Estrarre la potassa dalla cenere di legna — l'elemento alcalino nascosto in ogni fuoco

Il potassio (K, elemento 19) si trova nel gruppo 1 (metalli alcalini), periodo 4 della tavola periodica. Ha massa atomica 39,098 e configurazione elettronica [Ar] 4s¹. Come tutti i metalli alcalini ha un elettrone di valenza che cede facilmente, il che lo rende estremamente reattivo. Il metallo puro è bianco argenteo, abbastanza tenero da tagliarsi con un coltello da burro (durezza Mohs 0,4), e ha una densità di 0,862 g/cm³: è il secondo metallo più leggero dopo il litio. Fonde a soli 63,5 °C (146 °F).

Il potassio reagisce violentemente con l'acqua: 2K + 2H₂O → 2KOH + H₂↑. L'idrogeno si incendia spontaneamente e brucia con una caratteristica fiamma lilla. Per questa reazione il potassio metallico va conservato sotto olio minerale o gas inerte: in natura non può esistere allo stato metallico. Nella crosta terrestre il potassio si trova solo come ioni K⁺ in minerali come il feldspato (KAlSi₃O₈), la muscovite (KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂) e la silvite (KCl). Le piante assorbono il K⁺ dal suolo con le radici; quando il legno brucia, il potassio resta nella cenere come carbonato di potassio (K₂CO₃).

Scegli legni duri: quercia, faggio, olmo, acero o frassino. I legni duri erano i legni da potassa tradizionali in Europa e nell'America coloniale; le conifere come pino, abete rosso e abete bianco lasciano meno cenere. Quanto alcali contenga una cenere varia molto con la specie, la quota di corteccia e rametti e il suolo in cui è cresciuto l'albero, quindi diffida di qualsiasi cifra singola e giudica la tua cenere con le prove dei passi 11 e 12.

Il legno deve essere ben stagionato (essiccato all'aria per almeno 6 mesi). Il legno verde spreca energia per far evaporare l'umidità e brucia in modo incompleto, lasciando cenere grigia mista a carbone invece della cenere chiara necessaria per una lisciviazione efficiente.

Accendi il fuoco in una buca riparata: la pioggia porterebbe via il potassio solubile prima che tu possa raccoglierlo. Brucia il legno duro in un fuoco vivo e ben ventilato. Aggiungi legna a poco a poco, lasciando consumare ogni carico prima di aggiungerne altro. Un fuoco vivo con buon tiraggio dà cenere bianca o grigio chiaro; un fuoco che cova dà cenere scura piena di carbonio incombusto, meno utile.

Continua finché hai accumulato un volume considerevole di cenere: almeno 20-30 litri per una resa apprezzabile. Lascia che il fuoco si consumi del tutto; togli i pezzi grossi di carbone che non sono bruciati fino in fondo. Il legno lascia come cenere solo una piccola frazione del suo peso, quindi questo volume richiede moltissima legna, ben più di un solo fuoco serale; molti maker raccolgono la cenere di una stufa o di una buca per il fuoco per un'intera stagione.

Lascia raffreddare la cenere per almeno 24 ore e rimestala per cercare braci prima di spostarla: la cenere può nascondere braci vive per giorni. La cenere calda può causare ustioni gravi, fondere la plastica e appiccare incendi. Quando è fredda al tatto, raccoglila con una pala o una paletta di metallo in un secchio di metallo asciutto. Tieni la cenere all'asciutto: se la pioggia bagna il mucchio prima della raccolta, gran parte del K₂CO₃ solubile filtrerà nel terreno e andrà perso.

Passa la cenere fredda in un setaccio grosso (maglia 5-10 mm) per separare la cenere fine da pezzi di carbone, chiodi, sassi e frammenti di legno incombusto. La polvere fine bianca o grigio chiaro che passa è il tuo materiale ricco di potassa. I pezzi di carbone trattenuti si possono conservare per altri usi (combustibile, filtrazione dell'acqua, ammendante del suolo), ma contengono pochissimo potassio estraibile.

Usa un barile di legno o un grande secchio con un foro vicino al fondo. Metti sul fondo uno strato spesso (5-8 cm) di paglia o erba secca: fa da filtro perché la cenere fine non intasi il foro di scarico e non passi nella liscivia. La paglia deve essere pulita e asciutta. Metti il barile su un piano rialzato (pietre, mattoni o un supporto di legno) perché sotto il foro ci stia un secchio di raccolta.

I barili di legno sono tradizionali; la liscivia attacca alluminio, zinco e stagno, mentre ferro e acciaio inox le resistono. Se usi un secchio di plastica, assicurati che sia in HDPE (codice di riciclo 2), resistente alle soluzioni alcaline.

Riempi il barile con la cenere bianca setacciata, compattandola a strati. Pressa ogni strato leggermente: troppo sciolta, l'acqua scorre in canali senza sciogliere molto K₂CO₃; troppo compatta, l'acqua non filtra affatto. Riempi fino a 10 cm dal bordo, lasciando spazio per l'acqua che verserai sopra. Un barile con 25-30 litri di cenere asciutta è una buona quantità di lavoro.

Versa lentamente acqua dolce sulla cenere compattata. L'acqua piovana è ideale: non contiene quasi calcio né magnesio disciolti, che reagirebbero con il carbonato depositandosi come incrostazione. L'acqua filtra verso il basso attraverso la cenere sciogliendo il carbonato di potassio solubile (K₂CO₃) e quantità minori di solfato di potassio (K₂SO₄) e cloruro di potassio (KCl). Questo processo si chiama lisciviazione.

Versa poco alla volta e lascia che impregni. Se versi troppo in fretta, l'acqua scorre in canali senza toccare abbastanza cenere. Il liquido che gocciola in fondo è liscivia (soluzione di potassa), marrone per i composti organici disciolti.

Il liquido marrone che scola dal barile è la tua liscivia grezza: una soluzione alcalina di carbonato di potassio in acqua. Raccoglila in un secchio pulito (legno, plastica HDPE o ferro; mai alluminio, zinco o stagno, che la liscivia attacca). Le prime colature sono le più forti; i versamenti successivi danno una liscivia sempre più debole man mano che la cenere si impoverisce di potassio solubile.

SICUREZZA: indossa occhiali protettivi e guanti quando maneggi la liscivia. La liscivia di potassa è fortemente alcalina (di solito pH 11-13) e provoca ustioni chimiche a pelle e occhi. Se schizza sulla pelle o in un occhio, sciacqua subito con abbondante acqua pulita corrente per almeno 15 minuti e, per un occhio, rivolgiti a un medico. Non mettere aceto né altri acidi in un occhio; tieni a portata di mano un secchio d'acqua pulita.

Versa di nuovo la liscivia raccolta nello stesso barile di cenere una seconda e una terza volta. Ogni passaggio scioglie altro K₂CO₃ e aumenta la concentrazione. In alternativa, passa la liscivia del primo barile in un secondo barile di cenere fresca. I produttori storici di potassa usavano spesso serie di barili a cascata, facendo passare la liscivia su cenere sempre più fresca per concentrarla prima dell'evaporazione: così risparmiavano combustibile iniziando la bollitura con una liscivia già concentrata.

Immergi la punta di una piuma nella liscivia. È una prova tradizionale dei saponai: una liscivia abbastanza forte per fare il sapone corrode visibilmente le barbe della piuma, perché la cheratina si decompone in un alcali forte. È una prova grossolana e qualitativa: dice se la liscivia è forte, non quanto. Se la piuma non cambia, la liscivia è troppo debole e va ripassata su cenere fresca o fatta evaporare un po' prima della bollitura.

Metti delicatamente un uovo fresco e pulito nella liscivia. È un'altra prova tradizionale: quando la liscivia è abbastanza densa, l'uovo galleggia con un pezzo di guscio grande come una moneta sopra la superficie. Se l'uovo affonda, la liscivia va concentrata ancora: ripassala su altra cenere o inizia un'evaporazione preliminare per ridurne il volume. Le uova cambiano densità invecchiando, quindi usane uno fresco e considera il risultato un'indicazione.

Trasferisci la liscivia concentrata in una grande pentola o caldaia di ghisa. Il ferro resiste alla liscivia di potassa, mentre l'alluminio vi si scioglie in fretta e zinco e stagno si corrodono: usa quindi il ferro. Le grandi caldaie di ferro per la potassa furono il recipiente abituale del commercio della potassa nel XVIII e XIX secolo. La pentola ci dà la parola: «pot-ash» è il residuo simile a cenere che resta nella pentola dopo questa evaporazione.

Metti la pentola di ferro su un fuoco costante e porta la liscivia a bollore vivace. Mantieni un calore regolare: troppo forte e la liscivia schizza pericolosamente; troppo debole e l'evaporazione dura troppo. Mentre l'acqua evapora, la liscivia si scurisce e si addensa. Aggiungi liscivia dalla tua riserva man mano che il volume cala, tenendo la pentola piena circa a metà. Per una grande partita servono molte ore di bollitura continua.

SICUREZZA: la liscivia bollente schizza, e gli spruzzi e la nebbiolina sono caustici. Lavora all'aperto o in un luogo molto ben ventilato. Indossa occhiali protettivi e guanti spessi. Non lasciare mai incustodita una pentola di liscivia che bolle.

Mentre l'acqua evapora, il liquido si addensa in una pasta marrone scura e sciropposa. Abbassa il fuoco per evitare che si bruci. Mescola ogni tanto con una lunga asta di ferro o una pala di legno (la pala si carbonizza lentamente ma per un po' funziona). Quando la pasta è così densa che un cucchiaio passato dentro lascia una scia che si richiude lentamente, l'evaporazione è quasi finita. A questo punto la pasta è il grezzo «sale nero»: una miscela di K₂CO₃ con residui organici, solfato di potassio e altri minerali della cenere.

Trasferisci la pasta densa in un recipiente di ferro basso o stendila su una superficie piana di ferro. Scaldala su un fuoco forte finché raggiunge un rosso cupo (circa 600-700 °C). I composti organici che danno ai sali grezzi il colore scuro bruciano come anidride carbonica e vapore acqueo, lasciando una potassa grezza bianco-grigiastra. Storicamente, i sali neri fusi nella caldaia si vendevano come potassa, mentre quelli cotti in un forno per bruciare la materia organica uscivano più bianchi e si vendevano come perlassa. Mescola di tanto in tanto per un riscaldamento uniforme. Resta sotto il rosso vivo: il carbonato di potassio fonde a circa 890 °C e i sali si fonderebbero in un blocco duro difficile da maneggiare.

Togli il recipiente dal fuoco e lascia raffreddare del tutto la potassa: diverse ore all'aria ferma. Il risultato è potassa grezza: una polvere bianco-grigiastra di carbonato di potassio (K₂CO₃) con impurità come solfato di potassio (K₂SO₄), cloruro di potassio (KCl), silice e minerali in tracce. Questa potassa grezza si può usare come fertilizzante, come fondente per il vetro e per fare il sapone senza ulteriore purificazione. Conservala in un contenitore asciutto e chiuso: il K₂CO₃ è igroscopico e assorbe l'umidità dell'aria fino a diventare una massa bagnata e appiccicosa.

Per un carbonato di potassio più bianco e puro, sciogli la potassa grezza in acqua calda e filtrala attraverso un panno fine per togliere le impurità insolubili (silice, carbonato di calcio, ossidi di ferro). Il filtrato contiene ancora gli altri sali solubili, soprattutto solfato e cloruro di potassio: è più puro, ma non è K₂CO₃ puro. Fai evaporare lentamente la soluzione a secco in una pentola di ferro. La polvere bianca è vicina alla perlassa del commercio settecentesco: carbonato di potassio purificato usato nel vetro fine, come agente lievitante in pasticceria (prima del bicarbonato) e in chimica. La perlassa valeva più della potassa grezza.

La potassa tocca quasi ogni ramo della tecnica antica. Sapone: la liscivia di potassa bollita con il grasso dà sapone molle; i saponai aggiungevano spesso calce spenta alla liscivia per trasformare parte del carbonato nel più caustico idrossido di potassio. Il sapone duro si faceva invece con la soda da cenere di piante. Vetro: la potassa agisce da fondente e permette di fondere il vetro molto al di sotto del punto di fusione della silice pura (circa 1700 °C). Il «vetro di foresta» (Waldglas) del Nord Europa usava potassa di cenere di legna; il vetro mediterraneo usava la soda (Na₂CO₃), dal natron nell'antichità e poi dalla cenere di piante costiere tolleranti al sale. Polvere da sparo: il salnitro (KNO₃) veniva dalle nitriere, dove la materia organica in decomposizione e i batteri del suolo producevano nitrati, soprattutto di calcio. Il liquido nitroso lisciviato dalle nitriere veniva poi fatto passare su cenere di legna o mescolato con potassa, che trasformava il nitrato di calcio in nitrato di potassio e faceva precipitare il calcio come carbonato. Agricoltura: il potassio è uno dei tre macronutrienti del sistema di fertilizzanti N-P-K. Ogni fuoco nel campo di un contadino restituiva potassio al suolo molto prima che qualcuno capisse perché.

Dal nome arabo al-qalī alla gioia di Humphry Davy nel 1807, la storia del potassio attraversa la storia della chimica: una sostanza utile nota da millenni, isolata come metallo solo poco più di due secoli fa.