Niter: Unterschied zwischen den Versionen

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Aktuelle Version vom 9. März 2015, 12:26 Uhr

Autoren: Hans-Jürgen Schwarz, Nils Mainusch
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Niter<ref>http://webmineral.com/data/Niter.shtml gelesen 28.07.2010</ref><ref>http://www.mindat.org/min-2917.html</ref><ref>http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/MineralData?mineral=Niter</ref>
KNO3 I (6)-klein.jpg
Mineralogische Salzbezeichnung Nitrokalit, Niter, Kalisalpeter
Chemische Bezeichnung Kaliumnitrat
Trivialname Salpeter, Kali-Salpeter, Kehrsalpeter, Konversionssalpeter
Chemische Formel KNO3
Hydratformen keine
Kristallsystem orthorhombisch
Deliqueszenzfeuchte 20°C 93,7 %
Löslichkeit(g/l) bei 20°C 3,108 mol/kg
Dichte (g/cm³) 2,103 g/cm3
Molares Volumen 48,04 cm3/mol
Molare Masse 101,10 g/mol
Transparenz durchsichtig bis undurchsichtig
Spaltbarkeit vollkommen
Kristallhabitus rhombenförmig
Zwillingsbildung
Phasenübergang
Chemisches Verhalten in Wasser leicht löslich
Bemerkungen
Kristalloptik
Brechungsindices nx = 1,335
ny = 1,505
nz = 1,506
Doppelbrechung Δ = 0,171
Optische Orientierung zweiachsig negativ
Pleochroismus
Dispersion
Verwendete Literatur
[Steiger.etal:2014]Titel: Weathering and Deterioration
Autor / Verfasser: Steiger, Michael; Charola A. Elena; Sterflinger, Katja
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[Robie.etal:1978]Titel: Thermodynamic properties of minerals and related substances at 298.15 K and 1 bar pressure and higher temperatures
Autor / Verfasser: Robie R.A., Hemingway B.S.; Fisher J.A.
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Abstract[Bearbeiten]

Niter ist eines der wichtigsten Salze, die an z. B. Bauwerken und Wandmalereien für Schäden verantwortlich sind. Insbesondere in Innenräumen ist er häufig als sichtbare, oft watteartige Ausblühungen zu finden. Abbildungen, Mikroaufnahmen und Beispiele aus der Praxis ergänzen und veranschaulichen das Dargelegte.

Allgemeines[Bearbeiten]

Kalisalze waren bis in das 19. Jh. ein wichtiger Rohstoff für die Herstellung von Schieß- und Sprengstoffen und wurden natürlichen Lagern entnommen (Kalilagerstätten enthalten neben diversen Kalirohsalzen maximal etwa 10% KNO3) oder aber durch Umwandlung von Natriumnitrat mittels Kaliumchlorid gewonnen. Derzeitig existieren unterschiedliche Verfahren großtechnischer Herstellung des Salzes durch die Umsetzung von Kalirohsalzen mit Salpetersäure.
Anwendung findet Kaliumnitrat gegenwärtig in der Landwirtschaft als Düngemittel.

Vorkommen von Niter[Bearbeiten]

In Form einer natürlichen Ablagerung kann Kaliumnitrat überall dort entstehen, wo (beispielsweise im Zuge der Verwesung organischer Materie) Stickstoffverbindungen synthetisiert werden und in ausreichender Menge Kaliumionen vorliegen. Großen Mengen nitrifizierbarer Bestandteile und Stickstoffverbindungen sind bekanntermaßen in Dung und Harn von Lebewesen enthalten.

Angaben zu Herkunft und Bildung von Niter an Baudenkmalen[Bearbeiten]

Als wesentliche Eintragsquellen für Kaliumionen kommt belastetes Grundwasser und der Eintrag aus mit NOx -belasteter Luft durch Immission in Betracht. Zudem können Bau- und Restaurierungsmaterialien lösliche Kaliumverbindungen enthalten. Erwähnt seien Kaliwasserglas, Kalilauge (als Reinigungsmittel) und Zemente.
Nitrate können aus biogenen Quellen stammen und über kapillaren Feuchtetransport in das Materialgefüge gelangen. Als wichtige mögliche Nitratquelle ist mikrobielle Aktivität durch Nitrifikanten anzuführen.

Lösungsverhalten[Bearbeiten]

Abbildung 1: Löslichkeit von Kaliumnitrat in Wasser, aufgetragen ist die Molalität m [n(KNO3)•kg(H2O)-1] gegen die Temperatur.


Kaliumnitrat besitzt eine gute Wasserlöslichkeit und zählt somit zur Gruppe der mobilen Salze, was mit häufigen Veränderungen der Anreicherungszonen am Objekt verbunden sein kann. Der Temperatureinfluss auf die Wasserlöslichkeit ist hoch, was am steilen Kurvenverlauf in Abbildung 1 abzulesen ist.

Verbunden ist hiermit die Gefahr einer Lösungsübersättigung bei raschem Temperaturabfall und einer Kristallisation des Salzes.


Hygroskopizität[Bearbeiten]

Abbildung 2:Deliqueszenzverhalten von KNO3 in Abhängigkeit der Temperatur. Aufgetragen ist die Wasseraktivität aw gegen die Temperatur.


Die Deliqueszenzfeuchte von Kaliumnitrat liegt im Temperaturbereich von 0°C bis 30°C stets über 90% r.F. und ist vergleichsweise linear. Sie wird unter dem Einfluss von Fremdionen allerdings deutlich nach unten verschoben.


Tabelle 1: Deliqueszenzfeuchte von Kaliumnitrat in Temperaturabhängigkeit nach [Steiger.etal:2014]Titel: Weathering and Deterioration
Autor / Verfasser: Steiger, Michael; Charola A. Elena; Sterflinger, Katja
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0°C 10°C 20°C 30°C 40°C 50°C
97,0%r.F. 95,5%r.F. 93,7%r.F. 91,5%r.F. 88,9%r.F. 85,9%r.F.


Tabelle 2: Deliqueszenzfeuchte bei 21°C im Salzgemisch (Mischungsverhältnis: Gesättigte Lsg. KNO3/ gesättigte Lsg.B=1:1) nach [Vogt.etal:1993]Titel: Der Einfluss hygroskopischer Salze auf die Gleichgewichtsfeuchte und Trocknung anorganischer Baustoffe
Autor / Verfasser: Vogt, R.; Goretzki, Lothar
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  MgSO4   Ca(NO3)2   Na2SO4   NaCl
KNO3 78% rF 51% rF 81% rF 67% rF


Feuchtesorption[Bearbeiten]

Abbildung 3:Deliqueszensfeuchten von Natrit, Halit und Niter


Die Feuchtesorption von Kaliumnitrat nach 56 Tagen liegt bei einer Lagerungsfeuchte von 87% r.F . erst bei 6 M% (vgl. Tablle 1). Bei niedrigeren Lagerungsfeuchten von 81% oder 79% konnte keine Feuchtesorption festgestellt werden. Unter gleichen Bedingungen konnte mit einer Mischung (1:1) von Kaliumnitrat und Natriuchlorid eine Feuchtesorption bei 87% r.F. von 221 M%, bei 81% r.F. von 130 M% und bei 79% r.F. von 70 M% gemessen werden.[(vgl. Tabelle 1)


Tabelle 3: Feuchtesorption von Kaliumnitrat in M.% nach 56 Tagen Lagerung [nach [Vogt.etal:1993]Titel: Der Einfluss hygroskopischer Salze auf die Gleichgewichtsfeuchte und Trocknung anorganischer Baustoffe
Autor / Verfasser: Vogt, R.; Goretzki, Lothar
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]
Lagerungsfeuchte 87%r.F. 81%r.F. 79%r.F.
KNO3 6 0 0
KNO3 + NaCl (1:1 molare Mischung) 221 130 70



Analytischer Nachweis[Bearbeiten]

Mikroskopie[Bearbeiten]

Laboruntersuchung: Bei langsamer Rekristallisation eines überwiegend aus Kaliumnitrat bestehenden Präparates werden tafelig-flache, rhombenförmige Kristalle und lattige oder stäbchenförmige Partikel ausgefällt. Insbesondere zu Beginn der Rekristallisation von Kaliumnitrat aus wässerigen Lösungen wie auch aus Lösungen mit geringem Fremdionenanteil, lässt sich eine charakteristische Bildung rhombenförmiger Kristalle beobachten, die am Lösungstropfenrand entstehen. Unter starkem Einfluss von Fremdionen (bei hoher Fremdionenkonzentration im Ausgangsmaterial) können die oben beschriebenen morphologischen Charakteristika nahezu wegfallen, und es treten unspezifischere Kristallformen des Kaliumnitrates auf. Der pH-Wert von überwiegend kaliumnitrathaltigen Präparaten liegt im neutralen Bereich, die Hygroskopizität ist gering.[Mainusch:2001]Titel: Erstellung einer Materialsammlung zur qualitativen Bestimmung bauschädlicher Salze für Fachleute der Restaurierung
Autor / Verfasser: Mainusch, Nils
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Brechungsindizes:    nx = 1,335; ny =1.505; nz =1.506
Doppelbrechung:      Δ = max. 0,171
Kristallklasse:            orthorhombisch


Polarisationsmikroskopische Untersuchung

Die Zuweisung der Brechungsindizes von Kaliumnitrat erfolgt entsprechend der Immersionsmethode, wobei die Einbettung in Standard-Immersionsöl mit dem Brechungsindex nD=1,518 bereits alle notwendigen Beobachtungen ermöglicht. Aufgrund der hohen maximalen Doppelbrechung zeigt Kaliumnitrat lebhafte Interferenzfarben. Zur korrekten Zuweisung der höchsten Interferenzfarbe empfiehlt es sich, den Rot I -Kompensator zu benutzen.
Die Auslöschung ist parallel oder symmetrisch. Im Regelfall tritt beim Einschwenken in die Normalstellung an elongierten Kristallen eine gut beobachtbare parallele Auslöschung auf. Symmetrische Auslöschung kann an rhombenförmigen Partikeln beobachtet werden.
Die Abbildungen weiter unten veranschaulichen einen Spezialfall im Auslöschungsverhalten an elongierten Kristallen. Was zunächst als eine schiefe Auslöschung gedeutet werden kann, erweist sich bei detaillierter Betrachtung der Einzelkristalle und der Klärung der tatsächlich vorliegenden Symmetrieebenen als parallele und symmetrische Auslöschung.


Verwechslungsmöglichkeiten

Kaliumnitrat ist eindeutig identifizierbar. Die in der nachstehenden Tabelle angegebenen Nitrate weisen Brechungsindizes auf, die denen des Kaliumnitrats ähneln, gleichwohl existieren klare Unterscheidungsmerkmale.

Salzphase Unterscheidungsmerkmale zu Kaliumnitrat
Nitronatrit NaNO3
Nitromagnesit Mg(NO3)2 • 6H2O schiefe Auslöschung/ hygroskopisch
Nitrocalcit Ca(NO3)2 • 4H20 deutlich niedrigere Doppelbrechung/schiefe Auslöschung/hygroskopisch


Betrachtung von Mischsystemen (nach [Mainusch:2001]Titel: Erstellung einer Materialsammlung zur qualitativen Bestimmung bauschädlicher Salze für Fachleute der Restaurierung
Autor / Verfasser: Mainusch, Nils
Link zu Google Scholar
)

Im Mischsystem K+-NO32-– Ca2+-SO42- werden aufgrund des hohen Fremdionenanteils stark verwachsene KNO3-Kristalle ausgebildet. Die Tendenz, in großteiligen und länglich geformten Partikeln zu kristallisieren, bleibt beim Kaliumnitrat bestehen. Verfolgt man den Prozess der Rekristallisation, so ist die zeitlich frühere Bildung von Gipskristallen klar nachzuvollziehen. Im vorliegenden, komplexen Mischsystem werden neben Kaliumnitrat und Gips als Hauptkomponenten noch andere Salzphasen wie Kaliumsulfat und Kalium-Calcium-Doppelsalze gebildet (Calciumnitrat konnte nicht festgestellt werden). Der Nachweis aller Salzphasen, die in diesem Mischsystem entstehen können, ist mit einigem Aufwand bei der Trennung und Präparation verbunden. Hilfreich ist es, sich bei der Präparation und der Trennung die Unterschiede der Wasser- und Ethanollöslichkeiten der Salze zunutze zu machen.
Bei der Betrachtung des zweiten Mischsystems (K+-NO32- – Na+- Cl-) zeigt sich, daß der Ausfall von gut ausgebildeten KNO3-Einzelkristallen kurz vor der Bildung isotroper Halitkristalle einsetzt. Dies entspricht den geringfügigen Löslichkeitsunterschieden der beiden Salze. Als Produkte ist es möglich, Kaliumnitrat und Halit nachzuweisen.


Salze und Salzschäden im Bild[Bearbeiten]

Am Objekt[Bearbeiten]


Unter dem Polarisationsmikroskop[Bearbeiten]




Einzelnachweise[Bearbeiten]

<references />


Literatur[Bearbeiten]

[Mainusch:2001]Mainusch, Nils (2001): Erstellung einer Materialsammlung zur qualitativen Bestimmung bauschädlicher Salze für Fachleute der Restaurierung, Diplomarbeit, HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen, file:Diplomarbeit Nils Mainusch.pdfLink zu Google ScholarLink zum Volltext
[Robie.etal:1978]Robie R.A., Hemingway B.S.; Fisher J.A. (1978): Thermodynamic properties of minerals and related substances at 298.15 K and 1 bar pressure and higher temperatures. U.S. Geol. Surv. Bull, 1452 ()Link zu Google Scholar
[Steiger.etal:2014]Steiger, Michael; Charola A. Elena; Sterflinger, Katja (2014): Weathering and Deterioration. In: Siegesmund S.; Snethlage R. (Hrsg.): Stone in Architecture, Springer Verlag Berlin Heidelberg, 223-316, 10.1007/978-3-642-45155-3_4Link zu Google Scholar
[Vogt.etal:1993]Vogt, R.; Goretzki, Lothar (1993): Der Einfluss hygroskopischer Salze auf die Gleichgewichtsfeuchte und Trocknung anorganischer Baustoffe, unveröffentlichter BerichtLink zu Google Scholar

Bezeichnet für ein Salz den Grenzwert, oberhalb dessen dieses Luftfeuchte aufnimmt, bis es sich darin vollständig löst.

Die Deliqueszenzfeuchte beschreibt die Höhe der relativen Luftfeuchte, oberhalb der z. B. ein Salz Feuchtigkeit aus der Luft aufnimmt und in Lösung geht.

Konzentrationsangabe, bei der die Stoffmenge des gelösten Stoffes pro Kilogramm Lösungsmittel angegeben wird. Die Einheit ist mol•kg-1.

relative Luftfeuche

Wassergehalt, der sich in einem Material nach Lagerung bei konstanten Bedingungen ergibt (relative Luftfeuchte, Temperatur).

Unter Interferenz versteht man die Überlagerung von Lichtwellen. Dadurch entstehen unterschiedliche Farben, die Interferenzfarben.

Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen (vormals Fachhochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen)