Niter: Difference between revisions

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{{Infobox_Salt
{{Infobox_Salt
|Footnote=<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>
|Footnote=<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>
|photo= KNO3 I (6)-klein.jpg
|photo= [[File:KNO3 I (6)-klein.jpg|300px]]
|mineralogical_Name=Nitrokalite, Niter, Kalisalpeter
|mineralogical_Name=Nitrokalite, Niter, Kalisalpeter
|chemical_Name =Kaliumnitrat
|chemical_Name =Potassium nitrate
|Trivial_Name=Salpeter, Kali-Salpeter, Kehrsalpeter, Konversionssalpeter
|Trivial_Name= Saltpetre , Nitrate of potash, Vesta powder, Kali-Salpeter, Kehrsalpeter, Konversionssalpeter
|chemical_Formula =KNO<sub>3</sub>
|chemical_Formula =KNO<sub>3</sub>
|Hydratforms =keine
|Hydratforms =none
|Crystal_Class = orthorhombic - dipyramidal; 2/m 2/m 2/m  
|Crystal_System    = orthorhombic
|Crystal_Structure= see <ref>http://webmineral.com/jpowd/JPX/jpowd.php?target_file=Niter.jpx; Viewed on 15/04/2011</ref>
|Crystal_Structure= orthorhombic - dipyramidal; 2/m 2/m 2/m , see <ref>http://webmineral.com/jpowd/JPX/jpowd.php?target_file=Niter.jpx; Viewed on 15/04/2011</ref>
|Deliqueszenzhumidity=94,6
|Deliqueszenzhumidity=93.7 %
|Solubility=315 g/l
|Solubility=3.108 mol/kg
|Density=2,109 g/cm<sup>3</sup>
|Density=2.103 g/cm<sup>3</sup>
|MolVolume=48,04 cm<sup>3</sup>/mol
|MolVolume=48.04 cm<sup>3</sup>/mol
|Molweight =101,11 g/mol
|Molweight =101.10 g/mol
|Transparency =translucent to transparent  
|Transparency =translucent to transparent  
|Cleavage=very good on {001}; good on {010}h<ref>ttp://en.wikipedia.org/wiki/Niter; Viewed on 15/04/2011</ref>
|Cleavage=very good on {001}; good on {010}h<ref>ttp://en.wikipedia.org/wiki/Niter; Viewed on 15/04/2011</ref>
|Crystal_Habit=include crusts and acicular crystals formed as efflorescence on cave and mine walls <ref>http://www.galleries.com/minerals/carbonat/niter/niter.htm; Viewed on 15/04/2011</ref>
|Crystal_Habit=include crusts and acicular crystals formed as efflorescence on cave and mine walls <ref>http://www.galleries.com/minerals/carbonat/niter/niter.htm; Viewed on 15/04/2011</ref>
|Twinning=
|Twinning=
|Refractive_Indices =α = 1,335<br>β = 1,505<br>γ = 1,506
|Refractive_Indices =α = 1.335<br>β = 1.505<br>γ = 1.506
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|Birefringence=Δ = 0.171
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|optical_Orientation=biaxial negative
|Pleochroism=  
|Pleochroism=  
|Dispersion = weak, r < v
|Dispersion = weak, r < v
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|Phase_Transition=  
|chemBehavior=easily soluble in water
|chemBehavior=easily soluble in water
|Comments=
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|Literature  = <bib id="Steiger.etal:2014"/> <bib id="Robie.etal:1978"/>
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== Abstract  ==
== 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.
Niter is one of the most important salts responsible for damages of building materials and murals. It is mostly observed indoors, often found in cotton-like efflorescence. Pictures, microphotographs and examples of their habits illustrate and complement the description.


== Allgemeines  ==
== General ==


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% KNO<sub>3</sub>) oder aber durch Umwandlung von Natriumnitrat mittels Kaliumchlorid gewonnen. Derzeitig existieren unterschiedliche Verfahren großtechnischer Herstellung des Salzes durch die Umsetzung von Kalirohsalzen mit Salpetersäure.
Potassium nitrate was an important ingredient in the production of gun powder and explosives in the 19th century, were obtained from natural sources potash deposits contain a maximum of 10% KNO<sub>3</sub> among various other potassium salts) and obtained through the reaction of sodium nitrate with potassium chloride. Currently various methods of large-scale production of this salt are based on the reaction between crude potassium salts and nitric acid.
<br>Anwendung findet Kaliumnitrat gegenwärtig in der Landwirtschaft als Düngemittel.<br>  
<br>Potassium nitrate is also used as a fertilizer in agriculture.<br>


== Occurrence of Niter  ==
== 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.  
Natural accumulations of potassium nitrate can occur anywhere where nitrogen compounds are synthesized in presence of a sufficient quantity of potassium ions (for example during the decomposition of organic matter). Large quantities of nitrifying bacteria and nitrogen compounds are known to be present in manure and urine of living organisms. Large deposits of potassium and sodium nitrate, called "salitre" in Spanish, are found in the desert region of Atacama, nothern Chile, which have been exploited since the 19th century.


== Informations on the origin and formation of Niter on monuments  ==
== Information on the origin and formation of Niter on monuments  ==


Als wesentliche Eintragsquellen für Kaliumionen kommt belastetes Grundwasser und der Eintrag aus mit NO<sub>x</sub> -belasteter Luft durch Immission in Betracht. Zudem können Bau- und Restaurierungsmaterialien lösliche Kaliumverbindungen enthalten. Erwähnt seien Kaliwasserglas, Kalilauge (als Reinigungsmittel) und Zemente.<br>
Contaminated water at the base of monuments is the major input source of both potassium and nitrate ions, the latter having a biogenic origin, such as nitrifying bacteria. These ions will be transported into the material via capillarity. Nitrate ions can also be deposited from atmospheric pollution. Once within the porous system of the material, creep of the formed salt will also contribute to its redistribution. In addition, building and restoration materials can also contain soluble potassium compounds. We can also mention potassium silicate, potassium hydroxide (used as a cleaning agent)and cements.<br>
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==
== Solution behavior==


[[file:Loeslichkeit Kaliumnitrat .JPG|400px|thumb|right|'''Figure 1''': Darstellung des Einflusses der Temperatur auf die Wasserlöslichkeit von Kaliumnitrat im Vergleich mit anderen bauschädlichen Salzen (nach <bib id=Stark.etal:1996/>)]]
[[file:S KNO3.jpg|800px|thumb|left|'''Figure 1''': Solubility of potassium nitrate in water. The molality ''m'' [n(KNO<sub>3</sub>)•kg(H<sub>2</sub>O)<sup>-1</sup>] is plotted versus the temperature.]]
<br clear=all>


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.  
Potassium nitrate has a high water solubility, belonging to the group of mobile salts. It can be associated with frequent changes in the accumulation zones in the porous material. The temperature effect on the water solubility is strong, which is reflected in the steep curve in figure 1.


Verbunden ist hiermit die Gefahr einer Lösungsübersättigung bei raschem Temperaturabfall und einer Kristallisation des Salzes.
A consequence of this is the danger of solution supersaturation during rapid temperature drop, and a subsequent crystallization of the salt.


<br clear=all>
<br clear=all>


== Hygroscopicity==
== Hygroscopicity==


[[file:KNO3_a.jpg|thumb|300px|right|'''Figure 2''':Deliqueszenzfeuchten von KNO<sub>3</sub>, Grafik: M. Steiger]]
In the temperature range of 0°C up to 30°C the [[deliquescence humidity]] of potassium nitrate lies always above 90% RH and the temperature dependence is more or less linear. Under the influence of foreign ions the deliquescence humidity is shifted towards lower values.
 


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.  
[[file:D KNO3 e.jpg|thumb|800px|left|'''Figure 2''':Deliquescence behaviour of potassium nitrate. The water activity ''a<sub>w</sub>'' is plotted versus the temperature.]]




{| cellspacing="1" cellpadding="1" border="1" style="width: 550px; height: 47px;"
<br clear="all">
|+'''Table 1:''' Deliqueszenzfeuchte von Kaliumnitrat in Temperaturabhängigkeit nach <bib id=Arnold.etal:1991/>
{|border="2" cellspacing="0" cellpadding="4" width="70%" align="left" class="wikitable"
|+''Table 1: Deliquescence humidity of potassium nitrate and its temperature dependence <bib id="Steiger.etal:2014"/>.''                   
|-
|-
| &nbsp;&nbsp;&nbsp; 0°C<br>
|bgcolor = "#F0F0F0" align=center|  '''0°C'''
| &nbsp;&nbsp;&nbsp; 5°C<br>
|bgcolor = "#F0F0F0" align=center|  '''5°C'''
| &nbsp; 10°C<br>
|bgcolor = "#F0F0F0" align=center|  '''10°C'''
| &nbsp;&nbsp; 15°C<br>
|bgcolor = "#F0F0F0" align=center| '''20°C'''
| &nbsp;&nbsp; 20°C<br>
|bgcolor = "#F0F0F0" align=center|  '''30°C'''
| &nbsp;&nbsp; 25°C<br>
|bgcolor = "#F0F0F0" align=center| '''40°C'''
| &nbsp;&nbsp; 30°C<br>
 
|-
|-
| &nbsp;96,3%r.F.<br>
|bgcolor = "#FFFFEO" align=center| 97.0% RH
| &nbsp;96,3%r.F.<br>
|bgcolor = "#FFFFEO" align=center| 95.5% RH
| &nbsp;96%r.F.&nbsp; <br>
|bgcolor = "#FFFFEO" align=center| 93.7% RH
| &nbsp;95,4%r.F.<br>
|bgcolor = "#FFFFEO" align=center| 91.5% RH
| &nbsp;94,6%r.F.<br>
|bgcolor = "#FFFFEO" align=center| 88.9% RH
| &nbsp;93,6%r.F.<br>
|bgcolor = "#FFFFEO" align=center| 85.9% RH
| &nbsp;92,3%r.F.<br>
 
|}
|}
<br clear="all">


<br>
<!--
 
{|border="2" cellspacing="0" cellpadding="4" width="70%" align="left" class="wikitable"
{| cellspacing="1" cellpadding="1" border="1" style="width: 550px; height: 57px;"
|+''Table 2: Deliqueszenzfeuchte bei 21°C im Salzgemisch (Mischungsverhältnis:Gesättigte Lsg. KNO<sub>3</sub>/ gesättigte Lsg.B=1:1) nach <bib id="Vogt.etal:1993"/>''
|+'''Table 2''': Deliqueszenzfeuchte bei 21°C im Salzgemisch (Mischungsverhältnis:Gesättigte Lsg. KNO<sub>3</sub>/ gesättigte Lsg.B=1:1) nach <bib id=Vogt.etal:1993/>
|-
|-
|  
|bgcolor = "#F0F0F0" align=center|
| &nbsp; MgSO<sub>4</sub>  
|bgcolor = "#F0F0F0" align=center|  '''MgSO<sub>4</sub>'''
| &nbsp; Ca(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>  
|bgcolor = "#F0F0F0" align=center|  '''Ca(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>'''
| &nbsp; Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>  
|bgcolor = "#F0F0F0" align=center|  '''Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>'''
| &nbsp; NaCl
|bgcolor = "#F0F0F0" align=center|  '''NaCl'''
|-
|-
| KNO<sub>3</sub>  
|bgcolor = "#F7F7F7"| KNO<sub>3</sub>  
| &nbsp; 78% rF <br>
|bgcolor = "#FFFFEO" align=center| 78% rF  
| &nbsp; 51% rF <br>
|bgcolor = "#FFFFEO" align=center| 51% rF
| &nbsp; 81% rF <br>
|bgcolor = "#FFFFEO" align=center| 81% rF
| &nbsp; 67% rF <br>
|bgcolor = "#FFFFEO" align=center| 67% rF  
|}
|}
<br clear="all">


=== Feuchtesorption ===
=== Feuchtesorption ===


[[file:Deliqueszenz NaCl, NaCO3, KNO3.JPG|400px|thumb|right|'''Figure 3''':Deliqueszenz humidity of Natrite, Halite and Niter]]
[[file:Deliqueszenz NaCl, NaCO3, KNO3.JPG|400px|thumb|right|'''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)<br>''
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 Natriumchlorid 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)<br>''
 


{| cellspacing="1" cellpadding="1" border="1" style="width: 341px; height: 116px;"
{|border="2" cellspacing="0" cellpadding="4" width="40%" align="left" class="wikitable sortable"
|+'''Table 3''':Moisture sorption in M.% after 56 days storage
|+''Table 3: Moisture sorption Potassium-nitrate in M.% after 56 days storage [after <bib id="Vogt.etal:1993"/>]''
|-
|-
| Storage humidity
|bgcolor = "#F0F0F0"| Storage humidity
| &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 87%r.H.  
|bgcolor = "#F0F0F0" align=center| '''87%r.H.'''
| &nbsp;&nbsp; 81%r.H.  
|bgcolor = "#F0F0F0" align=center| '''81%r.H.'''
| &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 79%r.H.
|bgcolor = "#F0F0F0" align=center| '''79%r.H.'''
|-
|-
| KNO<sub>3</sub>  
|bgcolor = "#F7F7F7"| KNO<sub>3</sub>  
| &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 6  
|bgcolor = "#FFFFEO" align=center|  6  
| &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 0  
|bgcolor = "#FFFFEO" align=center|  0  
| &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 0
|bgcolor = "#FFFFEO" align=center|  0
|-
|-
|  
|bgcolor = "#F7F7F7"| KNO<sub>3</sub> + NaCl (1:1 molare Mischung)  
KNO<sub>3</sub> + NaCl &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp; (1:1 molare Mischung)  
|bgcolor = "#FFFFEO" align=center| 221  
 
|bgcolor = "#FFFFEO" align=center| 130  
| &nbsp;&nbsp;&nbsp; 221  
|bgcolor = "#FFFFEO" align=center| 70
| &nbsp;&nbsp; 130  
| &nbsp;&nbsp;&nbsp; 70
|}
|}
<br clear=all>


''Sorption behavior of Potassium-nitrate [after <bib id=Vogt.etal:1993/>]''
<br>


<!--


== Crystallisation Pressure  ==
== Crystallisation Pressure  ==
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<br>
<br>


-->
 


== Analytical proof  ==
== Analytical proof  ==
Line 150: Line 147:
=== Microscopy  ===
=== 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.<bib id=Mainusch:2001/><br>
'''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.<bib id="Mainusch:2001"/><br>


'''Refractive indices:''' &nbsp;&nbsp; n<sub>x</sub> = 1,335; n<sub>y</sub> =1.505; n<sub>z</sub> =1.506<br>'''Birefringnece''':&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Δ = max. 0,171<br>'''Crystal class''':&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; orthorhombic<br>  
'''Refractive indices:''' &nbsp;&nbsp; n<sub>x</sub> = 1,335; n<sub>y</sub> =1.505; n<sub>z</sub> =1.506<br>'''Birefringnece''':&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Δ = max. 0,171<br>'''Crystal class''':&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; orthorhombic<br>  
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Die Zuweisung der Brechungsindizes von Kaliumnitrat erfolgt entsprechend der Immersionsmethode, wobei die Einbettung in Standard-Immersionsöl mit dem Brechungsindex n<sub>D</sub>=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.<br>
Die Zuweisung der Brechungsindizes von Kaliumnitrat erfolgt entsprechend der Immersionsmethode, wobei die Einbettung in Standard-Immersionsöl mit dem Brechungsindex n<sub>D</sub>=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.<br>
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.<br>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.  
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.<br>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.  
 
<br>'''Mix up'''<br>  
<br>'''Mix up'''<br>  


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.  
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.  


{| cellspacing="0" cellpadding="4" border="2" style="width: 808px; height: 86px;"
{|border="2" cellspacing="0" cellpadding="4" width="70%" align="left" class="wikitable"
|+'''Table 4''':Salts with similar features like Potassium-nitrate ''
|-
|-
| '''Salt Phase'''  
|bgcolor = "#F0F0F0"| '''Salt Phase'''  
| '''Distinguishing Features to Niter'''
|bgcolor = "#F0F0F0"| '''Distinguishing Features to Niter'''
|-
|-
| Nitronatriet, NaNO<sub>3</sub>
|bgcolor = "#F7F7F7"| '''Nitronatrite''' NaNO<sub>3</sub>
|   
|bgcolor = "#FFFFEO"|   
|-
|-
| Nitromagnesite, Mg(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> • 6H<sub>2</sub>O  
|bgcolor = "#F7F7F7"| '''Nitromagnesite''' Mg(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> • 6H<sub>2</sub>O  
| inclined extinction/ hygroscopic
|bgcolor = "#FFFFEO"| inclined extinction/ hygroscopic
|-
|-
| Nitrocalcite, Ca(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> • 4H<sub>2</sub>0  
|bgcolor = "#F7F7F7"| '''Nitrocalcite''' Ca(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> • 4H<sub>2</sub>0  
| significantly lower birefringence/inclined extinction/hygroscopic
|bgcolor = "#FFFFEO"| significantly lower birefringence/inclined extinction/hygroscopic
|}
|}
 
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<br>  
 
'''Niter in mixed systems''' (after ch <bib id="Mainusch:2001"/>)<br>  
'''Niter in mixed systems''' (after ch <bib id=Mainusch:2001/>)<br>  


Im Mischsystem K<sup>+</sup>-NO<sub>3</sub><sup>2-</sup>– Ca<sup>2+</sup>-SO<sub>4</sub><sup>2- </sup> werden aufgrund des hohen Fremdionenanteils stark verwachsene KNO<sub>3</sub>-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.<br>
Im Mischsystem K<sup>+</sup>-NO<sub>3</sub><sup>2-</sup>– Ca<sup>2+</sup>-SO<sub>4</sub><sup>2- </sup> werden aufgrund des hohen Fremdionenanteils stark verwachsene KNO<sub>3</sub>-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.<br>
Bei der Betrachtung des zweiten Mischsystems (K<sup>+</sup>-NO3<sup>2-</sup> – Na<sup>+</sup>- Cl<sup>-</sup>) zeigt sich, daß der Ausfall von gut ausgebildeten KNO<sub>3</sub>-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. <br>
Bei der Betrachtung des zweiten Mischsystems (K<sup>+</sup>-NO3<sup>2-</sup> – Na<sup>+</sup>- Cl<sup>-</sup>) zeigt sich, daß der Ausfall von gut ausgebildeten KNO<sub>3</sub>-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. <br>


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== X-ray diffraction==
== X-ray diffraction==


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= Dealing with damage caused by Niter  =
= Dealing with damage caused by Niter  =
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<gallery caption=" " widths="200px" heights="150px" perrow="3">
<gallery caption=" " widths="200px" heights="150px" perrow="3">
Image:KNO3-SalzflaumKoenigslutter.jpg‎| fluffy salt cystals (?)of Niter destroys the surface
Image:KNO3-SalzflaumKoenigslutter.jpg‎| fluffy salt crystals of niter break-up the surface
Image:
Image:
Image:
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=== Under the polarizing microscope  ===
=== Under the polarizing microscope  ===


<gallery caption="KNO<sub>3</sub> crystallized from aqueous solution on a slide " widths="200px" heights="150px" perrow="3">
<gallery caption="KNO3 crystallized from aqueous solution on a slide" widths="200px" heights="150px" perrow="3">
Image:HJS KNO3 092503-6.jpg | in simple polarized light
Image:HJS KNO3 092503-6.jpg | in simple polarized light
Image:HJS KNO3 092503-5.jpg| under crossed polarizers  
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== Under the scanning electron microscope  ==
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Latest revision as of 11:47, 3 May 2023

Authors: Hans-Jürgen Schwarz, Nils Mainusch
Translation of the German Version by Hans-Jürgen Schwarz
back to Nitrate

Niter[1][2][3]
KNO3 I (6)-klein.jpg
Mineralogical name Nitrokalite, Niter, Kalisalpeter
Chemical name Potassium nitrate
Trivial name Saltpetre , Nitrate of potash, Vesta powder, Kali-Salpeter, Kehrsalpeter, Konversionssalpeter
Chemical formula KNO3
Other forms none
Crystal system orthorhombic
Crystal structure orthorhombic - dipyramidal; 2/m 2/m 2/m , see [4]
Deliquescence humidity 20°C 93.7 %
Solubility (g/l) at 20°C 3.108 mol/kg
Density (g/cm³) 2.103 g/cm3
Molar volume 48.04 cm3/mol
Molar weight 101.10 g/mol
Transparency translucent to transparent
Cleavage very good on {001}; good on {010}h[5]
Crystal habit include crusts and acicular crystals formed as efflorescence on cave and mine walls [6]
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
[Steiger.etal:2014]Title: Weathering and Deterioration
Author: Steiger, Michael; Charola A. Elena; Sterflinger, Katja
Link to Google Scholar [Robie.etal:1978]Title: Thermodynamic properties of minerals and related substances at 298.15 K and 1 bar pressure and higher temperatures
Author: Robie R.A., Hemingway B.S.; Fisher J.A.
Link to Google Scholar


Abstract[edit]

Niter is one of the most important salts responsible for damages of building materials and murals. It is mostly observed indoors, often found in cotton-like efflorescence. Pictures, microphotographs and examples of their habits illustrate and complement the description.

General[edit]

Potassium nitrate was an important ingredient in the production of gun powder and explosives in the 19th century, were obtained from natural sources potash deposits contain a maximum of 10% KNO3 among various other potassium salts) and obtained through the reaction of sodium nitrate with potassium chloride. Currently various methods of large-scale production of this salt are based on the reaction between crude potassium salts and nitric acid.
Potassium nitrate is also used as a fertilizer in agriculture.

Occurrence of Niter[edit]

Natural accumulations of potassium nitrate can occur anywhere where nitrogen compounds are synthesized in presence of a sufficient quantity of potassium ions (for example during the decomposition of organic matter). Large quantities of nitrifying bacteria and nitrogen compounds are known to be present in manure and urine of living organisms. Large deposits of potassium and sodium nitrate, called "salitre" in Spanish, are found in the desert region of Atacama, nothern Chile, which have been exploited since the 19th century.

Information on the origin and formation of Niter on monuments[edit]

Contaminated water at the base of monuments is the major input source of both potassium and nitrate ions, the latter having a biogenic origin, such as nitrifying bacteria. These ions will be transported into the material via capillarity. Nitrate ions can also be deposited from atmospheric pollution. Once within the porous system of the material, creep of the formed salt will also contribute to its redistribution. In addition, building and restoration materials can also contain soluble potassium compounds. We can also mention potassium silicate, potassium hydroxide (used as a cleaning agent)and cements.

Solution behavior[edit]

Figure 1: Solubility of potassium nitrate in water. The molality m [n(KNO3)•kg(H2O)-1] is plotted versus the temperature.


Potassium nitrate has a high water solubility, belonging to the group of mobile salts. It can be associated with frequent changes in the accumulation zones in the porous material. The temperature effect on the water solubility is strong, which is reflected in the steep curve in figure 1.

A consequence of this is the danger of solution supersaturation during rapid temperature drop, and a subsequent crystallization of the salt.



Hygroscopicity[edit]

In the temperature range of 0°C up to 30°C the deliquescence humidity of potassium nitrate lies always above 90% RH and the temperature dependence is more or less linear. Under the influence of foreign ions the deliquescence humidity is shifted towards lower values.


Figure 2:Deliquescence behaviour of potassium nitrate. The water activity aw is plotted versus the temperature.



Table 1: Deliquescence humidity of potassium nitrate and its temperature dependence [Steiger.etal:2014]Title: Weathering and Deterioration
Author: Steiger, Michael; Charola A. Elena; Sterflinger, Katja
Link to Google Scholar.
0°C 5°C 10°C 20°C 30°C 40°C
97.0% RH 95.5% RH 93.7% RH 91.5% RH 88.9% RH 85.9% RH



Niter and damages caused by niter in the image[edit]

On objects[edit]

  • fluffy salt crystals of niter break-up the surface

    fluffy salt crystals of niter break-up the surface


Under the polarizing microscope[edit]

  • KNO3 crystallized from aqueous solution on a slide
  • in simple polarized light

    in simple polarized light

  • under crossed polarizers

    under crossed polarizers

  • under crossed polarizers and Red I

    under crossed polarizers and Red I


  • in simple polarized light

    in simple polarized light

  • under crossed polarizers

    under crossed polarizers

  • under crossed polarizers and Red I

    under crossed polarizers and Red I

  • under crossed polarizers and Red I

    under crossed polarizers and Red I

  • under crossed polarizers and Red I

    under crossed polarizers and Red I


Under the scanning electron microscope[edit]


Weblinks[edit]

  1. ↑ http://webmineral.com/data/Niter.shtml gelesen 28.07.2010
  2. ↑ http://www.mindat.org/min-2917.html
  3. ↑ http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/MineralData?mineral=Niter
  4. ↑ http://webmineral.com/jpowd/JPX/jpowd.php?target_file=Niter.jpx; Viewed on 15/04/2011
  5. ↑ ttp://en.wikipedia.org/wiki/Niter; Viewed on 15/04/2011
  6. ↑ http://www.galleries.com/minerals/carbonat/niter/niter.htm; Viewed on 15/04/2011

Literature[edit]

[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 to Google ScholarFulltext link
[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. In: U.S. Geol. Surv. Bull, 1452 ()Link to Google Scholar
[Steiger.etal:2014]Steiger, Michael; Charola A. Elena; Sterflinger, Katja (2014): Weathering and Deterioration. In: Siegesmund S.; Snethlage R. (eds.): Stone in Architecture, Springer Verlag Berlin Heidelberg, 223-316, 10.1007/978-3-642-45155-3_4.Link to Google Scholar
[Vogt.etal:1993]Vogt, R.; Goretzki, Lothar (1993): Der Einfluss hygroskopischer Salze auf die Gleichgewichtsfeuchte und Trocknung anorganischer Baustoffe, unveröffentlichter Bericht.Link to Google Scholar

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.

concentration given as amount of substance (mol) of the dissolved substance per kilogram solvent; unit: mol•kg-1.

relative humidity

the relative humidity, above which a material, e.g. a salt, absorbes humidity from the air and dissolves.

Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen, University of Applied Sciences and Arts Hildesheim/Holzminden/Göttingen

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