پتاسیم، به سهولت از طریق برگ ها جذب می شود و به تمام بخش های گیاه، انتقال می یابد.
نرمی این شوره موجب تسهیل آسیاب کاری می شود و بنابراین، می توان به سهولت، این کودها را بر روی گیاهان، اسپری کرد.

سایر استفاده ها

تولید نوشابه و بستی: این ماده یک عامل خنک کننده است.
بمب های دودزا: در این مورد، مخلوط این ماده با شکر، موجب تولید یک ابر دود می شود که 600 بار از حجم اولیه، بیشتر است. نسبت شکر به پتاسیم نیترات مورد استفاده در این مخلوط ها، 2 به 3 است.
محافظت در برابر غذا: در این مورد، پتاسیم نیترات یک جزء اصلی در غذای نمک سود شده است. پتاسیم نیترات مورد استفاده در این مورد، موجب جلوگیری از رشد باکتری ایجاد کننده ی بوتولیسم می شود و رنگ گوشت را حفظ می کند. این ماده در واقع در فراوری گوشت، استفاده می شود.
حذف ریشه های درختان: این ماده یکی از اجزای اصلی مواد شیمیایی مورد استفاده در تجزیه ی طبیعی ریشه ی گیاهان است.
خمیردندان: این ماده در تولید برخی از خمیردندان ها، و به منظور بهبود دندان های حساس استفاده می شود.
کبریت: در گذشته، این ماده در تولید کبریت های آهسته، استفاده می شده است.

استفاده از ضایعات

ضایعات ایجاد شده از خالص سازی شوره ی خام، می تواند برای بازیابی پتاسیم، استفاده شود. شوره ی خام، حاوی ناخالصی های سدیم کلرید، پتاسیم کلرید، سولفات پتاسیم، سولفات کلسیم و سولفات منیزیم است. بعد از بازیابی پتاسیم نیترات، از شوره ی خام، تمام این ناخالصی ها و مقادیر اندکی پتاسیم نیترات، در ضایعات باقی می ماند. تحقیقات گسترده ای بر روی استفاده از این ضایعات انجام شده است. پتاسیم کلرید موجود در مواد ضایعاتی، فورا در آب حل می شود و به سرعت فیلتر می شود، در حالی که سایر اجزای این مخلوط، در مخلوط باقی می ماند. با اعمال سرمایش، کریستال های خالص KCl تولید می شود. بقیه ی مخلوط بازیافت می شود. از آنجایی که میزان پتاسیم سولفات موجود در این مخلوط، بالاست، کریستال های این نمک نیز در طی بازیابی KCl ، بدست می آید.
جایگزین ها

شوره ی پتاسیمی سنتزی

از لحاظ تاریخی، بسترهای شوره ای با مخلوط کردن کود کشاورزی به همراه خاکستر چوب یا ملات، آماده سازی می شود. پشته ای ایجاد شده با این مواد، معمولا زیر پوششی قرار داده می شوند تا آب باران به آن نفوذ نکند و این پوشته با ادرار حیوانی، مخلوط می شود. در واقع این ادرار موجب تسریع تجزیه ی مواد موجود در طی یک سال می شود. در واقع واکنش این ماده موجب تشکیل پتاسیم نیترید می شود.
البته در زمان های قدیم، ادرار حیوانی جمع آوری و از آن برای تولید باروت استفاده می شده است. ادرار کهنه، فیلتر می شود و اجازه داده می شود تا به مدت یک سال یا بیشتر، در جایی بماند. بعد از این دوره ی زمانی، آب برای شستشوی نمک های شیمیایی حاصله، استفاده می شود. دوغاب بدست آمده، از میان خاکستر چوب، عبور داده می شود و اجازه داده می شود تا محلول بدست آمده، خشک شود. کریستال های شوره سپس جمع آوری و به گوگرد ناخالص و زغال چوب، افزوده می شود.

فضولات پرندگان

فضولات پرندگان در واقع از پرندگان دریایی ایجاد می شوند. ترکیب نمونه وار این فضولات در حالت تازه، عبارتست از 7.3 % نیتروژن، 1.5 % فسفر، 60 % رطوبت و 31.2 % سایر مواد می باشد. پتاسیم نیترات می تواند از غارها و یا سواحل دریایی، بدست آید. این ماده در پرو، به عنوان یک کود، مورد استفاده قرار می گیرد و منبعی از نیتروژن می باشد.

شوره ی سدیمی

امروزه، بیشتر پتاسیم نیترات، از سدیم نیترات طبیعی بدست می آید. بیشتر این سدیم نیترات طبیعی نیز از بیابان های شیلی، برداشت می شود. سدیم نیترات خالص سازی شده و سپس با یک محلول کلرید پتاسیم واکنش داده می شود و بدین صورت، پتاسیم نیترات، تشکیل می شود.
منبع مقاله :
Uses of Industrial Minerals, Rocks and Freshwater/ Kaulir Kisor Chatterjee
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.