Kutoa Potashi kutoka Majivu ya Kuni — Elementi ya Alkali Iliyofichwa katika Kila Moto

Potasiamu (K, elementi 19) iko katika Kundi 1 (metali za alkali), Kipindi 4 cha jedwali la vipindi. Ina uzito wa atomu 39.098 na mpangilio wa elektroni [Ar] 4s¹. Kama metali zote za alkali, ina elektroni moja ya valensi inayoiachia kwa urahisi, jambo linaloifanya iathirike sana. Metali safi ni nyeupe ya rangi ya fedha, laini kiasi cha kukatwa kwa kisu cha siagi (ugumu wa Mohs 0.4), na ina msongamano wa 0.862 g/cm³ — metali ya pili kwa wepesi baada ya lithiamu. Huyeyuka kwa nyuzi 63.5 °C tu (146 °F).

Potasiamu humenyuka kwa nguvu na maji: 2K + 2H₂O → 2KOH + H₂↑. Gesi ya hidrojeni huwaka yenyewe na kuungua kwa mwali wa rangi ya zambarau hafifu wa kipekee. Mmenyuko huu ndio sababu metali ya potasiamu lazima ihifadhiwe chini ya mafuta ya madini au gesi isiyoathiri — haiwezi kuwepo katika hali ya metali maumbileni. Katika ganda la Dunia, potasiamu hupatikana tu kama ioni za K⁺ katika madini kama feldspar (KAlSi₃O₈), mica ya muscovite (KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂) na sylvite (KCl). Mimea hufyonza K⁺ kutoka udongoni kupitia mizizi; kuni zinapoungua, potasiamu hubaki katika majivu kama potasiamu kabonati (K₂CO₃).

Chagua miti migumu: mwaloni, beech, elm, maple au ash. Miti migumu ndiyo iliyokuwa kuni za jadi za potashi Ulaya na Marekani ya kikoloni; miti laini kama msonobari, spruce na fir huacha majivu machache. Kiasi cha alkali katika majivu hutofautiana sana kulingana na aina ya mti, sehemu ya gome na vitawi, na udongo ambamo mti ulimea, kwa hiyo kuwa mwangalifu na tarakimu yoyote moja na upime majivu yako mwenyewe kwa majaribio ya hatua ya 11 na 12.

Kuni lazima ziwe zimekauka vizuri (zimekaushwa hewani kwa angalau miezi 6). Kuni mbichi hupoteza nishati kukausha unyevu na huungua bila kukamilika, zikiacha majivu ya kijivu yaliyochanganyika na mkaa badala ya majivu meupe yanayohitajika kwa uchujaji bora.

Washa moto katika shimo la moto lililokingwa — mvua ingeosha potasiamu inayoyeyuka kabla hujaikusanya. Choma kuni ngumu katika moto mkali wenye hewa ya kutosha. Ongeza kuni kidogo kidogo, ukiacha kila mzigo uungue kwisha kabla ya kuongeza zaidi. Moto mkali wenye mzunguko mzuri wa hewa hutoa majivu meupe au ya kijivu hafifu; moto unaofuka taratibu hutoa majivu meusi yaliyojaa kaboni isiyoungua, yasiyo na manufaa sana.

Endelea kuchoma hadi ukusanye kiasi kikubwa cha majivu — angalau lita 20-30 kwa mavuno yenye maana. Acha moto uungue kabisa hadi majivu; ondoa vipande vikubwa vya mkaa ambavyo havikuungua kikamilifu. Kuni huacha sehemu ndogo tu ya uzito wake kama majivu, kwa hiyo kiasi hiki kinahitaji kuni nyingi sana — zaidi ya moto mmoja wa jioni; maker wengi hukusanya majivu ya jiko au shimo la moto kwa msimu mzima.

Acha majivu yapoe kwa angalau saa 24, na uyakoroge ili kutafuta makaa ya moto kabla ya kuyahamisha: majivu yanaweza kuficha makaa hai kwa siku kadhaa. Majivu ya moto yanaweza kusababisha majeraha makubwa ya moto, kuyeyusha plastiki na kuanzisha moto. Yakiwa baridi ukiyagusa, yachote kwa koleo au kijiko cha chuma na kuyatia katika ndoo kavu ya chuma. Weka majivu yakiwa makavu — mvua ikilowesha rundo la majivu kabla ya kukusanywa, sehemu kubwa ya K₂CO₃ inayoyeyuka itapenya ardhini na kupotea.

Pitisha majivu yaliyopoa kwenye chujio kubwa (matundu ya mm 5-10) ili kutenganisha majivu laini na vipande vya mkaa, misumari, mawe na vipande vya kuni visivyoungua. Unga laini mweupe au wa kijivu hafifu unaopita ndio malighafi yako yenye potashi nyingi. Vipande vya mkaa vilivyobaki kwenye chujio vinaweza kuhifadhiwa kwa matumizi mengine (nishati, kuchuja maji, kuboresha udongo) lakini vina potasiamu kidogo sana inayoweza kutolewa.

Tumia pipa la mbao au ndoo kubwa iliyotobolewa tundu karibu na chini. Weka tabaka nene (sm 5-8) la majani makavu au nyasi kavu chini ya pipa — linafanya kazi kama kichujio ili majivu laini yasiziba tundu la kutolea wala kupita kwenye maji ya majivu. Majani lazima yawe safi na makavu. Liweke pipa juu ya jukwaa lililoinuliwa (mawe, matofali au kiweko cha mbao) ili ndoo ya kukinga iweze kukaa chini ya tundu.

Mapipa ya mbao ndiyo ya jadi; maji ya majivu hushambulia alumini, zinki na bati, huku chuma na chuma cha pua vikiyastahimili. Ukitumia ndoo ya plastiki, hakikisha ni HDPE (namba ya urejelezaji 2), inayostahimili miyeyusho ya alkali.

Jaza pipa kwa majivu meupe yaliyochujwa, ukiyakandamiza kwa matabaka. Shindilia kila tabaka kwa upole — yakiwa legevu mno, maji hupita kwenye mifereji bila kuyeyusha K₂CO₃ nyingi; yakibanwa mno, maji hayatapenya kabisa. Jaza pipa hadi sm 10 chini ya ukingo, ukiacha nafasi kwa maji utakayomimina juu. Pipa lenye lita 25-30 za majivu makavu ni kiasi kizuri cha kufanyia kazi.

Mimina maji laini polepole juu ya majivu yaliyoshindiliwa. Maji ya mvua ni bora: karibu hayana kalsiamu wala magnesiamu iliyoyeyuka, ambazo zingemenyuka na kabonati na kutua kama ukoko. Maji hupenya kwenda chini kupitia majivu, yakiyeyusha potasiamu kabonati (K₂CO₃) inayoyeyuka pamoja na kiasi kidogo cha potasiamu salfeti (K₂SO₄) na potasiamu kloridi (KCl). Mchakato huu huitwa uchujaji (lixiviation).

Mimina kidogo kidogo na uache yanywe. Ukimimina haraka mno, maji hupita kwenye mifereji bila kugusa majivu ya kutosha. Kimiminika kinachotiririka chini ni maji ya majivu (myeyusho wa potashi), yenye rangi ya kahawia kutokana na misombo ya kikaboni iliyoyeyuka.

Kimiminika cha kahawia kinachotiririka kutoka kwenye pipa ndicho maji yako ghafi ya majivu — myeyusho wa alkali wa potasiamu kabonati katika maji. Yakinge katika ndoo safi (ya mbao, plastiki ya HDPE au chuma — kamwe si alumini, zinki au bati, ambazo maji ya majivu huzishambulia). Mtiririko wa kwanza ndio wenye nguvu zaidi; mimimino inayofuata hutoa maji ya majivu dhaifu zaidi na zaidi kadiri potasiamu inayoyeyuka inavyokwisha katika majivu.

USALAMA: Vaa kinga ya macho na glavu unaposhughulikia maji ya majivu. Maji ya majivu ya potashi ni alkali kali (kwa kawaida pH 11-13) na husababisha majeraha ya kemikali kwenye ngozi na macho. Yakirukia ngozi au jichoni, suuza mara moja kwa maji mengi safi yanayotiririka kwa angalau dakika 15, na utafute msaada wa kitabibu yakiingia jichoni. Usitie siki wala asidi nyingine jichoni; weka ndoo ya maji safi karibu.

Mimina maji ya majivu uliyoyakinga tena kupitia pipa lile lile la majivu mara ya pili na ya tatu. Kila mpito huyeyusha K₂CO₃ zaidi, na kuongeza ukolezi. Vinginevyo, mimina maji ya majivu ya pipa la kwanza kupitia pipa la pili lenye majivu mapya. Watengenezaji wa potashi wa zamani mara nyingi walitumia safu za mapipa kwa mtiririko wa ngazi, wakipitisha maji ya majivu kwenye majivu mapya zaidi na zaidi ili kuyakoleza kabla ya kuyavukiza — hivyo waliokoa nishati kwa kuanza kuchemsha kwa maji ya majivu yaliyokwisha kolea.

Chovya ncha ya unyoya katika maji ya majivu. Hili ni jaribio la jadi la watengenezaji wa sabuni: maji ya majivu yenye nguvu ya kutosha kutengeneza sabuni huonekana yakila vinyuzi vya unyoya, kwa sababu keratini huvunjika katika alkali kali. Ni jaribio la jumla na la kiubora — linakuambia kama maji ya majivu yana nguvu, si kiasi gani. Unyoya usipobadilika, maji ya majivu ni dhaifu mno na yanahitaji kupitishwa tena kwenye majivu mapya au kuvukizwa kidogo kabla ya hatua ya kuchemsha.

Weka yai bichi safi kwa upole ndani ya maji ya majivu. Hili pia ni jaribio la jadi: maji ya majivu yakiwa mazito vya kutosha, yai huelea huku sehemu ya ganda yenye ukubwa wa sarafu ikionekana juu ya uso. Yai likizama, maji ya majivu yanahitaji kukolezwa zaidi — yapitishe kwenye majivu zaidi au anza uvukizaji wa awali ili kupunguza ujazo. Mayai hubadilika msongamano yanapozeeka, kwa hiyo tumia yai bichi na uchukulie matokeo kama mwongozo.

Hamisha maji ya majivu yaliyokolea kwenye chungu kikubwa au sufuria kubwa ya chuma cha kutupwa. Chuma hustahimili maji ya majivu ya potashi, ilhali alumini huyeyuka humo haraka na zinki na bati hushika kutu, kwa hiyo tumia chuma. Masufuria makubwa ya chuma ya potashi yalikuwa chombo cha kawaida cha biashara ya potashi katika karne ya 18 na 19. Chungu ndicho kinachotupa neno hili: "pot-ash" ni mabaki yanayofanana na majivu yanayobaki chunguni baada ya uvukizaji huu.

Weka chungu cha chuma juu ya moto thabiti na chemsha maji ya majivu hadi yatokote. Dumisha joto lisilobadilika — moto mkali mno hufanya maji ya majivu yarushe matone kwa hatari; moto mdogo mno hufanya uvukizaji uchukue muda mrefu kupita kiasi. Maji yanapovukiza, maji ya majivu huwa meusi na mazito. Ongeza maji ya majivu kutoka akiba yako kadiri ujazo unavyopungua, ukiweka chungu karibu nusu. Kwa kiasi kikubwa, huchukua saa nyingi za kuchemsha bila kukatiza.

USALAMA: Maji ya majivu yanayochemka hurusha matone, na matone hayo na ukungu wake ni wenye kuunguza. Fanya kazi nje au mahali penye hewa nzuri sana. Vaa kinga ya macho na glavu nzito. Usiache kamwe chungu cha maji ya majivu kinachochemka bila mtu wa kukiangalia.

Maji yanapovukiza, kimiminika hunenepa kuwa kibandiko cha kahawia iliyokolea kama sharubati. Punguza ukali wa moto ili kisiungue. Koroga mara kwa mara kwa fimbo ndefu ya chuma au kasia ya mbao (kasia itaungua polepole lakini inafaa kwa muda mfupi). Kibandiko kikiwa kizito kiasi kwamba kijiko kinachopitishwa ndani yake huacha mfereji unaojifunga polepole, uvukizaji unakaribia kukamilika. Katika hatua hii, kibandiko ni "chumvi nyeusi" ghafi — mchanganyiko wa K₂CO₃ pamoja na mabaki ya kikaboni, potasiamu salfeti na madini mengine ya majivu.

Hamisha kibandiko kizito kwenye chombo cha chuma kisicho na kina au ukitandaze juu ya uso bapa wa chuma. Kipashe juu ya moto mkali hadi kifikie mng'ao mwekundu hafifu (takriban 600-700 °C). Misombo ya kikaboni inayoipa chumvi ghafi rangi yake nyeusi huungua kuwa kaboni dioksidi na mvuke wa maji, na kubakiza potashi ghafi nyeupe ya kijivu. Zamani, chumvi nyeusi zilizoyeyushwa katika sufuria kubwa ziliuzwa kama potashi, ilhali chumvi nyeusi zilizookwa katika tanuru ili kuteketeza vitu vya kikaboni zilitoka nyeupe zaidi na kuuzwa kama pearl ash. Koroga mara kwa mara ili joto lienee sawasawa. Usizidi mng'ao mwekundu mkali: potasiamu kabonati huyeyuka kwa takriban 890 °C, na chumvi zingeungana kuwa bonge gumu lisilo rahisi kushughulikia.

Ondoa chombo motoni na uache potashi ipoe kabisa — saa kadhaa katika hewa tulivu. Matokeo ni potashi ghafi: unga mweupe wa kijivu wa potasiamu kabonati (K₂CO₃) wenye uchafu kama potasiamu salfeti (K₂SO₄), potasiamu kloridi (KCl), silika na madini kidogo kidogo. Potashi hii ghafi inaweza kutumika kama mbolea, kama kiyeyusho cha kutengeneza kioo na kutengeneza sabuni bila kusafishwa zaidi. Ihifadhi katika chombo kikavu kilichofungwa vizuri — K₂CO₃ hufyonza unyevu wa hewa na kugeuka kuwa kitu chenye majimaji na kunata.

Kwa potasiamu kabonati nyeupe zaidi na safi zaidi, yeyusha potashi ghafi katika maji ya moto, kisha uichuje kupitia kitambaa laini ili kuondoa uchafu usioyeyuka (silika, kalsiamu kabonati, oksidi za chuma). Kilichochujwa bado kina chumvi nyingine zinazoyeyuka, hasa potasiamu salfeti na potasiamu kloridi, kwa hiyo ni safi zaidi lakini si K₂CO₃ safi. Vukiza myeyusho polepole katika chungu cha chuma hadi ukauke. Unga mweupe unaopatikana unakaribia pearl ash ya biashara ya karne ya 18: potasiamu kabonati iliyosafishwa, iliyotumika kutengeneza vioo bora, kama hamira ya kuokea (kabla ya soda ya kuokea) na katika kemia. Pearl ash iliuzwa ghali kuliko potashi ghafi.

Potashi inahusiana na karibu kila tawi la teknolojia ya awali. Sabuni: maji ya majivu ya potashi yakichemshwa pamoja na mafuta hutoa sabuni laini; watengenezaji wa sabuni mara nyingi waliongeza chokaa iliyozimwa katika maji ya majivu ili kugeuza sehemu ya kabonati kuwa potasiamu hidroksidi iliyo kali zaidi. Sabuni ngumu badala yake ilitengenezwa kwa soda kutoka majivu ya mimea. Kioo: potashi hufanya kazi kama kiyeyusho, ikiruhusu kioo kuyeyushwa chini sana ya kiwango cha kuyeyuka cha silika safi (takriban 1700 °C). "Kioo cha msituni" (Waldglas) cha Ulaya Kaskazini kilitumia potashi ya majivu ya kuni; kioo cha Mediterania kilitumia soda (Na₂CO₃), kutoka natroni zama za kale na baadaye kutoka majivu ya mimea ya pwani inayostahimili chumvi. Baruti: shura (KNO₃) ilitoka kwenye vitalu vya naiter, ambapo vitu vya kikaboni vinavyooza na bakteria wa udongo walizalisha naitreti, nyingi zikiwa kalsiamu naitreti. Maji ya naitreti yaliyochujwa kutoka vitalu hivyo kisha yalipitishwa kwenye majivu ya kuni au kuchanganywa na potashi, ambayo iligeuza kalsiamu naitreti kuwa potasiamu naitreti na kutuliza kalsiamu kama kabonati. Kilimo: potasiamu ni mojawapo ya virutubisho vikuu vitatu katika mfumo wa mbolea wa N-P-K. Kila moto katika shamba la mkulima ulikuwa ukirudisha potasiamu udongoni muda mrefu kabla mtu yeyote hajaelewa kwa nini.

Kutoka jina la Kiarabu al-qalī hadi furaha ya Humphry Davy mwaka 1807, hadithi ya potasiamu inapita katika historia ya kemia — kitu chenye manufaa kilichojulikana kwa milenia, kilichotengwa kama metali zaidi ya karne mbili tu zilizopita.