สกัดโพแทชจากขี้เถ้าไม้ — ธาตุด่างที่ซ่อนอยู่ในกองไฟทุกกอง

โพแทสเซียม (K, ธาตุที่ 19) อยู่ในหมู่ 1 (โลหะแอลคาไล) คาบ 4 ของตารางธาตุ มีมวลอะตอม 39.098 และการจัดเรียงอิเล็กตรอน [Ar] 4s¹ เช่นเดียวกับโลหะแอลคาไลทั้งหมด มันมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนหนึ่งตัวที่ให้ไปได้ง่าย จึงว่องไวต่อปฏิกิริยามาก โลหะบริสุทธิ์มีสีขาวเงิน นิ่มพอจะตัดด้วยมีดทาเนย (ความแข็งโมส 0.4) และมีความหนาแน่น 0.862 ก./ซม.³ — เป็นโลหะที่เบาเป็นอันดับสองรองจากลิเทียม หลอมเหลวที่เพียง 63.5 °C (146 °F)

โพแทสเซียมทำปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำ: 2K + 2H₂O → 2KOH + H₂↑ ก๊าซไฮโดรเจนติดไฟเองและลุกไหม้ด้วยเปลวสีม่วงอ่อนที่เป็นเอกลักษณ์ ปฏิกิริยานี้คือเหตุที่ต้องเก็บโลหะโพแทสเซียมไว้ใต้น้ำมันแร่หรือแก๊สเฉื่อย — ในธรรมชาติมันอยู่ในรูปโลหะไม่ได้ ในเปลือกโลก โพแทสเซียมพบเฉพาะในรูปไอออน K⁺ ในแร่อย่างเฟลด์สปาร์ (KAlSi₃O₈) มัสโคไวต์ (KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂) และซิลไวต์ (KCl) พืชดูด K⁺ จากดินผ่านราก เมื่อไม้ถูกเผา โพแทสเซียมจะเหลืออยู่ในขี้เถ้าในรูปโพแทสเซียมคาร์บอเนต (K₂CO₃)

เลือกไม้เนื้อแข็ง: โอ๊ก บีช เอล์ม เมเปิล หรือแอช ไม้เนื้อแข็งเป็นไม้ทำโพแทชตามประเพณีในยุโรปและอเมริกายุคอาณานิคม ส่วนไม้เนื้ออ่อนอย่างสน สปรูซ และเฟอร์ให้ขี้เถ้าน้อยกว่า ปริมาณด่างในขี้เถ้าแตกต่างกันมากตามชนิดไม้ สัดส่วนเปลือกและกิ่งเล็ก และดินที่ต้นไม้เติบโต ดังนั้นจงระวังตัวเลขเดี่ยว ๆ ใด ๆ และประเมินขี้เถ้าของคุณเองด้วยการทดสอบในขั้นที่ 11 และ 12

ไม้ต้องแห้งดี (ผึ่งลมอย่างน้อย 6 เดือน) ไม้สดเสียพลังงานไปกับการระเหยความชื้นและเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ ทำให้ได้ขี้เถ้าสีเทาปนถ่านแทนที่จะเป็นขี้เถ้าสีอ่อนที่จำเป็นต่อการชะที่มีประสิทธิภาพ

ก่อไฟในหลุมไฟที่มีที่กำบัง — ฝนจะชะโพแทสเซียมที่ละลายน้ำได้ไปก่อนคุณจะได้เก็บ เผาไม้เนื้อแข็งในไฟที่ร้อนและระบายอากาศดี เติมไม้ทีละน้อย รอให้แต่ละรอบไหม้หมดก่อนเติมอีก ไฟร้อนที่มีลมผ่านดีให้ขี้เถ้าสีขาวหรือเทาอ่อน ไฟคุให้ขี้เถ้าสีเข้มเต็มไปด้วยคาร์บอนที่ไม่ไหม้ ซึ่งมีประโยชน์น้อยกว่า

เผาต่อไปจนสะสมขี้เถ้าได้ปริมาณมาก — อย่างน้อย 20-30 ลิตรเพื่อผลผลิตที่มีความหมาย ปล่อยให้ไฟไหม้จนเป็นขี้เถ้าทั้งหมด หยิบถ่านก้อนใหญ่ที่ไหม้ไม่หมดออก ไม้เหลือเป็นขี้เถ้าเพียงส่วนเล็กของน้ำหนักตัวเอง ปริมาณนี้จึงต้องใช้ฟืนมากทีเดียว — มากกว่ากองไฟเย็นเดียวหลายเท่า maker หลายคนเก็บขี้เถ้าจากเตาหรือหลุมไฟตลอดทั้งฤดู

ปล่อยให้ขี้เถ้าเย็นอย่างน้อย 24 ชั่วโมง และคุ้ยหาถ่านคุก่อนย้าย: ขี้เถ้าซ่อนถ่านที่ยังคุอยู่ได้หลายวัน ขี้เถ้าร้อนทำให้เกิดแผลไหม้รุนแรง ละลายพลาสติก และก่อไฟไหม้ได้ เมื่อจับแล้วเย็น ให้ตักขี้เถ้าด้วยพลั่วหรือทัพพีโลหะใส่ถังโลหะที่แห้ง เก็บขี้เถ้าให้แห้ง — หากฝนเปียกกองขี้เถ้าก่อนเก็บ K₂CO₃ ที่ละลายน้ำได้ส่วนใหญ่จะซึมลงดินและสูญไป

ร่อนขี้เถ้าที่เย็นแล้วผ่านตะแกรงหยาบ (ช่อง 5-10 มม.) เพื่อแยกขี้เถ้าละเอียดออกจากก้อนถ่าน ตะปู ก้อนหิน และเศษไม้ที่ไม่ไหม้ ผงละเอียดสีขาวหรือเทาอ่อนที่ลอดผ่านคือวัตถุดิบที่อุดมด้วยโพแทชของคุณ ก้อนถ่านที่ค้างบนตะแกรงเก็บไว้ใช้อย่างอื่นได้ (เชื้อเพลิง กรองน้ำ ปรับปรุงดิน) แต่มีโพแทสเซียมที่สกัดได้น้อยมาก

ใช้ถังไม้หรือถังใหญ่ที่เจาะรูใกล้ก้น วางฟางหรือหญ้าแห้งเป็นชั้นหนา (5-8 ซม.) ที่ก้นถัง — ทำหน้าที่เป็นตัวกรองไม่ให้ขี้เถ้าละเอียดอุดรูระบายหรือหลุดลงไปในน้ำด่าง ฟางต้องสะอาดและแห้ง ตั้งถังบนแท่นยกสูง (หิน อิฐ หรือขาตั้งไม้) เพื่อให้วางถังรองใต้รูระบายได้

ถังไม้เป็นแบบดั้งเดิม น้ำด่างกัดกร่อนอะลูมิเนียม สังกะสี และดีบุก ขณะที่เหล็กและสเตนเลสทนต่อมันได้ ถ้าใช้ถังพลาสติก ให้แน่ใจว่าเป็น HDPE (รหัสรีไซเคิล 2) ซึ่งทนต่อสารละลายด่าง

เติมขี้เถ้าขาวที่ร่อนแล้วลงถัง อัดเป็นชั้น ๆ อัดแต่ละชั้นเบา ๆ — หลวมเกินไปน้ำจะไหลผ่านเป็นร่องโดยละลาย K₂CO₃ ได้น้อย แน่นเกินไปน้ำจะซึมผ่านไม่ได้เลย เติมจนเหลือ 10 ซม. จากขอบ เว้นที่ไว้สำหรับน้ำที่จะเทลงด้านบน ถังที่มีขี้เถ้าแห้ง 25-30 ลิตรเป็นปริมาณทำงานที่ดี

ค่อย ๆ เทน้ำอ่อน (น้ำที่มีแร่ธาตุน้อย) ลงบนขี้เถ้าที่อัดแล้ว น้ำฝนดีที่สุด: แทบไม่มีแคลเซียมหรือแมกนีเซียมละลายอยู่ ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับคาร์บอเนตและตกตะกอนเป็นคราบ น้ำซึมลงผ่านขี้เถ้า ละลายโพแทสเซียมคาร์บอเนต (K₂CO₃) ที่ละลายน้ำได้ และโพแทสเซียมซัลเฟต (K₂SO₄) กับโพแทสเซียมคลอไรด์ (KCl) ในปริมาณน้อยกว่า กระบวนการนี้เรียกว่าการชะละลาย (lixiviation)

เททีละน้อยแล้วรอให้ซึม ถ้าเทเร็วเกินไป น้ำจะไหลผ่านเป็นร่องโดยไม่สัมผัสขี้เถ้าพอ ของเหลวที่หยดออกมาด้านล่างคือน้ำด่าง (สารละลายโพแทช) มีสีน้ำตาลจากสารอินทรีย์ที่ละลายอยู่

ของเหลวสีน้ำตาลที่ไหลออกจากถังคือน้ำด่างดิบของคุณ — สารละลายด่างของโพแทสเซียมคาร์บอเนตในน้ำ รองไว้ในถังที่สะอาด (ไม้ พลาสติก HDPE หรือเหล็ก — ห้ามใช้อะลูมิเนียม สังกะสี หรือดีบุกเด็ดขาด เพราะน้ำด่างกัดกร่อน) น้ำที่ไหลออกช่วงแรกเข้มข้นที่สุด การเทครั้งต่อ ๆ ไปจะได้น้ำด่างที่อ่อนลงเรื่อย ๆ เพราะโพแทสเซียมที่ละลายได้ในขี้เถ้าหมดลง

ความปลอดภัย: สวมแว่นป้องกันและถุงมือขณะจัดการน้ำด่าง น้ำด่างโพแทชเป็นด่างแก่ (ปกติ pH 11-13) และทำให้ผิวหนังและดวงตาไหม้จากสารเคมี หากกระเด็นโดนผิวหรือเข้าตา ให้ล้างทันทีด้วยน้ำสะอาดที่ไหลผ่านปริมาณมากอย่างน้อย 15 นาที และไปพบแพทย์หากเข้าตา อย่าหยอดน้ำส้มสายชูหรือกรดอื่นเข้าตา เตรียมถังน้ำสะอาดไว้ใกล้มือ

เทน้ำด่างที่รองได้กลับผ่านถังขี้เถ้าเดิมเป็นครั้งที่สองและสาม แต่ละรอบจะละลาย K₂CO₃ เพิ่ม ทำให้ความเข้มข้นสูงขึ้น หรือเทน้ำด่างจากถังแรกผ่านถังที่สองที่มีขี้เถ้าใหม่ ผู้ผลิตโพแทชในอดีตมักใช้แถวถังแบบขั้นบันได ให้น้ำด่างไหลผ่านขี้เถ้าที่ใหม่ขึ้นเรื่อย ๆ เพื่อให้เข้มข้นก่อนระเหย — ช่วยประหยัดเชื้อเพลิงเพราะเริ่มต้มด้วยน้ำด่างที่เข้มข้นอยู่แล้ว

จุ่มปลายขนนกลงในน้ำด่าง นี่คือการทดสอบดั้งเดิมของคนทำสบู่: น้ำด่างที่แรงพอจะทำสบู่จะกัดกินเส้นขนของขนนกให้เห็นได้ชัด เพราะเคราตินสลายตัวในด่างแก่ เป็นการทดสอบคร่าว ๆ เชิงคุณภาพ — บอกว่าน้ำด่างแรงหรือไม่ ไม่ได้บอกว่าแรงแค่ไหน ถ้าขนนกไม่เปลี่ยนแปลง น้ำด่างอ่อนเกินไปและต้องผ่านขี้เถ้าใหม่อีกรอบหรือระเหยบ้างก่อนขั้นต้ม

ค่อย ๆ วางไข่สดที่สะอาดลงในน้ำด่าง นี่ก็เป็นการทดสอบดั้งเดิมอีกอย่าง: เมื่อน้ำด่างหนาแน่นพอ ไข่จะลอยโดยมีเปลือกขนาดราวเหรียญโผล่พ้นผิว หากไข่จม น้ำด่างต้องทำให้เข้มข้นขึ้นอีก — ผ่านขี้เถ้าเพิ่มหรือเริ่มระเหยเบื้องต้นเพื่อลดปริมาตร ความหนาแน่นของไข่เปลี่ยนไปเมื่อไข่เก่าลง จึงควรใช้ไข่สดและถือผลเป็นแนวทาง

ถ่ายน้ำด่างเข้มข้นลงหม้อหรือกระทะใหญ่เหล็กหล่อ เหล็กทนต่อน้ำด่างโพแทช ขณะที่อะลูมิเนียมละลายในน้ำด่างอย่างรวดเร็ว และสังกะสีกับดีบุกกัดกร่อน จึงควรใช้เหล็ก กระทะเหล็กขนาดใหญ่สำหรับโพแทชเป็นภาชนะมาตรฐานของการค้าโพแทชในคริสต์ศตวรรษที่ 18 และ 19 หม้อนี่แหละที่ให้คำนี้แก่เรา: "pot-ash" คือกากคล้ายขี้เถ้าที่เหลือในหม้อหลังการระเหยนี้

ตั้งหม้อเหล็กบนไฟที่สม่ำเสมอแล้วต้มน้ำด่างให้เดือดพล่าน รักษาความร้อนให้คงที่ — แรงเกินไปน้ำด่างจะกระเด็นอย่างอันตราย อ่อนเกินไปการระเหยจะใช้เวลานานเกินไป ขณะที่น้ำระเหย น้ำด่างจะคล้ำและข้นขึ้น เติมน้ำด่างจากที่สำรองไว้เมื่อปริมาตรลดลง รักษาให้หม้อเต็มราวครึ่งหนึ่ง สำหรับชุดใหญ่ต้องต้มต่อเนื่องหลายชั่วโมง

ความปลอดภัย: น้ำด่างเดือดจะกระเด็น และละอองกับไอหมอกของมันกัดกร่อน ทำงานกลางแจ้งหรือในที่ระบายอากาศดีมาก สวมแว่นป้องกันและถุงมือหนา อย่าทิ้งหม้อน้ำด่างที่เดือดไว้โดยไม่มีคนดูแลเด็ดขาด

ขณะที่น้ำระเหย ของเหลวจะข้นขึ้นเป็นเนื้อสีน้ำตาลเข้มคล้ายน้ำเชื่อม ลดไฟลงเพื่อไม่ให้ไหม้ติด คนเป็นครั้งคราวด้วยแท่งเหล็กยาวหรือไม้พาย (ไม้พายจะไหม้เกรียมช้า ๆ แต่ใช้ได้ระยะหนึ่ง) เมื่อเนื้อข้นจนช้อนที่ลากผ่านทิ้งรอยที่ค่อย ๆ ปิดตัว การระเหยก็ใกล้เสร็จ ในขั้นนี้เนื้อข้นคือ "เกลือดำ" ดิบ — ส่วนผสมของ K₂CO₃ กับกากอินทรีย์ โพแทสเซียมซัลเฟต และแร่อื่น ๆ ในขี้เถ้า

ย้ายเนื้อข้นลงภาชนะเหล็กตื้นหรือเกลี่ยบนพื้นผิวเหล็กเรียบ ให้ความร้อนบนไฟแรงจนเรืองแดงหม่น (ประมาณ 600-700 °C) สารอินทรีย์ที่ทำให้เกลือดิบมีสีเข้มจะไหม้กลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และไอน้ำ เหลือโพแทชดิบสีขาวอมเทา ในประวัติศาสตร์ เกลือดำที่หลอมในกระทะขายในชื่อโพแทช ส่วนเกลือดำที่อบในเตาเผาเพื่อเผาสารอินทรีย์ออกจะได้สีขาวกว่าและขายในชื่อ pearl ash คนเป็นครั้งคราวเพื่อให้ร้อนทั่วถึง อย่าให้ร้อนถึงขั้นแดงสว่าง: โพแทสเซียมคาร์บอเนตหลอมที่ราว 890 °C และเกลือจะหลอมรวมเป็นก้อนแข็งที่จัดการยาก

ยกภาชนะออกจากไฟแล้วปล่อยให้โพแทชเย็นสนิท — หลายชั่วโมงในอากาศนิ่ง ผลที่ได้คือโพแทชดิบ: ผงสีขาวอมเทาของโพแทสเซียมคาร์บอเนต (K₂CO₃) ที่มีสิ่งเจือปนอย่างโพแทสเซียมซัลเฟต (K₂SO₄) โพแทสเซียมคลอไรด์ (KCl) ซิลิกา และแร่ธาตุปริมาณน้อย โพแทชดิบนี้ใช้เป็นปุ๋ย สารช่วยหลอมทำแก้ว และทำสบู่ได้โดยไม่ต้องทำให้บริสุทธิ์เพิ่ม เก็บในภาชนะแห้งปิดสนิท — K₂CO₃ ดูดความชื้นจากอากาศจนกลายเป็นก้อนเปียกเหนียว

เพื่อให้ได้โพแทสเซียมคาร์บอเนตที่ขาวและบริสุทธิ์กว่า ให้ละลายโพแทชดิบในน้ำร้อน แล้วกรองผ่านผ้าเนื้อละเอียดเพื่อแยกสิ่งเจือปนที่ไม่ละลาย (ซิลิกา แคลเซียมคาร์บอเนต เหล็กออกไซด์) น้ำที่กรองได้ยังมีเกลือที่ละลายได้อื่น ๆ โดยเฉพาะโพแทสเซียมซัลเฟตและโพแทสเซียมคลอไรด์ จึงบริสุทธิ์ขึ้นแต่ยังไม่ใช่ K₂CO₃ บริสุทธิ์ ระเหยสารละลายช้า ๆ ในหม้อเหล็กจนแห้ง ผงขาวที่ได้ใกล้เคียงกับ pearl ash ในการค้าศตวรรษที่ 18: โพแทสเซียมคาร์บอเนตที่ทำให้บริสุทธิ์แล้ว ใช้ทำแก้วชั้นดี ใช้เป็นสารทำให้ขึ้นฟูในการอบขนม (ก่อนมีเบกกิ้งโซดา) และใช้ในเคมี pearl ash ขายได้ราคาสูงกว่าโพแทชดิบ

โพแทชเชื่อมโยงกับเทคโนโลยียุคแรกแทบทุกแขนง สบู่: น้ำด่างโพแทชต้มกับไขมันได้สบู่เหลว (สบู่อ่อน) คนทำสบู่มักเติมปูนขาวดับแล้วลงในน้ำด่าง เพื่อเปลี่ยนคาร์บอเนตส่วนหนึ่งเป็นโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ซึ่งกัดกร่อนแรงกว่า ส่วนสบู่ก้อนแข็งทำด้วยโซดาจากขี้เถ้าพืชแทน แก้ว: โพแทชทำหน้าที่เป็นสารช่วยหลอม ทำให้หลอมแก้วได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของซิลิกาบริสุทธิ์ (ราว 1700 °C) มาก "แก้วป่า" (Waldglas) ของยุโรปเหนือใช้โพแทชจากขี้เถ้าไม้ แก้วเมดิเตอร์เรเนียนใช้โซดา (Na₂CO₃) จากเนตรอนในยุคโบราณ และต่อมาจากขี้เถ้าพืชชายฝั่งที่ทนเค็ม ดินปืน: ดินประสิว (KNO₃) มาจากแปลงไนเตอร์ ที่ซึ่งสารอินทรีย์ที่เน่าเปื่อยและแบคทีเรียในดินสร้างไนเตรต ส่วนใหญ่เป็นแคลเซียมไนเตรต น้ำไนเตรตที่ชะจากแปลงจะถูกเทผ่านขี้เถ้าไม้หรือผสมกับโพแทช ซึ่งเปลี่ยนแคลเซียมไนเตรตเป็นโพแทสเซียมไนเตรตและทำให้แคลเซียมตกตะกอนเป็นคาร์บอเนต เกษตรกรรม: โพแทสเซียมเป็นหนึ่งในธาตุอาหารหลักสามตัวของระบบปุ๋ย N-P-K ไฟทุกกองในไร่ของชาวนาคืนโพแทสเซียมสู่ดินมานานก่อนที่ใครจะเข้าใจว่าทำไม

จากชื่ออาหรับ al-qalī ถึงความดีใจของฮัมฟรี เดวีในปี 1807 เรื่องราวของโพแทสเซียมไหลผ่านประวัติศาสตร์เคมี — สารที่มีประโยชน์ซึ่งรู้จักกันมาหลายพันปี แต่เพิ่งแยกเป็นโลหะได้เมื่อราวสองศตวรรษเศษมานี้เอง