소금 대체물과 냉찜질로 질산칼륨을 만드는 방법

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질산칼륨은 특히 가정 실험에 많이 사용되는 소금입니다. 흑색 화약의 주성분 중 하나이며 연보라색 또는 연보라색 불꽃을 생성하기 위해 다양한 종류의 불꽃에 자주 사용됩니다.

질산칼륨은 화약 및 기타 폭발물의 성분이라는 바로 그 사실 때문에 일부 국가에서는 질산칼륨을 얻기가 어렵습니다. 실제로 일부 국가에서는 일반 대중에 대한 판매가 금지되어 있습니다. 이러한 이유로 이 기사에서는 쉽게 구할 수 있는 집에서 만든 재료로 이 물질을 얻는 방법을 보여줍니다. 동시에 화학 반응, 용해도 및 화학량론과 관련된 몇 가지 중요한 화학 개념을 강조할 기회를 가질 것입니다.

어떤 화학 반응이 일어나는가?

이 실험에서 일어나는 반응은 질산암모늄과 염화칼륨 사이의 이중 치환 또는 이중 분해 반응으로 질산칼륨과 염화암모늄을 생성한다. 화학 반응식은 다음과 같습니다.

소금 대체물과 냉찜질로부터의 질산칼륨 형성 반응

이 반응에서 칼륨은 암모늄을 대체하고 암모늄은 칼륨을 대체합니다. 반응 생성물은 처음에 모두 수성 상태, 즉 물에 용해되어 있습니다. 그러나 용액을 식히면 질산칼륨의 용해도가 급격히 감소하여 침전되고 나머지는 용액에 남게 된다.

0°C에서 질산칼륨의 용해도는 물 100g당 13.3g인 반면 염화암모늄의 용해도는 물 100g당 29.4g입니다. 이러한 이유로 질산칼륨은 염화암모늄보다 먼저 침전되기 시작하며, 질산칼륨은 용액을 식힐 때 허용 가능한 순도로 얻을 수 있습니다. 그러나 일부 염화암모늄은 저온에서 질산칼륨과 함께 침전될 수 있으므로 질산칼륨의 품질을 향상시키고 다양한 실험에 유용하게 사용하려면 질산칼륨을 정제하는 과정이 필요합니다.

필요한 시약 및 재료

시약

현재 실험에는 다음 시작 시약이 필요합니다.

  • 소금 대체물 또는 나트륨이 없는 소금 150g. 이것은 식단에서 나트륨을 섭취할 수 없는 고혈압 환자에게 일반적으로 처방되는 소금입니다. 바로 염화칼륨(KCl)이다.
  • 냉찜질 2회. 대부분은 질산암모늄(NH 4 NO 3 )을 포함하고 다른 것들은 질산암모늄칼슘(CAN)을 포함합니다. 양은 경우에 따라 다르기 때문에 두 가지 화합물 중 어떤 것이 포함되어 있는지 주의해야 합니다.
  • 순수한 물. 정수된 물을 사용할 수 있지만 최상의 결과를 위해서는 배터리 물(탈이온수 또는 초순수)을 사용하는 것이 좋습니다.

재료 및 도구

  • 가위.
  • 약 플라스틱 용기. 1L 용량.
  • 전자 레인지.
  • 열 주방 장갑.
  • 500mL 또는 1L 유리병 4개(매우 깨끗함).
  • 2 큰 숟가락.
  • 주방 저울, 바람직하게는 0.1g의 감사가 있는 디지털 페이스트리 저울.
  • 2~4개의 커피 필터.
  • 2 리그 또는 고무 밴드.

실험적 절차

파트 1: 질산칼륨의 합성

질산칼륨을 합성하려면 다음 단계를 따라야 합니다.

  1. 가위를 사용하여 콜드팩을 자르고 플라스틱 용기에 넣어 내용물을 추출합니다.
  2. 유리병 중 하나를 저울에 놓고 용기를 측정합니다(0으로 재설정).
  3. 질산암모늄 108g(또는 CAN인 경우 290g)을 병에 넣습니다.
  4. 두 번째 플라스크에 순수한 물 200g의 무게를 잰다. 이렇게 하려면 빈 병을 저울에 놓고 용기를 측정한 다음(0으로 재설정) 천천히 물을 200g까지 추가합니다. 이 양은 정확할 필요는 없습니다. 몇 그램으로 갈 수 있으며 결과에 눈에 띄게 영향을 미치지 않습니다.
  5. 무거운 질산암모늄을 물에 숟가락으로 계속 저어 섞습니다. 용해 반응은 강력한 흡열 반응이기 때문에 용기는 상당히 냉각됩니다.
  6. 이 용액을 전자레인지에서 약간 가열합니다. 용액이 뿌옇게 보이고 병 바닥에 미세한 분말 잔여물이 있을 수 있습니다. 이것은 일반적으로 실리카로 만든 고결 방지제이며 불활성 물질이지만 여과해야 합니다.
  7. 고무줄이 부착된 세 번째 병에 커피 필터 하나 또는 두 개를 넣고 뜨거운 질산암모늄 용액을 걸러냅니다. 필터링이 완료되면 필터와 포함된 고체를 폐기하십시오(문제 없이 버릴 수 있음).
  8. 네 번째 병에서 이전과 동일한 절차에 따라 염화칼륨(소금 대체물) 100g의 무게를 잰다(저울에 놓고 용기를 잰 다음 무게를 잰다).
  9. 갓 무게를 잰 KCl 100g을 여과된 용액이 들어 있는 플라스크에 옮기고 격렬하게 저어줍니다.
  10. 용액을 끓는점 또는 끓는점 바로 아래에서 전자레인지에 돌립니다.
  11. 가열하는 동안 첫 번째 병을 세척하고 고무 밴드로 입에 커피 필터를 끼웁니다.
  12. 뜨거워지면 화상을 방지하기 위해 오븐 장갑을 사용하여 뜨거운 용액을 여과하여 가능한 한 많은 탁도와 용해되지 않은 KCl 결정을 제거합니다.
  13. 용액을 미지근할 때까지 식힌 다음 냉동실에 넣고 거의 얼 때까지 그대로 둡니다(이 용액의 어는점은 순수한 물보다 훨씬 낮기 때문에 가정용 냉장고에서는 얼지 않습니다).
  14. 식히면 질산칼륨의 바늘 모양의 흰색 결정이 많이 형성되어야 합니다. 다음 단계는 제품을 여과하는 것입니다. 이번에는 고체를 유지하고 용액을 버립니다.
  15. 크리스탈을 흡수성 종이나 쟁반에 놓고 공중에서 말리십시오. 건조되면 제품의 무게를 잰다.

파트 2: 질산칼륨의 정제

이 시점에서 우리는 이미 질산칼륨을 가지고 있습니다. 그러나 염화암모늄은 특히 두 번째 반응 생성물로 심하게 오염됩니다.

모든 것이 순조롭게 진행되고 실험 중에 상당한 손실이 없었다면 약 120g의 불순한 질산칼륨이 있어야 하며 그 중 약 13g은 불순물입니다. 이것은 100 °C에서 이 화합물의 용해도가 118.3 g/100 g H 2 O 이기 때문에 100 g의 끓는 물에 완전히 용해될 수 있어야 합니다. 일단 용해되면 재결정화를 수행하여 순수한 제품을 얻을 수 있습니다 .

재결정화를 위해서는 2개의 매우 깨끗한 병(건조하지 않은 것은 중요하지 않음)과 2개의 추가 커피 필터가 필요합니다.

절차는 다음과 같습니다.

  1. 100g의 물을 플라스크에 넣고 전자레인지에서 끓입니다.
  2. 한편, 새로 합성된 불순한 질산칼륨은 모두 첫 번째 플라스크로 옮겨진다. 원하는 경우 재결정화 수율을 결정하기 위해 고체의 무게를 잴 수 있지만 반드시 그럴 필요는 없습니다.
  3. 뜨거운 물을 고체 질산칼륨에 넣고 녹을 때까지 저어줍니다. 용액이 냉각되지 않고 물이 가열된 첫 번째 플라스크도 냉각되지 않는 것이 중요합니다. 필요한 경우 여과 직전에 모든 것을 다시 가열하십시오.
  4. 고무줄로 고정된 빈 용기에 커피 필터를 넣고 빠르게 뜨거운 용액을 걸러냅니다. 탁도가 없는 완전히 무색 투명한 용액을 얻어야 한다.
  5. 질산칼륨 용액을 가능한 한 천천히 식히십시오. 냉각 속도가 느릴수록 재결정화 과정이 더 잘 진행되어 더 크고 순수한 결정이 생성됩니다. 프로세스를 더 느리게 만들려면 항아리를 끓는 물이 담긴 수조에 넣고 버너에서 꺼낼 수 있습니다. 물의 양이 많을수록 냉각 속도가 느려집니다.
  6. 몇 시간 후 병을 냉장고에 넣어 온도를 더욱 낮추면 더 많은 양의 결정을 얻을 수 있습니다.
  7. 마지막으로 다른 커피 필터를 사용하여 차가운 용액을 여과하고 결정질 고체를 회수합니다. 흡수성 종이로 덮인 쟁반에 몇 시간 동안 두어 자연 건조되도록 할 수 있으며, 만져볼 수 있을 정도로 건조되면 쟁반을 약 50-60°C의 오븐에 1~2시간 더 두어 건조 과정을 완료하십시오.
  8. 마지막으로 최종 제품의 무게를 측정하고 밀폐된 유리병에 병에 담습니다.

이러한 재결정화 후에 대부분의 염화암모늄 및 기타 불순물이 제거되어야 합니다. 재결정 전의 고체에는 불순물로서 약 13g의 염화암모늄이 함유되어 있었다. 고체가 물 100g에 용해되고 0°C에서 염화암모늄의 용해도가 물 100g당 29g이므로 질산칼륨이 결정화되는 동안 13g의 불순물이 용해된 상태로 남게 됩니다.

위의 덕분에 수행하고자 하는 모든 실험에서 매우 순수하고 고품질의 질산칼륨을 얻을 수 있습니다.

참조

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캐나다 화학자. (2016년 7월 26일). 질산칼륨 만드는 법(가정용 재료) [동영상]. 유튜브. https://www.youtube.com/watch?v=NPdeSNyguQ0

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

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