Niter

<bibimport/> Authors: Hans-Jürgen Schwarz, Nils Mainusch, NN....
Translation of the German Version by Hans-Jürgen Schwarz
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Niter
KNO3 I (6)-klein.jpg
Mineralogical name	Nitrokalite, Niter, Kalisalpeter
Chemical name	Kaliumnitrat
Trivial name	Salpeter, Kali-Salpeter, Kehrsalpeter, Konversionssalpeter
Chemical formula	KNO3
Other forms	keine
Crystal system	{{{Crystal_System}}}
Crystal structure	see
Deliquescence humidity 20°C	94,6
Solubility (g/l) at 20°C	315 g/l
Density (g/cm³)	2,109 g/cm3
Molar volume	48,04 cm3/mol
Molar weight	101,11 g/mol
Transparency	translucent to transparent
Cleavage	very good on {001}; good on {010}h
Crystal habit	include crusts and acicular crystals formed as efflorescence on cave and mine walls
Twinning
Phase transition
Chemical behavior	easily soluble in water
Comments
Crystal Optics
Refractive Indices	α = 1,335 β = 1,505 γ = 1,506
Birefringence	Δ = 0,171
Optical Orientation	biaxial negative
Pleochroism
Dispersion	weak, r < v
Used Literature
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Abstract

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

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.

Occurrence of Niter

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.

Informations on the origin and formation of Niter on monuments

Als wesentliche Eintragsquellen für Kaliumionen kommt belastetes Grundwasser und der Eintrag aus mit NO_x -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.

Solution behavior

Figure 1: Darstellung des Einflusses der Temperatur auf die Wasserlöslichkeit von Kaliumnitrat im Vergleich mit anderen bauschädlichen Salzen (nach [Stark.etal:1996]Title: Bauschädliche Salze
Author: Stark, Jochen; Stürmer, Sylvia
)

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 Diagramm 1 abzulesen ist.

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

Hygroscopicity

Figure 2:Deliqueszenzfeuchten von KNO₃, Grafik: M. Steiger

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.

Table 1: Deliqueszenzfeuchte von Kaliumnitrat in Temperaturabhängigkeit nach [Arnold.etal:1991]Title: Monitoring Wall Paintings Affected by soluble Salts
Author: Arnold, Andreas; Zehnder, Konrad

0°C	5°C	10°C	15°C	20°C	25°C	30°C
96,3%r.F.	96,3%r.F.	96%r.F.	95,4%r.F.	94,6%r.F.	93,6%r.F.	92,3%r.F.

Table 2: Deliqueszenzfeuchte bei 21°C im Salzgemisch (Mischungsverhältnis:Gesättigte Lsg. KNO₃/ gesättigte Lsg.B=1:1) nach [Vogt.etal:1993]Title: Der Einfluss hygroskopischer Salze auf die Gleichgewichtsfeuchte und Trocknung anorganischer Baustoffe
Author: Vogt, R.; Goretzki, Lothar

	MgSO4	Ca(NO3)2	Na2SO4	NaCl
KNO3	78% rF	51% rF	81% rF	67% rF

Feuchtesorption

Figure 3:Deliqueszenz humidity of Natrite, Halite and 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)

Table 3:Moisture sorption in M.% after 56 days storage

Storage humidity	87%r.H.	81%r.H.	79%r.H.
KNO3	6	0	0
KNO3 + NaCl             (1:1 molare Mischung)	221	130	70

Sorption behavior of Potassium-nitrate [after [Vogt.etal:1993]Title: Der Einfluss hygroskopischer Salze auf die Gleichgewichtsfeuchte und Trocknung anorganischer Baustoffe
Author: Vogt, R.; Goretzki, Lothar
]

Analytical proof

Microscopy

Laboratory Investigations: 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]Title: Erstellung einer Materialsammlung zur qualitativen Bestimmung bauschädlicher Salze für Fachleute der Restaurierung
Author: Mainusch, Nils

Refractive indices:    n_x = 1,335; n_y =1.505; n_z =1.506
Birefringnece:      Δ = max. 0,171
Crystal class:            orthorhombic

Investigations with the polarizing microscope

Die Zuweisung der Brechungsindizes von Kaliumnitrat erfolgt entsprechend der Immersionsmethode, wobei die Einbettung in Standard-Immersionsöl mit dem Brechungsindex n_D=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.

Mix up

Potassium nitrate is clearly identifiable. The data in the table below show salts which have refractive indices that are similar to those of potassium nitrate, however, there are clear distinguishing features.

Salt Phase	Distinguishing Features to Niter
Nitronatriet, NaNO3
Nitromagnesite, Mg(NO3)2 • 6H2O	inclined extinction/ hygroscopic
Nitrocalcite, Ca(NO3)2 • 4H20	significantly lower birefringence/inclined extinction/hygroscopic

Niter in mixed systems (after ch [Mainusch:2001]Title: Erstellung einer Materialsammlung zur qualitativen Bestimmung bauschädlicher Salze für Fachleute der Restaurierung
Author: Mainusch, Nils
)

Im Mischsystem K⁺-NO₃^2-– Ca²⁺-SO₄^2- 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⁺-NO3^2- – 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.

Niter and damages caused by niter in the image

On objects

• 

  fluffy salt cystals (?)of Niter destroys the surface

Under the polarizing microscope

• KNO<sub
• 

  in simple polarized light

• 

  under crossed polarizers

• 

  under crossed polarizers and Red I

• 

  in simple polarized light

• 

  under crossed polarizers

• 

  under crossed polarizers and Red I

• 

  under crossed polarizers and Red I

• 

  under crossed polarizers and Red I

Literature

[Filter missing]

crystallization of a dissolved salt

A phase is a physically distinctive form of matter and is characterized by having relatively uniform chemical and physical properties.

the mathematical difference between the largest and smallest refractive index for an anisotropic mineral