Nitrate de potassium

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Nitrate de potassium
Nitrate de potassium
Nitrate de potassium
Identification
Nom UICPA Nitrate de potassium
Synonymes

ancien azotate de potasse, nitrate de potasse, salpêtre, sel de pierre, sal petrae en latin

No CAS 7757-79-1
No EINECS 231-818-8
No E E252
Apparence poudre cristalline incolore à blanche[1],
ou prismes transparents incolores
Propriétés chimiques
Formule brute KNO3  [Isomères]
Masse molaire[2] 101,1032 ± 0,0012 g/mol
K 38,67 %, N 13,85 %, O 47,47 %,
Moment dipolaire ?
Propriétés physiques
fusion 333 à 334 °C[1]
ébullition Se décompose au-dessous du point d'ébullition à 400 °C[1]
Solubilité dans l'eau à 25 °C : 357 g·l-1[1],
1,61 g·l-1 dans l'alcool à 90 %,
insoluble dans l'alcool absolu ou éthanol,
soluble dans la glycérine
Masse volumique 2,1 g·cm-3[1]
Thermochimie
ΔfH0liquide 9,4 kJ/mol
Propriétés électroniques
Constante diélectrique 61,1
Cristallographie
Système cristallin orthorhombique, modèle de l'aragonite
Précautions
Directive 67/548/EEC[3]
Comburant
O



Transport[3]
50
   1486   
SIMDUT[4]
C : Matière comburante
C,
Inhalation Peut causer une irritation des voies respiratoires, voire convulsions, tachycardie, dyspnée...
Peau Risque moyen
Yeux Peut causer une irritation
Ingestion Nausées, vomissements et diarrhée
autre Très réactif.
Écotoxicologie
DL50 lapins par ingestion :
1,166g d'anions/kg
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le nitrate de potassium est un corps chimique ionique anhydre composé d'anions nitrates et de cations potassium, de formule brute KNO3. Ce composé minéral salin de densité entre 2,1 et 2,2 suivant sa pureté, soluble dans l'eau, est le nitre des minéralogistes, caractéristiques des zones désertiques, ou le salpêtre des anciens chimistes ou collecteurs-fabricants de poudre noire. Il était aussi nommé dans l'ancienne nomenclature chimique française « nitrate de potasse », voire nitre de potasse.

Bien connu probablement avant le Moyen Âge, le salpêtre en latin médiéval salpetrae signifie littéralement le sel de pierre[5]. Notons que l'appellation salpêtre ne s'appliquait pas qu'au corps chimique anhydre, mais aussi aux corps hydratés constituant une couche pulvérulente blanchâtre se formant sur les vieux murs humides, par évaporation de l'eau. Le salpêtre était récolté en grattant des pierres ou des briques situées dans des lieux sombres autrefois marqués par un environnement ammoniaqué, comme les caves d'affinages, les étables ou les écuries, ou à défaut, par des eaux riches en ions ammonium ou nitrates. Les ions ammoniums sont facilement oxydés en nitrates par les bactéries dites nitrifiantes, présentes sur ces parois. Le sel anhydre est obtenu par simple séchage, opération naturelle amenant la perte de l'eau de cristallisation des sels hydratés.

Un mélange proportionné de poudres de soufre, de charbon de bois pulvérulent et de salpêtre permet de fabriquer de la poudre à canon ou poudre noire, qui allumé, disparaît miraculeusement en un nuage de gaz vite dissipé. Simplement mélangé à la poudre de charbon de bois, il explose déjà à la chaleur. C'était un des principaux usages anciens du nitre ou du salpêtre.

Propriétés chimiques et physiques[modifier | modifier le code]

Il s'agit le plus souvent d'une poudre cristalline incolore transparente à blanchâtre, masse saline informe et pulvérulente, parfois mise en pastille commerciale, friable et légère de densité avoisinant 2,11.

Le nitrate de potassium est moins soluble dans l'eau à température ambiante que le nitrate de sodium. L'eau pure ne peut en contenir que 357 g·L-1 à 25 °C (contre 912 pour le nitrate de sodium).

Solubilité aqueuse du salpêtre

Sa solubilité pour 100 g d'eau pure croît néanmoins plus fortement avec le facteur température, elle passe de 13,3 g à °C, à 246 g à 100 °C. Le nitrate de potassium est insoluble dans l'éthanol pur, mais il est légèrement soluble dans l'alcool à 95 %, soit 0,1 g à °C[6]. Il s'agit d'un effet induit de la plus grande polarisabilité des cations potassium.

Cette propriété est utilisée pour préparer en solution aqueuse, à partir de nitrate de sodium ou nitronatrite et de sylvine.

NaNO3aqueux + KClaqueux → NaCl déposé à chaud + KNO3plus soluble à chaud, se dépose ensuite à froid

Le nitrate de potassium est soluble dans la glycérine.

Le nitrate de potassium est une matière comburante, qui active toute combustion. L'effet de la chaleur tend à libérer l'équivalent d'une molécule d'oxygène sous forme d'oxygène actif qui contribue à l'oxydation du milieu ou aggrave l'incendie. En métallurgie, son usage permet de brûler les résidus carbonés ou sulfuré, voire de bronzer ou oxyder les métaux. C'est aussi une matière explosive, dangereuse et potentiellement fumigène si elle est mise en contact avec des corps chimiques réducteurs, par exemple des corps carbonés puis allumée, choquée ou frappée.

Le processus de dégradation comme engrais épandus est similaire. Dans un milieu chaud, le salpêtre libère l'oxygène et laisse à faible dose de l'azote assimilable par les plantes. Toutefois, à forte doses, les plantes accumulent les nitrates, qui sont par ailleurs toxiques pour les mammifères supérieures.

Le salage des viandes au nitrate de potassium, dénommé conservateur E252 dans l'industrie agro-alimentaire, confère une couleur rouge par effet d'oxydation et de dessèchement superficiel.

Apparition sur les murs des constructions humaines ou sur les cavités abritées naturelles[modifier | modifier le code]

Le salpêtre et les sels minéraux cristallisant sur les vieilles constructions, sur les murs de cave comme sur les vieux plâtras, sont une conséquence secondaire de remontées d'humidité par capillarité dans les matériaux. Ces dépôts blanchâtres de nitre sont fréquents dans les régions où l'eau est polluée par les nitrates ou naturellement riche en nitrates.

Le salpêtre se présente sous la forme de fibres blanches ayant l'apparence de poils blancs. Dans les caves ou maisons humides anciennes, le salpêtre est l'un des résidus du développement de bactéries nitrifiantes qui se nourrissent de l'ammoniac provenant de l'eau du sol et du carbonate de potassium contenu dans les murs. La transformation de fermentation dénommée globalement nitrification comporte deux étapes : la nitrosation et la nitrification proprement dite qui se termine au contact du dioxygène de l'air pour former le nitrate de potassium ou salpêtre.

On voit souvent ces fibres blanches dans les bâtiments anciens qui ont abrité des animaux ou à proximité d'une ancienne fosse septique, l'ammoniac s'y formant à partir de l'urine. Les sels minéraux se présentent sous forme solide de couleur blanche. Le salpêtre et les sels minéraux sont présents dans toute l'épaisseur des murs anciens humides et concentrés à la surface des matériaux. Ce salpêtre était autrefois récolté dans les caves ou certaines grottes par les collecteurs de poudre.

Le salpêtrage désigne la formation du salpêtre sur les murs[7]. Il pouvait être naturel, provoqué sur les murs salpêtreux ou encore artificiel, dans ce cas, les chimistes opéraient en cuve.

Utilisations[modifier | modifier le code]

Comburant[modifier | modifier le code]

Le nitrate de potassium est très connu comme propergol de fusée en association avec un glucide tel que le saccharose (sucre en poudre) ou le glucose ou bien un polyol tel que le sorbitol (65 % de nitrate de potassium et 35 % de sorbitol). Mélangés ensemble puis fondus, ils se lient très bien pour former un propergol solide en refroidissant[8].

Autres utilisations[modifier | modifier le code]

Les jardiniers avertis l'utilisent pour se débarrasser des souches d'arbres. Il suffit de percer des trous de 15 à 30 cm de profondeur avec la plus grosse mèche possible sur tout le pourtour de la souche. Remplir les trous avec du nitrate de potassium. Laisser reposer plusieurs mois en rajoutant du nitrate de potassium si nécessaire. Il suffit alors d'allumer un feu au-dessus de la souche pour qu'elle prenne et au bout de quelques jours la combustion souterraine aura réduit les racines en cendres.

Certains aquariophiles l'utilisent aussi comme source peu onéreuse et précise de nitrate et de potassium pour les plantes d'aquarium.

On retrouve le salpêtre en pharmacie comme diurétique.

Le salpêtre est aussi utilisé dans la conservation de la viande et des charcuteries. C'est l'additif E252. Il réagit et produit du nitrite puis du monoxyde d'azote qui transforment la myoglobine rouge en un colorant rose typique du jambon et des salamis.

Histoire de sa production[modifier | modifier le code]

Historiquement, le salpêtre était préparé dans un tas de compost (généralement 1,5 mètre de haut par 2 mètres de large par 5 mètres de long) comportant un mélange de fumier, de terre (ou de mortier ou de cendres de bois) et des matières organiques (paille) pour la porosité de l'ensemble. Le tas était généralement protégé de la pluie, maintenu humide avec l'urine, il était retourné souvent pour accélérer la décomposition et les infiltrations d'eau durant un an. Le liquide contenant de nombreux nitrates était ensuite converti en nitrates de potassium grâce à des cendres de bois, puis cristallisé et raffiné pour une utilisation en poudre. Les personnes chargées de faire le salpêtre sont les salpêtriers.

L'urine a également été utilisée dans la fabrication du salpêtre pour la poudre à canon. Dans ce processus, de l'urine est placée dans un récipient contenant de la paille et laissé à mariner plusieurs mois, après quoi de l'eau est utilisée pour laver les sels chimiques de la paille. Le processus est complété par un filtrage aux cendres de bois, ainsi qu'un séchage au soleil et à l'air libre. Les cristaux de salpêtre peuvent ensuite être collectés et ajoutés à du soufre et du charbon de bois pour créer la poudre noire. Le nitrate de potassium peut aussi être récolté à partir des accumulations de guano de chauve-souris dans les grottes. Il s'agit de la méthode traditionnelle au Laos pour la fabrication de la poudre à canon pour les roquettes Bang Fai. Sous l'Ancien Régime en Europe, sa fabrication fait l'objet d'une réglementation stricte constituant un monopole d'État.

Le plus ancien procédé de purification de nitrate de potassium est décrit en 1270 par un ingénieur et chimiste arabe, Hasan al-Rammah de Syrie, dans son ouvrage al-Furusiyya wa al-Manasib al-Harbiyya (« Le Livre de la cavalerie militaire et machines de guerre ingénieuse »), où il a décrit pour la première fois l'utilisation de carbonate de potassium (sous forme de cendres de bois) afin d'éliminer les sels de calcium et de magnésium, du nitrate de potassium impur[5].

Sous le nom de nitre, il pouvait être un ingrédient de remèdes tels que l'opiat antiscorbutique, un des remèdes de la pharmacopée maritime occidentale au XVIIIe siècle [9].

Durant la Révolution française[modifier | modifier le code]

À la naissance de la République, les frontières sont menacées par les armées coalisées. Une production d'armes est lancée, entre autres, par Gaspard Monge. La production de la Régie des poudres et salpêtres est créée avec l'aide de grands chimistes (Turgot et Lavoisier) le mais se révèle insuffisante, d'autant plus que les Anglais empêchent l'importation de salpêtre.
Ce matériau prend alors une importance stratégique. Le , le Comité de salut public décrète donc l'extraction révolutionnaire du salpêtre. Chaque district de la République est prié d'envoyer deux jeunes gens plus ou moins instruits à qui l'on donne une formation. Le but étant qu'ils retournent chez eux et forment d'autres personnes à la récolte (dans les carrières, grottes et caves et caveaux) et à la purification du salpêtre. Parmi les instructeurs, on compte également Berthollet[10],[11]. Une chanson de propagande révolutionnaire, Le Salpêtre républicain[12], est créée en 1794 pour encourager tous les Français à sauver le pays, les lois et libertés contre la perfide Albion et l'Allemagne, pour que la France soit connue comme « vainqueur des bons par la bonté et des méchants par le salpêtre » dit la chanson[13].

Beaucoup d'églises sont utilisées pour la fabrication du salpêtre (par exemple l'église Saint-Merri à Paris) ; en effet, la fabrication du salpêtre réalisée sans prendre des précautions causait des dommages au bois et aux murs ; les révolutionnaires faisaient donc d'une pierre deux coups.

Production industrielle[modifier | modifier le code]

Au cours du XIXe siècle et jusqu'à la Première Guerre mondiale, le nitrate de potassium a été produit à une échelle industrielle, à partir du caliche ou minerai de nitrates des côtes arides au nord du Chili en Amérique du Sud.

Les progrès de la chimie des gaz commencent avec le procédé Birkeland-Eyde mis au point en 1905. Ce procédé utilise des arcs électriques dans l'air pour produire du monoxyde d'azote. Celui-ci réagit avec l'oxygène puis l'eau pour donner l'acide nitrique. L'emploi de l'efficace procédé Ostwald qui produit le monoxyde d'azote par oxydation sur platine a permis d'employer l'ammoniac produit par le procédé Haber. Ce dernier est apparu à l'échelle industrielle dans le domaine de la chimie des engrais quelques années avant la Première Guerre mondiale : il était crucial pour l'Allemagne d'acquérir une certaine autarcie en acide nitrique et en ses dérivés nitrés indispensables à l'industrie d'armement en temps de guerre : les dépôts de nitrates naturels, par exemple le fameux salpêtre du Chili se trouvant essentiellement en Amérique du Sud était de facto contrôlé par la flotte de l'Empire maritime de Grande-Bretagne, exerçant un puissant blocus. Tout comme le déclenchement des hostilités, la maîtrise relative de cette filière technique par l'hégémonique chimie allemande explique la poursuite acharnée de la guerre après 1917. Une des sanctions de l'effondrement allemand fin 1918 et du traité de Versailles en 1919 est le démantèlement et la confiscation de cette industrie pionnière.

En 1920, tant du point de vue des engrais que de l'industrie darmement, les nitrates du Chili sont encore la matière première essentielle. Mais cette production sud-américaine subit une terrible concurrence causée par l'essor de la chimie des gaz, en particulier la filière de l'ammoniac de synthèse.

Au XXIe siècle, en pratique, l'immense majorité des nitrates est produite avec de l'ammoniac obtenu grâce au procédé Haber.

Dangers[modifier | modifier le code]

Des explosions accidentelles dues au salpêtre utilisé en poudre explosive (poudre B notamment) ou à d'autres formes de nitrates (engrais, munitions...) sont documentées depuis avant le Moyen Âge, avec quelques exemples marquants, et par ordre chronologique ;

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c, d et e NITRATE DE POTASSIUM, fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
  2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. a et b Entrée de « Potassium nitrate » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 3 mars 2010 (JavaScript nécessaire)
  4. « Nitrate de potassium » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  5. Définitions lexicographiques et étymologiques de « salpêtre » du Trésor de la langue française informatisé, sur le site du Centre national de ressources textuelles et lexicales
  6. Données de solubilité associées au tableau des corps chimique minéraux du Perry's Chemical Engineer's Handbook, 6e éd.
  7. Le verbe salpêtrer signifie "couvrir de salpêtre". La salpêtrisation désigne l'opération.
  8. (en) Richard Nakka, Richard Nakka's Experimental Rocketry, 01/05/2007
  9. Yannick Romieux, De la hune au mortier, Éditions ACL, Nantes, 1986.
  10. [PDF] Bruno Belhoste, « Gaspard Monge, urgences révolutionnaires et utopies »
  11. François Pairault, Gaspard Monge, le fondateur de Polytechnique, Tallandier (ISBN 2-235-02271-5)
  12. Chanson Le Salpêtre républicain, récemment interprétée par Gérard CHOUQUER, en 1988, sur une musique de Luigi Cherubini, diffusée sur France-Culture lors d'une émission "Concordance des temps", de Jean-Noël Jeanneney ; intitulée La nature au péril de l'industrie : deux siècles de pollution et diffusée le 26.11.2011 - 10:00 (58 min), écoutable sur You tube (Partition
  13. Henry, Lalaisse, Michel fils aîné et Bailly, Lebrun, Beffroy de Reigny, Boucher de La Richarderie, Pittaud de Forges, La Harpe, Plancher de Valcour, Philipon de La Madelaine, Saint-Ange, Le Salpêtre républicain sur Google Livres Poésies Nationales de la Révolution Française, ou Recueil complet de Chants, Hymnes, Couplets, Odes, Chansons patriotiques ; Chez Michel fils aîné et Bailly, 1836 - 376 pages (voir p. 211)
  14. explosion de la poudrière de Lagoubran ; et après
  15. Source : La Presse, 17 juillet 1901, p. 1.


Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Sélade E (1846) Considérations générales sur le mode d'action des principes morbides, des médicaments et des poisons, suivies du mode d'action du nitrate de potasse. Grégoir (Livre numérique Google)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

  • Bernard Courtois, exploitant d'une salpêtrière ou une nitrière artificielle fabricant du nitre à partir de nitrates divers qui découvrit l'iode.
  • Le nitre est la matière première pour la fabrication de vrai salpêtre
  • Le salpêtre du Chili, les nitrates du Chili ou les sels du caliche ne sont pas des mélanges à base de nitrate de potassium ou nitre, mais essentiellement en faible proportion de la nitronatrite ou nitrate de sodium. Or ce dernier, trop hygroscopique n'est pas adapté à la fabrication de poudre noire : une faible quantité rend la poudre noire mauvaise.
  • Salpêtrière

Liens externes[modifier | modifier le code]